Kontrol Pengisian Energi Matahari dengan Teknologi MPPT
Jumlah kebutuhan energi listrik meningkat pesat seiring dengan
pertumbuhan populasi dan perkembangan teknologi. Ada beberapa cara untuk
menghasilkan energi listrik menggunakan sumber energi terbarukan dan
tidak terbarukan.
Berbagai keuntungan energi matahari adalah faktor kunci di balik penggunaan energi matahari untuk berbagai keperluan. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik dengan bantuan panel surya dan untuk menyimpan energi listrik dengan mengisi baterai atau memasukkannya ke dalam beban.
Teknologi Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) adalah metode yang paling efisien di antara berbagai pengontrol pengisian energi matahari seperti kontrol 1 atau 2 tahap sederhana, kontrol PWM (modulasi lebar pulsa) dan pengontrol pengisian MPPT.
Dengan menggunakan sistem panel surya pelacakan energi matahari ini, kita dapat meningkatkan output sebesar 15% di musim dingin dan 35% di musim panas.
Gambar dibawah menunjukkan diagram blok panel surya pelacak energi matahari yang terdiri dari panel surya tiruan, rangkain catu daya (power supply), mikrokontroler untuk mengendalikan driver ULN2003A dan motor stepper untuk memutar panel surya.
Blok diagram pengontrol pengisian energi matahari terdiri dari berbagai blok: panel surya yang menghasilkan tenaga listrik menggunakan energi matahari; a pengisian untuk menghidupkan dan mematikan pengisian; sakelar beban untuk menghubungkan atau memutuskan beban; indikator untuk keperluan indikasi; baterai untuk menyimpan energi; dan komparator untuk membandingkan dan menghasilkan sinyal kontrol.
Pengontrol pengisian daya panel surya dikendalikan oleh mekanisme pengisian daya untuk melindungi baterai dari kondisi pengisian yang kurang, beban berlebih, dan pelepasan yang dalam.
Seperangkat indikator LED hijau dan merah digunakan untuk menunjukkan masing-masing kondisi yang terisi penuh dan di bawah atau di atas atau dalam kondisi debit yang dalam. Dalam hal indikator LED merah, rangkaian pengontrol pengisian energi matahari terdiri dari MOSFET, yang digunakan sebagai sakelar semikonduktor daya untuk mematikan pengisian selama kondisi kelebihan muatan atau baterai lemah.
Tetapi nilai sebenarnya dari baterai 12V berada dalam kisaran 10.5 hingga 12.7V berdasarkan pada kondisi pengisian daya. Pertimbangkan panel surya berperingkat 130watt pada tegangan dan arus tertentu, misalkan peringkat arus adalah 7.39 amp pada 17.6 volt.
Jika kita menghubungkan panel surya 130 watt ini ke baterai menggunakan pengontrol pengisian energi matahari non-MPPT, maka kita bisa mendapatkan daya yang sama dengan hasil arus panel surya: 7.4 amp dan tegangan baterai: 12 volt, dan sekitar 88.8 watt.
Dengan demikian, kami mendapatkan kerugian sebesar 41 watt (sekitar 130-88.8 = 41.2), hal ini disebabkan oleh ketidakcocokan antara panel surya dan baterai. Jadi, jika kita menggunakan pengontrol pengisian energi matahari MPPT, maka kita dapat meningkatkan perolehan daya sebesar 20 hingga 45% tetapi terutama kita harus tahu tentang teknologi MPPT, yang digunakan dalam pengontrol pengisian panel surya.
Perhatikan bahwa saat mengisi baterai, ampere dipertimbangkan. Jadi, untuk mendapatkan ampere maksimum ke dalam baterai, tegangan yang dibandingkan diubah menjadi tegangan terbaik menggunakan teknologi MPPT modern yang memiliki efisiensi konversi 93 hingga 97%.
Pelacak titik daya adalah konverter DC ke DC frekuensi tinggi yang mengambil input DC dari panel surya, kemudian mengubah DC menjadi AC frekuensi tinggi dan, sekali lagi AC akan dikonversi kembali menjadi tegangan DC yang berbeda dan arus yang secara akurat sesuai dengan baterai dan panel.
Umumnya MPPT beroperasi pada frekuensi mulai dari 20-80 kHz (rentang frekuensi audio sangat tinggi). Karenanya, transformator efisiensi sangat tinggi dan komponen kecil dapat digunakan untuk merancang rangkaian frekuensi tinggi ini.
MPPT non-digital atau linier mudah dan murah untuk dibuat dibandingkan dengan MPPT digital. Tetapi, ketika menggunakan MPPT non-digital, meskipun efisiensi sedikit meningkat, tetapi efisiensi keseluruhan bervariasi dalam rentang yang luas karena MPPT non-digital kehilangan pelacakan mereka dalam beberapa kasus. Misalnya, jika awan melewati rangkaian MPPT non-digital, maka rangkaian non-digital membutuhkan lebih banyak waktu untuk mencari titik terbaik berikutnya.
Gambar di bawah ini menunjukkan blok diagram pengontrol pengisian daya maksimum titik surya terintegrasi dan driver LED yang dibangun pada perangkat Programmable System on Chip (PSoC), pengendali, driver, periferal analog dan digital digunakan untuk mengukur, mengkondisikan dan mengendalikan sinyal .
Teknologi MPPT fleksibel dan kuat dalam mengambil tegangan dan arus dari panel surya untuk mencari daya puncak dengan menyesuaikan sinyal kontrol untuk mengoperasikan panel surya pada daya puncaknya.
Sinyal kontrol yang dihasilkan dari PSoC digunakan dalam menggerakkan konverter buck sinkron yang mengubah daya panel surya untuk mengisi baterai. Sistem ini juga digunakan untuk mengontrol proses pengisian baterai dan mendorong LED.
Berbagai keuntungan energi matahari adalah faktor kunci di balik penggunaan energi matahari untuk berbagai keperluan. Ini dapat digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik dengan bantuan panel surya dan untuk menyimpan energi listrik dengan mengisi baterai atau memasukkannya ke dalam beban.
Teknologi Pelacakan Titik Daya Maksimum (MPPT) adalah metode yang paling efisien di antara berbagai pengontrol pengisian energi matahari seperti kontrol 1 atau 2 tahap sederhana, kontrol PWM (modulasi lebar pulsa) dan pengontrol pengisian MPPT.
Pengontrol Pengisian Energi Matahari
Terutama mempertimbangkan pengendali energi matahari non-MPPT dan jangan bingung dengan pelacakan panel surya dan pengendali pengisian energi matahari. Pelacakan energi matahari panel surya digunakan untuk melacak energi matahari dengan memasang panel surya di papan motor bahwa energi matahari maksimum dapat digunakan pada siang hari.Dengan menggunakan sistem panel surya pelacakan energi matahari ini, kita dapat meningkatkan output sebesar 15% di musim dingin dan 35% di musim panas.
Gambar dibawah menunjukkan diagram blok panel surya pelacak energi matahari yang terdiri dari panel surya tiruan, rangkain catu daya (power supply), mikrokontroler untuk mengendalikan driver ULN2003A dan motor stepper untuk memutar panel surya.
Blok diagram pengontrol pengisian energi matahari terdiri dari berbagai blok: panel surya yang menghasilkan tenaga listrik menggunakan energi matahari; a pengisian untuk menghidupkan dan mematikan pengisian; sakelar beban untuk menghubungkan atau memutuskan beban; indikator untuk keperluan indikasi; baterai untuk menyimpan energi; dan komparator untuk membandingkan dan menghasilkan sinyal kontrol.
Pengontrol pengisian daya panel surya dikendalikan oleh mekanisme pengisian daya untuk melindungi baterai dari kondisi pengisian yang kurang, beban berlebih, dan pelepasan yang dalam.
Seperangkat indikator LED hijau dan merah digunakan untuk menunjukkan masing-masing kondisi yang terisi penuh dan di bawah atau di atas atau dalam kondisi debit yang dalam. Dalam hal indikator LED merah, rangkaian pengontrol pengisian energi matahari terdiri dari MOSFET, yang digunakan sebagai sakelar semikonduktor daya untuk mematikan pengisian selama kondisi kelebihan muatan atau baterai lemah.
Mengapa kita menggunakan teknologi MPPT?
Di sini meskipun pengendali pengisian daya energi matahari non-MPPT dapat memfasilitasi perlindungan baterai dari kondisi pengisian yang tidak diinginkan, tetapi tidak dapat meningkatkan efisiensi sistem. Umumnya panel Fotovoltaik dibangun untuk 12V dan digunakan untuk menempatkan output dalam kisaran 16 hingga 18V.Tetapi nilai sebenarnya dari baterai 12V berada dalam kisaran 10.5 hingga 12.7V berdasarkan pada kondisi pengisian daya. Pertimbangkan panel surya berperingkat 130watt pada tegangan dan arus tertentu, misalkan peringkat arus adalah 7.39 amp pada 17.6 volt.
Jika kita menghubungkan panel surya 130 watt ini ke baterai menggunakan pengontrol pengisian energi matahari non-MPPT, maka kita bisa mendapatkan daya yang sama dengan hasil arus panel surya: 7.4 amp dan tegangan baterai: 12 volt, dan sekitar 88.8 watt.
Dengan demikian, kami mendapatkan kerugian sebesar 41 watt (sekitar 130-88.8 = 41.2), hal ini disebabkan oleh ketidakcocokan antara panel surya dan baterai. Jadi, jika kita menggunakan pengontrol pengisian energi matahari MPPT, maka kita dapat meningkatkan perolehan daya sebesar 20 hingga 45% tetapi terutama kita harus tahu tentang teknologi MPPT, yang digunakan dalam pengontrol pengisian panel surya.
MPPT Pengontrol Pengisian Energi Matahari
Teknologi MPPT biasanya berupa pelacakan elektronik digital yang melacak dan membandingkan tegangan baterai dengan tegangan panel surya sehingga daya terbaik di mana baterai dapat diisi menggunakan panel surya dapat diketahui.Perhatikan bahwa saat mengisi baterai, ampere dipertimbangkan. Jadi, untuk mendapatkan ampere maksimum ke dalam baterai, tegangan yang dibandingkan diubah menjadi tegangan terbaik menggunakan teknologi MPPT modern yang memiliki efisiensi konversi 93 hingga 97%.
Prinsip Kerja MPPT Pengontrol Pengisian Energi Matahari
Tegangan panel surya 17.6V pada 7.6A dikonversi ke bawah oleh MPPT agar sesuai dengan baterai 12V. Dengan demikian, baterai mendapat 12V pada 10.8A membuat total daya hampir sama dengan 130W. Untuk mengisi daya baterai, tegangan tinggi membantu memaksa arus masuk. Faktanya, secara praktis, output dari pengontrol pengisian daya MPPT bervariasi secara terus-menerus untuk mendapatkan ampere maksimum ke dalam baterai.Pelacak titik daya adalah konverter DC ke DC frekuensi tinggi yang mengambil input DC dari panel surya, kemudian mengubah DC menjadi AC frekuensi tinggi dan, sekali lagi AC akan dikonversi kembali menjadi tegangan DC yang berbeda dan arus yang secara akurat sesuai dengan baterai dan panel.
Umumnya MPPT beroperasi pada frekuensi mulai dari 20-80 kHz (rentang frekuensi audio sangat tinggi). Karenanya, transformator efisiensi sangat tinggi dan komponen kecil dapat digunakan untuk merancang rangkaian frekuensi tinggi ini.
MPPT non-digital atau linier mudah dan murah untuk dibuat dibandingkan dengan MPPT digital. Tetapi, ketika menggunakan MPPT non-digital, meskipun efisiensi sedikit meningkat, tetapi efisiensi keseluruhan bervariasi dalam rentang yang luas karena MPPT non-digital kehilangan pelacakan mereka dalam beberapa kasus. Misalnya, jika awan melewati rangkaian MPPT non-digital, maka rangkaian non-digital membutuhkan lebih banyak waktu untuk mencari titik terbaik berikutnya.
Fitur utama MPPT Pengontrol Pengisian Energi Matahari
- Pengontrol pengisian energi matahari MPPT digunakan untuk mengoreksi dan mendeteksi variasi karakteristik tegangan-arus panel surya dan seperti yang ditunjukkan pada gambar di atas.
- Hal ini diperlukan untuk setiap sistem tenaga surya yang diperlukan untuk mengeluarkan daya maksimum dari modul Fotovoltaik karena memaksa modul Fotovoltaik untuk beroperasi pada tegangan dekat dengan titik daya maksimum dengan menarik daya maksimum yang tersedia.
- Dengan menggunakan MPPT pengontrol pengisian energi matahari, kita bisa menggunakan panel surya dengan output tegangan yang lebih besar dari tegangan pengoperasian sistem baterai.
- Kompleksitas sistem dapat dikurangi dengan menggunakan pengontrol pengisian energi matahari MPPT karena memiliki efisiensi tinggi.
- Ini dapat diterapkan untuk digunakan dengan berbagai sumber energi seperti turbin air atau turbin tenaga angin, dan sebagainya. Daya output panel surya digunakan untuk mengendalikan konverter DC-DC secara langsung.
MPPT Pengontrol Pengisian Energi Matahari Terintegrasi dengan Driver LED
Tren terkini dalam pencahayaan dan penerangan sering menggunakan LED kecerahan tinggi yang memiliki masa pakai yang lama dengan biaya perawatan yang rendah dan efisiensi tinggi, tetapi membutuhkan driver daya untuk mempertahankan arus yang konstan. Ini dapat difasilitasi oleh konverter step-up atau step-down DC-DC.Gambar di bawah ini menunjukkan blok diagram pengontrol pengisian daya maksimum titik surya terintegrasi dan driver LED yang dibangun pada perangkat Programmable System on Chip (PSoC), pengendali, driver, periferal analog dan digital digunakan untuk mengukur, mengkondisikan dan mengendalikan sinyal .
Teknologi MPPT fleksibel dan kuat dalam mengambil tegangan dan arus dari panel surya untuk mencari daya puncak dengan menyesuaikan sinyal kontrol untuk mengoperasikan panel surya pada daya puncaknya.
Sinyal kontrol yang dihasilkan dari PSoC digunakan dalam menggerakkan konverter buck sinkron yang mengubah daya panel surya untuk mengisi baterai. Sistem ini juga digunakan untuk mengontrol proses pengisian baterai dan mendorong LED.