Probabil că nu mai este nevoie să ne convingem că instalațiile fotovoltaice executate corect pot fi un mare avantaj atât pentru prosumator, cât și pentru sistemul energetic în sine. Proprietarul unei ferme fotovoltaice, chiar și a unei ferme fotovoltaice mici, devine un generator de electricitate, reducând semnificativ facturile de electricitate. În combinație cu o instalație de stocare a energiei, o astfel de instalație permite, în anumite condiții, să se izoleze de rețeaua electrică și să furnizeze suficientă energie pentru nevoile proprii. Din punctul de vedere al rețelei electrice, energia electrică generată de panourile fotovoltaice este gratuită (prosumatorul este cel care plătește întreaga instalație), iar în perioadele cu mult soare, cantitățile uriașe de energie permit o utilizare mai flexibilă a marilor centrale electrice convenționale și o reducere a emisiilor de gaze cu efect de seră.
Pentru ca o instalație fotovoltaică să funcționeze la capacitate maximă, trebuie îndeplinite o serie de condiții. În primul rând, panourile trebuie să fie amplasate într-o zonă neumbrită. Orice obiecte, clădiri sau copaci înalți din vecinătatea instalației pot crea o umbră, ceea ce va reduce puterea generată de instalația fotovoltaică. Panourile ar trebui, desigur, să fie orientate spre sud, de unde cade cea mai multă lumină solară pe parcursul zilei. Unghiul instalației în raport cu soarele este, de asemenea, important. Setarea corectă va asigura că instalația își face treaba pentru noi cu cea mai mare eficiență posibilă.
Instalațiile fotovoltaice mici care, atunci când sunt conectate la o baterie, pot acționa ca un încărcător în timpul unei excursii cu cortul, de exemplu, au devenit, de asemenea, foarte frecvente. Prin urmare, acestea sunt instalații off-grid, adică deconectate de la rețeaua electrică. Ca și în cazul omologilor lor mai mari, setarea corectă va avea ca rezultat cantitatea maximă de lumină solară care ajunge la panou, astfel încât depinde de utilizator să profite la maximum de puterea instalației sale. Dar este aceasta tot ceea ce putem face pentru a ne asigura că generatorul nostru realizează întregul potențial al naturii?
Se pare că nu. Din fericire, ne vin în ajutor producătorii de regulatoare solare, care se vor asigura că instalațiile fotovoltaice funcționează la 100% din capacitate pentru noi atunci când sistemul este în funcțiune.
Regulator solar – ce este?
Pentru a explica ce este un regulator solar, este necesar să înțelegem mai întâi care este principiul care produce, de fapt, energia electrică într-un sistem fotovoltaic. Puterea unor astfel de panouri este descrisă de următoarea relație:
P = U*I
unde:
P – puterea instalației fotovoltaice [W];
U – tensiunea electrică [V];
I – intensitatea curentului [A].
Conform formulei de mai sus, puterea panourilor este produsul dintre tensiune și curent. Se știe că aceste valori fluctuează pe parcursul unei zile. Apoi, absența oricărei intervenții pentru a normaliza și a calcula media producției ar duce la o funcționare foarte instabilă a centralei solare. Nici producția de agregate nu ar fi satisfăcătoare. Deci, ce se poate face pentru a menține valorile curentului și tensiunii la un nivel optim? În acest scop, se utilizează un dispozitiv numit regulator solar.
Conform diagramei de mai jos, panoul fotovoltaic va atinge puterea maximă atunci când vom determina un astfel de punct al tensiunii și curentului încât sub curba curentului să se deseneze un dreptunghi cu suprafața cea mai mare posibilă. Sarcina regulatorului este, prin urmare, de a utiliza eficient energia radiantă a luminii și de a reduce timpul necesar pentru umplerea unei astfel de baterii prin alimentarea continuă a curentului consumat și, într-o versiune mai avansată, de a urmări punctele de putere maximă, astfel încât instalația să funcționeze la 100% din capacitatea sa de generare.
Instalarea unui astfel de dispozitiv va permite producerea de energie electrică cu o bună eficiență chiar și în zilele înnorate. Folosirea unui astfel de dispozitiv va reduce necesitatea de a extinde instalația cu alte panouri fotovoltaice.
PWM sau MPPT?
Există două tipuri de regulatoare fotovoltaice. Acestea sunt regulatoarele PWM (Pulse Width Modulator) și MPPT (Maximum Power Point Traffic). Acestea diferă în ceea ce privește principiul de funcționare, prețul, performanța și (poate cel mai important) capacitatea lor de a funcționa în diferite condiții meteorologice. Pentru a determina în mod clar dacă este logic din punct de vedere economic să se instaleze opțiunea mai scumpă pentru o anumită instalație, este necesar să se cunoască avantajele și dezavantajele fiecăreia dintre ele și să se aibă cel puțin o înțelegere de bază a principiului de funcționare a ambelor dispozitive.
Regulatoare PWM
Regulatorul PWM funcționează pe principiul reglării lățimii impulsurilor. În termenii cei mai simpli, regulatorul PWM trimite scurte impulsuri de tensiune la baterie fără a permite supraîncărcarea sau descărcarea acesteia. În acest caz nu există riscul de supraîncălzire sau de așa-numita gazificare a bateriei. Menținerea unui nivel de încărcare constant prelungește durata de viață a bateriei. Cu cât bateria este mai încărcată, cu atât regulatorul reduce mai puțin cantitatea de energie dozată, menținând o valoare specifică, constantă.
Care sunt principalele avantaje ale unei astfel de soluții?
- Preț scăzut în raport cu regulatorul MPPT;
- Protecția bateriei împotriva supraîncălzirii și a gazării;
- Creșterea duratei de viață a bateriei;
- O gamă largă de modele disponibile;
- Oferă cantitatea maximă de putere disponibilă în cel mai scurt timp posibil.
Care sunt punctele slabe ale regulatoarelor PWM?
- Pentru ca dispozitivul să funcționeze corect, tensiunea de intrare trebuie să echilibreze tensiunea bateriei;
- Funcționează cel mai bine în plin soare, nu sunt potrivite pentru instalații umbrite;
- Provoacă generarea de interferențe, în special la valori mai mari ale curentului.
Regulatoare MPPT – avantaje și mod de funcționare
Regulatoarele solare MPPT sunt dispozitive care au capacitatea menționată mai sus de a urmări cele mai bune puncte de putere. Principiul unui astfel de sistem este de a regla tensiunea bateriei pentru a obține curentul maxim de încărcare. Prin urmare, spre deosebire de PWM-uri, acestea valorifică la maximum instalația, profitând de condițiile de iluminare solară disponibile în acel moment. Marele avantaj al unei astfel de soluții este capacitatea sa de a genera energie electrică atât în cele mai favorabile condiții de lumină solară deplină, cât și în timpul răsăritului, apusului de soare și pe timp noros. Acest lucru se datorează faptului că radiațiile sosesc întotdeauna, dar numai o instalație care este capabilă să se adapteze la gradul de însorire poate funcționa eficient. Se pare că, prin utilizarea unui regulator MPPT de bună calitate, eficiența generării poate fi cu până la 30% mai mare în condiții de soare mai puțin intens. Dispozitivul se reduc pierderile care apar în timpul încărcării bateriei.
O serie de avantaje incontestabile sunt, din păcate, urmate de un preț semnificativ mai mare. Însă aceasta nu este o investiție neprofitabilă – la urma urmei, un sprijin adecvat pentru instalație va aduce beneficii tangibile sub formă de energie electrică în orice moment al zilei, indiferent dacă avem un cer fără nori deasupra noastră sau dacă soarele se ascunde deasupra norilor.
Pentru ca instalația să funcționeze cât mai eficient posibil, panourile solare dintr-o instalație cu regulator MPPT trebuie conectate în serie. Funcționarea unui astfel de sistem va fi mult mai eficientă decât conectarea mai multor panouri în paralel în asociere cu un regulator PWM. În acest sens, trebuie avut în vedere că nu trebuie să se depășească tensiunea maximă a panourilor fotovoltaice, care a fost specificată de producător. O astfel de situație poate pune în pericol dispozitivul, care, în cel mai rău caz, ar putea ceda.
Metode de urmărire a punctului de putere maximă
Urmărirea punctului de putere maximă se poate baza pe mai mulți algoritmi, care oferă diferite grade de precizie în acțiunile întreprinse de regulator. Următoarele metode sunt utilizate în mod obișnuit:
- Metoda perturbațiilor și a observațiilor – ar putea fi numită metoda de încercare și eroare. Aceasta deoarece constă în efectuarea unei ajustări minime a poziției punctului de curent și în observarea rezultatului de creștere sau scădere a puterii de încărcare. Trebuie să se facă pași similari până când se obține un rezultat satisfăcător. Rețineți, de asemenea, că deplasarea punctului de reglare este identică pentru fiecare intervenție ulterioară.
- Metoda conductivității incrementale – este un algoritm care, pe baza graficului curbei de putere, este capabil să prezică magnitudinea unei modificări care asigură cele mai bune beneficii posibile. Aceasta se realizează prin analizarea creșterii intensității și a tensiunii și, în acest fel, prin determinarea impactului modificării efectuate.
- Metoda bazată pe temperatură – se utilizează o măsurare a temperaturii pentru a determina punctul maxim de funcționare. Prin compararea rezultatului cu o temperatură de referință, putem determina setarea optimă. Problema apare, însă, atunci când apare o umbră. Metoda temperaturii devine astfel eronată.
Alegerea unui regulator pentru o instalație fotovoltaică
Pentru a selecta regulatorul potrivit pentru o instalație fotovoltaică existentă, este necesară cunoașterea nu numai a parametrilor de bază ai panourilor în sine, ci și a datelor tehnice ale bateriei utilizate sau a dimensiunii cererii de energie. Cele mai importante aspecte care determină funcționarea corectă a instalațiilor fotovoltaice cu regulatoarele PWM și MPPT sunt:
- Puterea nominală a panourilor fotovoltaice – acest parametru trebuie luat în considerare pentru ca, împreună cu regulatorul, instalația să fie întotdeauna capabilă să încarce bateria într-un timp adecvat și sigur pentru stocarea energiei;
- Tensiunea panourilor fotovoltaice să nu depășească tensiunea de încărcare admisă a bateriei și tensiunea maximă specificată de producătorul regulatorului;
- Consumul maxim de energie – un regulator corect selectat trebuie să aibă un curent de încărcare egal sau mai mare pentru a compensa consumul de curent al tuturor consumatorilor conectați;
- Curentul de scurtcircuit al panourilor fotovoltaice – dispozitivul care urmează să fie selectat trebuie să aibă un curent de încărcare mai mare decât curentul de scurtcircuit menționat al instalației fotovoltaice;
- Capacitatea de stocare a energiei – pentru a selecta un dispozitiv adecvat care să ne permită reaprovizionarea promptă a energiei utilizate, trebuie mai întâi să determinăm cât de multă energie putem consuma și, prin urmare, de ce dimensiune are nevoie o baterie. Apoi, sistemul va fi adaptat la nevoile noastre specifice.
Alegerea regulatorului solar potrivit ne poate permite să îmbunătățim eficiența instalației, ceea ce se traduce într-o factură mai mică. Atât regulatoarele PWM, cât și cele MPPT au avantajele și dezavantajele lor și numai o achiziție bine gândită va asigura că dispozitivul corespunde așteptărilor utilizatorului.
Text elaborat de Transfer Multisort Elektronik Sp. z o.o.