Cách chọn bộ điều khiển sạc

Đối với hệ điện năng lượng mặt trời áp mái chắc chắn bạn đã nghe nhiều về bộ điều khiển sạc năng lượng mặt trời PWM và MPPT. Và hiện nay 02 công nghệ này cũng đã được áp dụng trong đèn năng lượng mặt trời.

Điểm giống nhau giữa hai công nghệ sạc MPPT và PWM

Cả hai loại bộ điều khiển sạc được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điện năng lượng mặt trời và đèn năng lượng mặt trời và cả hai lựa chọn này cũng là tuyệt vời để sạc pin hiệu quả . Nhiệm vụ cơ bản nhất của bộ điều khiển sạc là điều chỉnh điện áp ra của PV panel thành điện áp thích hợp để nạp cho Pin/Acquy.

Sự khác biệt giữa bộ điều khiển sạc PWM và MPPT là gì?

Công nghệ sạc PWM cho đèn năng lượng mặt trời

• Bộ điều khiển sạc Pulse-Width Modulating [PWM] sử dụng các thuật toán phức tạp để xác định lượng điện tích đi vào pin hoặc ắc quy của đèn năng lượng mặt trời và từ từ giảm dần khi pin hoặc ắc quy đầy.
• Điều khiển sạc PWM về cơ bản nó giống như switch chuyển đổi kết nối giữa tấm pin năng lượng mặt trời vào tổ hợp pin/ắc quy.PWM sử dụng các mạch điện tử transitor đóng cắt liên tục với tần số cao để ổn áp sạc cho pin/ắc quy, phương pháp này có nhược điểm lớn là làm hao phí khoảng trên dưới 20% lượng điện sạc từ tấm pin năng lượng mặt trời. Sự hao phí lớn này cũng là lí do chính mà hiện nay các loại đèn năng lượng mặt trời cao cấp không còn ứng dụng công nghệ PWM nữa.

Công ngệ sạc MPPT cho đèn năng lượng mặt trời dự án

• Bộ điều khiển sạc theo dõi nhiều điểm [MPPT][Maximum Power Point Tracker] thực tế là một bảng điều khiển năng lượng mặt trời được tích hợp trong bộ đèn năng lượng mặt trời, nó sẽ theo dõi, giám sát đầu ra để có thể tự động khớp điện áp mà nó tạo ra với điện áp của ắc quy nhằm tối đa hóa hiệu suất sạc.
• MPPT là phương pháp dò tìm điểm làm việc có công suất tối ưu của hệ thống nguồn điện pin mặt trời qua việc điều khiển chu kỳ đóng mở khoá điện tử dùng trong bộ DC/DC.
• Công nghệ điều khiển sạc theo dõi điểm tối đa MPPT sẽ giúp ta thu được nhiều năng lượng hơn từ tấm pin năng lượng mặt trời cho Pin/ắc quy lưu trữ của đèn năng lượng mặt trời. Hiệu quả của phương pháp này vượt trội hơn khoảng từ 10% đến 40% khi các tấm pin có nhiệt độ thấp khoảng dưới 45ºC, hoặc rất cao khi nhiệt độ trên 75ºC, hoặc khi cường độ bức xạ ánh sáng từ mặt trời thấp. Với khả năng làm việc được tối ưu hơn thì MPPT thường ứng dụng cho các loại đèn năng lượng trời cao cấp lắp đặt cho những nơi có nhiều sương mù, mưa nhiều và thường xuyên thiếu nắng.
• Khi ở điều kiện nhiệt độ cao nhưng cường độ bức xạ thấp, điện áp đầu ra của tấm năng lượng sẽ giảm đáng kể. Thêm nhiều cell cần được kết nối vào tấm pin để đảm bảo điện áp đầu ra của tấm pin pin phải cao hơn điện áp pin/ắc quy. Đây chính là điểm yếu nếu sử dụng điều khiển sạc PWM. Chính vì thế việc sử dụng điều khiển sạc MPPT, có thể nối tiếp nhiều cell pin với nhau để cho điện áp cao hơn, giảm cường độ dòng điện.
• Nhược điểm lớn nhất khi áp dụng công nghệ sạc MPPT cho đèn năng lượng mặt trời là làm giá thành tăng lên khá nhiều. Nên thường công nghệ này chỉ được trang bị cho những chiếc đèn đường năng lượng mặt trời dự án.

Bạn có thể tham khảo một số mẫu đèn dự án sử dụng năng lượng mặt trời sử dụng công nghệ sạc MPPT [Tại đây]:

Điều khiển sạc năng lượng mặt trời có điện áp vào phù hợp với điện áp của pin mặt trời và điện áp ra tương ứng với điện áp của ắc quy. Vì điều khiển sạc có nhiều loại cho nên bạn cần chọn loại nào phù hợp với hệ thống điện mặt trời của bạn. Đối với các hệ pin mặt trời lớn, nó được thiết kế thành nhiều dãy song song và mỗi dãy sẽ do một điều khiển sạc phụ trách. Các điều khiển sạc này phải có khả năng làm việc song song với nhau. Công suất của điều khiển sạc phải đủ lớn để nhận điện năng từ tấm pin năng lượng mặt trời và đủ công suất để nạp cho hệ thống bình ắc quy.

Để chọn điều khiển sạc, ta phải tính ra các thông số Wp, Vpm, Voc, Ipm, Isc của hệ thống pin mặt trời kết nối với nó. Các trị số dòng và áp của bộ điều khiển sạc phải chấp nhận được các trị số dòng áp trên của hệ thống pin mặt trời.

Thông thường ta chọn điều khiển sạc có dòng Imax = 1.5 x dòng ngắn mạch Isc của hệ pin mặt trời.

Đối với loại điều khiển sạc MPPT thì cách chọn có khác. Trước tiên bạn tìm hiểu điều khiển sạc MPPT là gì? sau đó tham khảo chi tiết thiết kế điều khiển sạc MPPT sau đây.

1. Điều khiển sạc MPPT là gì?

Điều khiển sạc MPPT là một điều khiển sạc bên trong có bộ vi xử lý sử dụng thuật toán MPPT để bắt tấm pin mặt trời làm việc ở công suất cực đại tại thời điểm đó và sạc cho ắc quy.

1. Đối với kết nối đến pin mặt trời: bộ vi xử lý sử dụng thuật toán MPPT theo dõi đường cong dòng áp làm việc của pin mặt trời, ép pin mặt trời làm việc tại dòng và áp của điểm công suất cực đại MPP.

2. Đối với kết nối bình ắc quy, điều khiển sạc cấp dòng DC nạp bình có đặc tính dòng nạp tối ưu: Khi dòng từ pin mặt trời thấp, điều khiển sạc MPPT làm nhiệm vụ tăng, nâng dòng lên để nạp vào bình. Khi dòng từ pin mặt trời cao, điều khiển sạc MPPT làm nhiệm vụ giảm, hạ dòng xuống để bảo vệ bình.

Có thể thấy đối với thời tiết thay đổi, lượng bức xạ mặt trời khi thấp khi cao thì vai trò điều tiết của điều khiển sạc là rất lớn. Do vậy điều khiển sạc MPPT rất hữu dụng nhất là cho các hệ thống năng lượng mặt trời độc lập, sử dụng bình ắc quy và không có kết nối với lưới điện. Nó cũng rất cần cho hệ thống bơm nước dùng điện mặt trời.

Thí dụ đối với tấm pin có điện áp làm việc 36V được sạc cho hệ ắc quy 12V

Sơ đồ năng lượng khi không dùng bộ điều khiển sạc MPPT

Sơ đồ năng lượng khi dùng bộ điều khiển sạc MPPT

2. Các đặc tính chính của Điều khiển sạc MPPT

Theo dõi quan hệ dòng điện điện áp của pin mặt trời để tìm điểm năng lượng cực đại của đường cong I-V.

Thay đổi điện áp của pin mặt trời buộc pin mặt trời phải làm việc ở điểm năng lượng cực đại nhằm giúp pin mặt trời hấp thu tối đa năng lượng bức xạ mặt trời.

Điều chỉnh dòng điện từ pin mặt trời phù hợp với điện áp bình ắc quy. Điều này giúp bạn có nhiều lựa chọn các sản phẩm pin mặt trời trong thiết kế vì chúng có nhiều điện áp khác nhau, ngay cả khi nó có điện áp cao hơn điện áp bình acquy. Nó còn giúp ta tiết kiệm chi phí cho dây dẫn. Thí dụ với trường hợp pin mặt trời đặt xa, ta phải dùng dây dẫn cỡ lớn để điện áp khi đến bình ắc quy không bị suy giảm. Khi có bộ điều khiển sạc, ta có thể dùng dây nhỏ hơn mà không làm giảm hiệu suất của pin mặt trời sạc vào bình. Điều khiển sạc MPPT khiến hệ thống làm việc đơn giản hơn và làm hiệu suất hệ thống tăng lên.

3. Cách thiết kế Điều khiển sạc MPPT.

Từ điện áp danh định của hệ thống ắc quy đã biết, ta chọn ra 1 loại điều khiển sạc MPPT đáp ứng cho điện áp danh định ắc quy này. Điều khiển sạc MPPT với các model thường đặt tên gợi nhớ. MPPT-XXYY với XX là điện áp danh định của ắc quy, YY là dòng sạc lớn nhất. Thí dụ model MPPT-2412 dùng cho điện áp danh định bình là 24 VDC và dòng nạp max là 12A.

Thí dụ điện áp danh định của hệ acquy là 24 VDC ta chọn điều khiển sạc MPPT-24YY

Từ Wp của hệ pin mặt trời ta tính ra dòng sạc có được: Ic = Wp/XX

Tính ra YY bằng cách nhân Ic với hệ số an toàn, thí dụ 1,5: YY = 1,5 x Ic

Như vậy ta chọn ra được điều khiển sạc MPPT-XXYY

Các điều cần lưu ý: Điện áp và dòng của pin mặt trời là điện áp và dòng của dãy các tấm pin năng lượng mặt trời kết nối với điều khiển sạc chứ không phải của 1 tấm pin mặt trời. Dãy các tấm pin mặt trời có thể là các tấm pin mặt trời ghép nối tiếp hoặc song song hay ghép kết hợp cả 2 cách với nhau.

Voc của hệ pin mặt trời không được lớn hơn Vmax của điều khiển sạc MPPT-XXYY

Vpm của hệ pin mặt trời phải nằm trong phạm vi điều khiển của điều khiển sạc MPPT-XXYY