MPPT أم PWM: اختيار منظم لشحن بنوك بطاريات الليثيوم

قد تنتج مجموعة الألواح الشمسية الطاقة بينما تُشحن بطارية الليثيوم ببطء أكثر من المتوقع. ومن الأسباب الشائعة اختيار وحدة التحكم بناءً على السعر أو الجهد الاسمي وحده: إذ لا تستخدم وحدتا PWM وMPPT قدرة الألواح بالطريقة نفسها، ولا تستطيع أي منهما تعويض ملف شحن غير ملائم.

لا تقتصر المفاضلة بين MPPT وPWM على الاختيار بين حل متقدم وآخر أساسي. تعتمد وحدة التحكم المناسبة على جهد مجموعة الألواح، وجهد البطارية، ودرجة الحرارة، وحجم النظام، وكمية الطاقة التي يجب أن يلتقطها التطبيق. وفي أنظمة النسخ الاحتياطي للاتصالات وأنظمة UPS والطاقة الشمسية خارج الشبكة والأنظمة البحرية، تؤثر هذه التفاصيل في الطاقة القابلة للاستخدام وفي أداء البطارية.

آلية عمل نوعَي وحدات التحكم

تصل وحدة تحكم PWM مجموعة الألواح الشمسية بالبطارية عبر نبضات سريعة، ما يجعل جهد الألواح قريبًا عمليًا من جهد البطارية أثناء الشحن. وهي بسيطة وقد تكون اقتصادية عندما يتوافق جهد تشغيل اللوح إلى حد كبير مع جهد شحن البطارية.

تستخدم وحدة تحكم MPPT مرحلة تحويل من التيار المستمر إلى التيار المستمر لتشغيل مجموعة الألواح بالقرب من نقطة القدرة القصوى، ثم تحول تلك القدرة إلى الجهد الذي تحتاج إليه البطارية. وهذا يتيح استخدام سلاسل ألواح ذات جهد أعلى مع بطارية ذات جهد أقل، ضمن حدود دخل وحدة التحكم.

على سبيل المثال، ينتج لوح بقدرة 200 W يعمل عند نحو 18 V تيارًا يقارب 11.1 A عند نقطة القدرة القصوى. وإذا وُصل عبر PWM ببطارية 12 V تُشحن عند نحو 14 V، فقد يبقى التيار قريبًا من 11.1 A وتبلغ القدرة في جانب البطارية نحو 155 W، قبل احتساب الخسائر الأخرى. ويمكن لوحدة تحكم MPPT تحويل جزء كبير من القدرة المتاحة من اللوح إلى تيار أعلى في جانب البطارية، مع مراعاة كفاءة التحويل وظروف التشغيل وحدود وحدة التحكم.

ما الذي ينبغي مقارنته قبل الشراء

تأمل هذه المقارنة التوضيحية لبنك بطاريات LiFePO4 بجهد 12 V ولوح واحد بقدرة 200 W. يختلف الخرج الفعلي بحسب درجة حرارة اللوح والإشعاع الشمسي والأسلاك والظلال وكفاءة وحدة التحكم.

PWM: جهد تشغيل اللوح نحو 18 V؛ جهد شحن البطارية نحو 14 V؛ قدرة تقريبية في جانب البطارية تبلغ نحو 155 W في الظروف المذكورة؛ تكلفة أقل للمعدات؛ الأنسب عندما يكون جهد اللوح قريبًا من جهد البطارية.

MPPT: يعمل اللوح بالقرب من نقطة القدرة القصوى؛ وقد تقترب القدرة في جانب البطارية من قدرة اللوح مطروحًا منها خسائر التحويل والأسلاك؛ تكلفة أعلى للمعدات؛ مفيد عندما يكون جهد اللوح أعلى بكثير من جهد البطارية أو عندما تكون مجموعة الألواح أكبر.

هذا المثال ليس تقديرًا مضمونًا للطاقة المنتجة. وغالبًا ما تكون مكاسب MPPT أوضح في الأجواء الباردة، عندما يرتفع جهد اللوح، وفي مجموعات الألواح المصممة بسلاسل ذات جهد أعلى. ومع ذلك، قد يظل إعداد PWM المتوافق جيدًا خيارًا معقولًا لنظام صغير يراعي التكلفة، بأسلاك محدودة واحتياجات متواضعة للطاقة.

تحقق من التوافق مع بنك بطاريات الليثيوم

تأكد من أن وحدة التحكم تتضمن ملف شحن LiFePO4 أو تتيح ضبط جهد الشحن وسلوك مرحلة الامتصاص وسلوك الشحن العائم وفقًا لما تحدده الشركة المصنعة للبطارية. لا تستخدم معادلة الشحن الخاصة ببطاريات الرصاص الحمضية مع بطارية LiFePO4، ما لم تحدد الشركة المصنعة للبطارية صراحةً إجراءً متوافقًا.

يُعد BMS طبقة حماية، لكنه لا يغني عن ضبط وحدة التحكم على نحو صحيح. تحقق من حدود تيار الشحن، وقيود الشحن عند درجات الحرارة المنخفضة والمرتفعة، واستجابة وحدة التحكم إذا فصل BMS البطارية. نسّق بين وسائل الحماية في وحدة التحكم والبطارية لتجنب انقطاعات الشحن المتكررة.

فحوصات تحديد السعة وتصميم النظام

قارن الحد الأقصى لجهد الدائرة المفتوحة لمجموعة الألواح الكهروضوئية، وتيار الدخل، وتيار الخرج، وتصنيف القدرة لوحدة التحكم بالمواصفات الفعلية لمجموعة الألواح والبطارية. أدرج جهد الألواح في الطقس البارد ضمن حساب جهد الدائرة المفتوحة؛ فتجاوز حد الجهد لوحدة التحكم قد يؤدي إلى تلف المعدات.

بالنسبة إلى بنوك بطاريات الليثيوم، طابق تيار الشحن مع مواصفات البطارية وراعِ معدل C: تيار الشحن مقسومًا على السعة الاسمية بالأمبير-ساعة. فعلى سبيل المثال، يعادل تمرير 20 A إلى بنك سعته 100 Ah معدل 0.2C، لكن الحد الموثق للبطارية هو المرجع الحاسم. راجع أيضًا عمق التفريغ (DoD) المتوقع، وأهداف عمر الدورات، ومراقبة حالة الشحن (SOC) وحالة الصحة (SOH)، إلى جانب الطلب اليومي على الطاقة.

استخدم هذه الفحوصات عند تحديد مواصفات النظام:

- اختر PWM عندما يكون جهد اللوح قريبًا من جهد شحن البطارية وتلبي الطاقة المتوقعة احتياجات الحمل.

- اختر MPPT عندما تبرر سلاسل الألواح الكهروضوئية ذات الجهد الأعلى، أو قيود الأسلاك، أو الظروف المتغيرة، أو زيادة التقاط الطاقة التكلفة الإضافية.

- تحقق من إعدادات LiFePO4، وحدود درجات الحرارة، والتنسيق مع BMS، وتيار الشحن المعتمد من الشركة المصنعة.

تحقق من وثائق التركيب والمنتج ذات الصلة، بما فيها اختبارات نقل البطاريات وفق UN38.3 ومعياري IEC 62619 أو UL 1973 حيثما يتطلب المشروع ذلك.

اعتبارات الشراء والنشر

قارن تكلفة النظام الكامل، لا سعر وحدة التحكم وحده. فقد تقلل سلاسل الألواح الكهروضوئية ذات الجهد الأعلى التيار وخسائر الكابلات، بينما تضيف عملية التحويل عبر MPPT تكلفة للمعدات ومتطلبات للتهيئة. وفي تطبيقات الاتصالات وUPS والطاقة الشمسية والأنظمة البحرية، تحقق أيضًا من واجهات المراقبة وتصنيفات الظروف البيئية وسهولة الوصول للصيانة وتوافر قطع الغيار.

عندما يلزم أن تلائم البطارية حاوية محددة أو مدة تشغيل أو واجهة أو متطلبات بيئية بعينها، يمكن لـ Newbeebattery أن تكون شريك OEM/ODM لتصميم حزمة مخصصة ومواءمة BMS ومواصفات شحن حزمة LiFePO4 مع تصميم النظام.

الخلاصة

قد تفي PWM بالمتطلبات بتكلفة مناسبة في مجموعة ألواح صغيرة تتوافق خصائصها جيدًا مع البطارية. أما عندما يكون اختلاف الجهد أو مردود الطاقة مهمًا، فعادةً ما تكون MPPT الخيار الأنسب. اتخذ القرار استنادًا إلى حسابات مجموعة الألواح وحدود الشحن الموثقة للبطارية وظروف تشغيل النظام.