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May 29, 2023

Bester MPPT- oder PWM-Solarregler für das Wohnmobil

16. Dezember 2022 von Mark Allinson Hinterlasse einen Kommentar PWM- und MPPT-Ladung

16. Dezember 2022 von Mark Allinson Hinterlasse einen Kommentar

PWM- und MPPT-Laderegler sind beides Geräte, die häufig zum Laden von Batterien mit der von Solarmodulen erzeugten Energie auf Wohnmobilen und Booten und natürlich in Festinstallationen verwendet werden.

Der PWM-Controller ist ein Schalter, der die Solarmodule mit Ihrer Servicebatterie verbindet. Dieses Gerät kann die Spannung der Sitzungen erheblich reduzieren, bis sie die Spannung der Batteriebank erreicht.

Der MPPT-Regler hingegen ist ausgefeilter (und teurer): Er regelt seine Eingangsspannung, um die maximal mögliche Leistung aus den Solarmodulen zu gewinnen.

Dann wandelt es diese Energie um, um den Batteriespannungsbedarf zu decken. MPPT entkoppelt die Spannung der Panels von der der Batterie, sodass eine 12-Volt-Batterie und Panels in Reihe geschaltet werden können, um 36 Volt zu erzeugen.

Im Allgemeinen sind sich alle einig, dass der MPPT-Regler in kalt-gemäßigten Klimazonen besser abschneidet als der PWM-Regler. Im Gegensatz dazu zeigen beide Controller in subtropischen und tropischen Klimazonen die gleiche Leistung.

In diesem Artikel beschreiben wir jedoch ausführlich den Einfluss der Temperatur, ein Parameter, der bei der Verwendung in einem Wohnmobil von entscheidender Bedeutung ist, wenn es darum geht, zu entscheiden, was am besten zu tun ist, wenn man über den Kauf eines dieser Geräte nachdenkt.

Betrachten wir als Beispiel ein einfaches 100-W-Solarpanel mit 36 ​​monokristallinen Zellen. Dieses klassische Panel ist in vielen Alltagscampern verbaut. Nehmen wir an, wir befinden uns in einer Situation, in der die Außentemperatur 25° C beträgt und die Sonneneinstrahlung 1000 W/m² beträgt (siehe Hinweis unten).

Die maximale Nennleistung unseres Referenzpanels liegt bei einer maximalen Anschlussspannung von 18 Volt und einem Strom von 5,56 Ampere (18 V x 5,56 A = 100 W). Um das Beste aus diesem Solarpanel herauszuholen, sollte ein Laderegler gewählt werden kann den maximalen Leistungspunkt ausnutzen, was ein MPPT-Gerät tut.

Die Eingangsspannung eines PWM-Controllers entspricht im Prinzip der Batteriespannung. Angeschlossen an seinen Ausgang (plus Spannungsverluste in der Verkabelung und Steuerung), der bei Wohnmobilen normalerweise 12 Volt beträgt.

Da wir uns unter den oben genannten Bedingungen befinden, wird das Solarpanel, wie Sie sicher verstanden haben, nicht mit maximaler Leistung genutzt.

Mit seinem Mikroprozessor und seiner hochentwickelten Software erkennt der MPPT-Regler dann den maximalen Leistungspunkt und kann, im oben gezeigten Beispiel, die Ausgangsspannung des Solarpanels auf 18 V einstellen und daraus dann 5,56 A ziehen. Was passiert als nächstes?

Der MPPT-Laderegler ist ein DC-DC-Transformator (Gleichstrom), der Strom von einer höheren Spannung in Strom mit einer niedrigeren Spannung umwandeln kann.

Die Energiemenge ändert sich nicht (bis auf ein kleines Leck im Umwandlungsprozess). Wenn daher die Ausgangsspannung niedriger als die Eingangsspannung ist, ist der Ausgangsstrom höher als der Eingangsstrom, sodass das Produkt P = V x I konstant bleibt.

Beim Laden einer 12-Volt-Batterie stellt der MPPT-Regler die Ausgangsspannung auf einen höheren Wert, beispielsweise 13 Volt, ein. Daher wird der Ausgangsstrom mit 100 W/13 V = 7,7 A berechnet.

Der PWM-Regler ist kein DC-DC-Transformator. Der PWM-Controller ist ein Schalter, der das Solarpanel mit der Batterie verbindet. Wenn der Schalter geschlossen ist, haben Meeting und Batterie nahezu die gleiche Spannung. Unter der Annahme, dass es sich um eine leere Batterie handelt, beträgt die anfängliche Ladespannung etwa 13 V.

Unter Berücksichtigung eines Spannungsverlusts von 0,5 V in der Verkabelung und des Eigenverlusts des Controllers beträgt die Spannung am Panel daher 13,5 V. Die Spannung steigt dann langsam an, wenn der Ladezustand der Batterie zunimmt.

Wenn die Absorptionsspannung erreicht ist (siehe IUIU-Kurve zum Laden von AGM-Batterien), beginnt der PWM-Controller, das Panel zu trennen und wieder anzuschließen, um eine Überlastung zu verhindern (daher der Name: Pulsweitenmodulierter Controller).

Nachdem wir diese Überlegungen angestellt haben, nehmen wir das Beispiel noch einmal auf und stellen fest, dass wir bei einer Batterieladespannung von 13 V und der Spannung der Panels von 13,5 V nicht am maximalen Leistungspunkt der Konferenz arbeiten, sondern nur in dem Moment, in dem welche Die Strom-Spannungs-Kurve ergibt etwa 6 Ampere. Unter Berücksichtigung des oben Gesagten erhalten wir einen Ladestrom von = 81 W, 19 % weniger als die 100, die wir mit dem MPPT-Controller erhalten.

Zusammenfassend haben wir gesehen, dass bei 25 °C ein MPPT-Regler einem PWM-Regler vorzuziehen ist, da er mehr Strom aus demselben PV-Modul ziehen kann. Die Temperatur hat jedoch einen starken Einfluss auf die Ausgangsspannung des Panels, und hier wird es interessanter.

Das Ergebnis der Temperatur ist ein zu großer Parameter, um bei jeder Photovoltaikanlage vernachlässigt zu werden, vor allem aber bei Anhängern. Diese Fahrzeuge bewegen sich und können nicht auf die für feste Systeme typischen statischen Berechnungen zurückgreifen.

Sie sollten wissen, dass sowohl die Leerlaufspannung als auch die Maximum Power Point-Spannung sinken, wenn sich ein Panel aufgrund der Sonneneinstrahlung erwärmt. Der Strom bleibt jedoch praktisch konstant. Mit anderen Worten: Die Strom-Spannungs-Kurve verschiebt sich mit steigender Temperatur. In der Praxis wird unser Panel weiterhin 5,56 Ampere erzeugen, dieses Mal jedoch bei einer niedrigeren Spannung.

Wenn die Zellentemperatur 75 °C beträgt, muss der MPPT-Regler mit unterschiedlichen Spannungsparametern am maximalen Leistungspunkt umgehen, da das gleiche Panel nicht mehr wie bei 25 °C eine maximale Spannung von 18 Volt hat, sondern viel niedriger . Wenn wir die Datenblätter des Referenzpanels bei 100 Watt zur Hand nehmen, sehen wir, dass die maximale Spannung bei 75 °C auf 13,5 Volt sinkt.

Bei dieser maximalen Spannung könnte der MPPT-Regler also diese Leistung entwickeln: 5,56 x 13,5 = 75 Watt.

Wie wir zuvor gesehen haben, sorgt das Vorhandensein einer Batteriespannung von 13 V anstelle des PWM-Controllers bei einer Zellentemperatur von 75 °C dafür, dass am Panel eine Spannung von 13,5 V anliegt. Das haben wir also am Ende 13 1,5V x 5,56A = 75 Watt.

Fazit: Wenn die Panels bei 75 °C arbeiten und der Akku mit 13 Volt geladen wird, ist der Leistungsunterschied zwischen PWM und MPPT praktisch nicht vorhanden.

Es ist interessant zu sehen, was bei noch höheren Temperaturen passiert, wenn die maximale Versorgungsspannung desselben Panels auf 11,7 Volt sinkt. In diesem Fall müssen wir wissen, dass die meisten MPPT-Regler keine niedrigere Spannung in eine höhere Spannung umwandeln können, da dies nicht ihre Aufgabe ist.

In diesem Fall würde dieses Gerät im Allgemeinen als einfacher PWM-Controller arbeiten und somit das Panel direkt an die Batterie anschließen. Wenn die Batterie in diesem Fall die üblichen 13 Volt hat, beträgt der von der Konferenz gesammelte Strom nur 4 Ampere. Naturgemäß verschlimmert sich die Situation mit steigender Batteriespannung (bzw. steigender Temperatur), da der Ladestrom weiter sinkt.

In unserem Beispiel funktionieren MPPT- und PWM-Regler bei hohen Temperaturen nicht.

Die Lösung zur Verbesserung der Leistung des MPPT-Reglers bei hohen Temperaturen besteht darin, die Panelspannung durch Erhöhung der Anzahl der in Reihe geschalteten Zellen zu erhöhen. Diese Lösung gilt nicht für PWM-Controller, da eine Erhöhung der Anzahl der Zellen in Reihe die Leistung bei niedrigen Temperaturen verringern würde.

Daher haben wir zum Beispiel, wie wir es bei unserem LKW getan haben, der mit MPPT-Reglern arbeitete, 24-V-Photovoltaikmodule anstelle von 12 V verwendet, oder was diejenigen, die nicht viel Platz haben, könnten, wäre, zwei 50-W-Module in Reihe zu verwenden, um die vorherigen 100 zu erhalten Dadurch verdoppelt sich die Ausgangsspannung und der MPPT-Controller lädt einen 12V-Akku auch bei einer Zellentemperatur von 100°C mit 66W (5,1A bei 13V).

Ein zusätzlicher Vorteil: Da die Panelspannung verdoppelt wird, verringert sich der Panelstrom. Wenn wir also weniger Widerstand haben, werden wir einen geringeren Endverlust erleiden.

Abschluss

Beim Einsatz eines MPPT-Reglers gibt es zwei zwingende Gründe, die Spannung von PV-Modulen zu erhöhen:

a) Sammeln Sie so viel Energie wie möglich aus den Paneelen, auch bei hohen Temperaturen.

b) Verringern Sie die Querschnittsfläche des Kabels und senken Sie so die Kosten durch Optimierung der Ausbeute.

Leistung von MPPT- und PWM-Reglern für den Einsatz in Wohnmobilen

Betriebstemperatur

Unterm Strich können wir sagen, dass ein PWM-Controller ganz ähnlich funktioniert (Abweichungen von etwa 10 Prozent, wenn die Batterieladespannung zwischen 13V und 15V liegt) und wir in einem Temperaturbereich zwischen 45°C und 75°C arbeiten C.

Art der Solarmodule: Monokristallin oder Polykristallin

Den Datenblättern verschiedener Hersteller zufolge ist die Spitzenspannung bei polykristallinen Modulen im Durchschnitt etwas niedriger.

Bei einem 12-V-Schuppen-Solarpanel beträgt der Unterschied 0,35 V bis 0,7 V, während der Temperaturkoeffizient bei beiden Technologien ähnlich ist. Die Konsequenz ist, dass ein PWM-Regler bei diesen Panels etwas schlechter funktionieren würde.

Teilweise Schatten

Eine Teilverschattung reduziert die Ausgangsspannung. Bei Arbeiten im Halbschatten ist MPPT gegenüber PWM klar im Vorteil.

Undichtigkeiten in der Verkabelung und im Controller

Bei einer Schallinstallation sind diese Verluste im Vergleich zum Temperatureinfluss minimal. Beachten Sie, dass in diesem Dokument Leistung, Spannung und Strom am Panel-Ausgang gemessen werden und Verluste nicht berücksichtigt werden.

Wie hoch ist die Temperatur der Paneele und wie berechnet man sie?

Beim Lesen dieses Artikels haben Sie sich vielleicht gefragt: Ja, gut, aber bei welcher Temperatur funktionieren meine Solarmodule überhaupt?

Diese Angabe erfolgt durch NOCT (Normal Operating Cell Temperature), die von den meisten Solarmodulherstellern angegeben wird. Die Bedingungen, unter denen der von den Herstellern angegebene NOCT-Wert berechnet wird, sind wie folgt definiert:

Umgebungstemperatur: 20°C

Bestrahlungsstärke: 800 W/m².

Nach Angaben der verschiedenen Hersteller liegt der NOCT also im Durchschnitt bei 45 °C, was bedeutet, dass unter den festgelegten Bedingungen die Solarzellentemperatur um 25 °C höher ist als die Umgebungstemperatur.

Denken Sie daran, dass kein Wind und Temperaturen von 40 °C dazu führen können, dass Solarmodule an einem heißen, sonnigen Tag in Europa bei Zelltemperaturen zwischen 70 und 80 °C arbeiten. Unter diesen Bedingungen arbeitet ein PWM weniger als 10 % schlechter als ein MPPT.

Allgemeine Schlussfolgerung

Für unsere Camper ist der PWM-Laderegler eine kostengünstige Lösung, die nur dann in Betracht gezogen werden sollte, wenn Sie Ihr Fahrzeug in Situationen mit maximaler Hitze nutzen und vor allem, wenn Sie nicht vorhaben, in schattigen Bereichen zu parken.

Für Allround-Anlässe oder einen allgemeineren und weniger gezielten Einsatz des Wohnmobils ist der MPPT-Regler hingegen die richtige Wahl. Es besteht daher kein Zweifel daran, dass der MPPT-Regler die beste Wahl ist, wenn Sie maximale Bewegungsfreiheit benötigen.

Der Solarladeregler nutzt die Messwerte, die er vom Smart Battery Sense-Gerät erhält, um seine Ladeparameter zu optimieren. Die Genauigkeit der übertragenen Daten verbessert die Ladeeffizienz des Akkus und verlängert die Lebensdauer des Akkus.

Die Verbindung zwischen Smart Battery Sense und einem oder mehreren Solarladegeräten erfolgt drahtlos: Sie nutzt VE. Smart Network, eine Bluetooth-basierte drahtlose Technologie von Renogy.

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