Solcelleregulator: Kan PWM være bedre enn MPPT i noen tilfeller?

[Kanalkapteinen]

Det er skrevet side opp og side ned om regulatorer her de siste femten åra.
På mange måter kan det virke som at MPPT fullstendig overgår PWM som regulator ved installajson av solcellepaneler, i alle fall når en forholdsvis uvitende amatør som meg prøver å lese meg opp. 

 

Likevel lurer jeg på om PWM i dette tilfellet kan være et bedre valg: 

Tre små paneler (30-50w) skal monteres med ca 30 grader ulik vinkel mellom hvert panel av praktiske årsaker. 

Dette vil medføre at det aldri er like god stråling inn på de tre panelene, av og til kan det også være skygge på ett, og sol på to. 

Panelene skal kobles til én regulator, og regulator kobles direkte til forbruksbank.
Anlegget i båten har fra før en Victron BMV-712 batterimonitor som jeg antar vil plukke opp ladingen fra panelene uten problemer siden shunten står koblet til forbruksbanken?  

 

Slik jeg har lest meg fram til det, så vil det da være mest gunstig å parallelkoble de tre panelene for å unngå at et "skyggepanel" drar ned effekten av de to andre, slik man vel kan oppleve ved seriekobling.

Dette betyr også at man beholder spenningen (V) på samme nivå uansett hvor mange paneler som får sol, mens man øker effekten (W) etter hvor mange paneler som kommer i sola. 

I slike tilfeller, vil ikke en PWM-regulator være minst like bra som en MPPT-regulator, hvis man tenker litt økonomi oppi det hele? 

 

Sunwind har en del artikler om temaet, og denne lista under er fra en eldre artikkel, men bør vel fortsatt gjelde? 

[Swingswong]

Byttet PWM på hytta til MPPT. 3 forskjellige paneler i parallell. Effekten gikk opp ca 15%.

 

[Bårdp]

Med så små paneler hadde jeg vel bare koblet de til batteribanken uten noen regulator.

[Havlengt]

Sitat

Effekten gikk opp ca 15%

Var det panel med litt størrelse / effekt dette?

[Lars H.]

Bårdp skrev for 2 timer siden:

Med så små paneler hadde jeg vel bare koblet de til batteribanken uten noen regulator.

Det er greit nok for batteriet med små paneler, men du mister mye effekt. Så godt som alle paneler har en tomgangsspenning å ca. 20V, men gir maks effekt om de belastes slik at spenningen ut av dem ligger på 17 - 18V (som en MPPT regulator sørger for). Kobles de rett mot et 12V batteri vil spenningen ligge på 12 - 14V som kun gir ca. 80%, se kurven nedenfor. Den er for et litt større panel, men prinsippet blir det samme. En PWM regulator er et gufs fra pil og bue alderen.

 

[Bårdp]

Nei ikke om du sammenligner med en PWM regulator. Den uformer ikke spenningen. Men sammenlignet med en MPPT regulator vil en jo miste litt. 

[JRK]

Som Lars skriver, men med ett lite forbehold. Har du paneler som leverer 14,4 V ved full belastning, så er det ingen gevinst ved MPPT regulator.  Kanksje det samme gjelder paneler som leverer litt høyere spenning om det er litt disig vær.

Selv har jeg valgt å investere i flere paneler da disse er blitt billige, 60W = Kr.500,- Da det gir mer strøm/krone enn oppgradering til MPPT. Kan ligge 5-6 dager med de to faste panelene jeg har i dag. Er det litt dis i luften, eller skal ligge lengre, legger jeg ut 3 til . Men inrømmer gjerne at det er litt pes å pakke disse ut om jeg må

[Swingswong]

Havlengt skrev On 17.6.2024 at 14.49:

Var det panel med litt størrelse / effekt dette?

De er ca 80w på stk

[tobixen]

On 6/17/2024 at 2:49 PM, Bårdp said:

Med så små paneler hadde jeg vel bare koblet de til batteribanken uten noen regulator.

 

Over kortere tidsrom så går det alltid bra å koble panelene rett til batteribanken.  Man mister noe effekt som Lars skriver, men på den andre siden sparer man penger på at man slipper å kjøpe regulator.

 

Over lengre tidsrom risikerer man å koke bort batteribanken dersom panelene er koblet rett til blybatterier, dersom panelbanken er stor, batteribanken er liten og sola skinner godt.  80W nominell effekt er nok til å koke bort et mindre batteri, mens en større batteribank kanskje overlever.  Det er bare å følge med på spenningen.  Dersom batteriene er toppladet og solcellepanelene kobles til, så bør ikke spenningen vokse til så veldig mye mer enn 13.8V.

 

LiFePo4-batterier har vel innebygd regulator som sørger for at batteriet ikke blir overladet.

[tobixen]

On 6/17/2024 at 2:19 PM, Kanalkapteinen said:

Sunwind har en del artikler om temaet, og denne lista under er fra en eldre artikkel, men bør vel fortsatt gjelde? 

Jeg ville tatt den med store klyper salt.

 

Jeg synes lista er litt for lang.  Mange av punktene er ganske åpenbare dersom man forstår hva PWM og MPPT innebærer.

 

Når batteriet ikke er fulladet, så vil en PWM være (omtrent) ekvivalent med å koble panelet rett på batteriet.  Panelspenningen synker da til batterispenningen, uten at strømmen øker signifikant.  En MPPT transformerer spenningen ned og strømmen opp, strømøkningen innebærer (nesen) ren gevinst.  Dersom panelet leverer 14.4V, så er det null gevinst å hente på MPPT, men slike paneler finnes vel ikke?

 

En vesentlig egenskap med MPPT er at man med fordel kan øke spenningen på panelsiden.  I praksis så er det meste man finner av paneler med 20V "åpen" spenning, og så lenge spenningskarakteristikken er omtrentlig den samme kan man fint parallellkoble ulike paneler.  I praksis fungerer seriekobling av paneler bare under helt spesielle omstendigheter - man må ha like paneler, lik vinkel mot sola, og ingen strøskygger.  Jeg antar at dersom man designer ting fra bunnen av og spesialbestiller paneler, så kan man få til en høy panelspenning.  Dersom man klatter på med det man finner av paneler på de stedene hvor man har plass til paneler, så er man i praksis ganske låst til 20V.

 

Her er noen kommentarer på punktene:

 

• MPPT-regulatorer utvikler mer varme enn en PWM-regulator, det er nok riktig.   Varmetapet i en MPPT er imidlertid ikke særlig signifikant ifht gevinsten med å bruke MPPT.  Moderne MPPT-regulatorer har mindre effekttap enn eldre modeller, men nå synser jeg.
• MPPT-regulatorer er dyrere enn PWM-regulatorer, men jeg skulle tro at dette er blitt "moden teknologi" og at det i 2024 bør være mulig å finne MPPT-regulatorer til en OK pris. (nå synser jeg, har ikke sjekket)
• Ja, med PWM-regulatorer bør panelspenningen være tilpasset batterispenningen.  Som nevnt over, i praksis er man ofte bundet til 20V-paneler uansett.
• Påstanden om at man kan få tak i billigere paneler ved bruk av MPPT har jeg lite tro på.
• Når batteriet er (nesten) fulladet spiller det ingen rolle hva slags regulator man har, uansett kan man ikke hente ut fullt utbytte av panelene.  Jeg er usikker på hva slags rolle paneltemperaturen spiller.
• "Kan gi en ekstra boost i batteriet når batterispennngen er lav og paneltemperaturen er lav" - merkelig påstand, men ja, jo større forskjellen mellom "åpen" panelspenning og batterispenning, jo mer mister man på å koble batteriene "direkte" til batteribanken.
• Rådet om å bruke PWM på paneleffekter lavere enn 200W mener jeg å ha blitt hakket i filler i andre tråder.  Det er ingen magisk grense på når man bør vurdere MPPT.  Det er en effektgevinst på å bruke MPPT uansett - så får man ta en individell vurdering på om effektgevinsten er verd ekstrakostnaden med en dyrere regulator.
• Som nevnt over, de fleste panelene man får har "åpen" spenning på 20V.  Det er ikke tilpasset 12V batterilading (og nettopp derfor får man gevinst ved bruk av MPPT), men det er heller ikke direkte uegnet for å kobles rett mot et 12V-batteri.
• Jeg er usikker på hva som menes med "Grid paneler" (sic)
• "Fungerer i hele registeret når spenning og strøm fra panelet er lav" vs "Kan ikke transformere strømmen (sic) fra panelet opp og er derfor avhengig av større spenning fra panelene for optimal funksjon".  MPPT transformerer faktisk opp strømmen, så dette er feil.  Ingen av dem transformerer opp spenningen, så en MPPT vil heller ikke kunne levere noe når panelspenningen er lavere enn batterispenningen.  Det er ikke uttenkelig at en MPPT kutter ut lading ved en innstråling hvor man fortsatt kan oppnå en liten krypstrøm ved bruk av PWM, men neppe signfikant.
• "Jobber på maks oppgitt ladestrøm fra panelene" vs "Kan ta ut mer energi fra panelene når forholdene er optimale for det".  Jeg synes formuleringen er underlig, men den er ikke usann.
• Jo mer strøm, jo tykkere kabler trenger man for å unngå spenningstap.  Strømmen ut fra et 20V-panel vil i utgangspunktet være omtrent like stor uansett om man velger PWM eller MPPT.  Som nevnt over er det en risiko for at man uansett er fastlås til 20V, da er dette ikke noe argument.
• Forskrifter som krever sertifisert installatør ved panelspenninger over 48V.  Dette er selvfølgelig noe man må tenke på dersom man planlegger MPPT kombinert med høye panelspenninger.
• Så hevdes det at mens en billig PWM-regulator er god nok, så vil en billig MPPT-regulator trolig gi lite gevinst.  Nå synser jeg, men jeg antar at dette ikke er noe stort problem i 2024.
• "Lite egnet i store anlegg".  Jeg ser ingen særlig egenskap ved PWM som gjør at det ikke kan skalere - men det er klart, i anlegg med høye effekter og lange avstander så bør man i høyeste grad planlegge å ha en høy panelspenning.
• Behov for ekstrautstyr - jeg anser at man vil ha et ønske om å overvåke batteriladingen uansett hva slags regulator man har.

[Grand Banks jr]

Enkelt mattestykke som nesten stemmer, etter det jeg husker:

 

La oss si at panelet leverer 20V med solen som er "nå", og er på 80W. 

 

Teoretisk effekt (W) er da 80W = 20V * XA

 

A (ampere) levert til batteri er da 80W/ 20V = 4A

 

1 time lading tilsvarer 4Ah inn på batteri. (Forenklet)

 

Siden PWM ikke endrer A men endrer V, vil effekten få ned. Men det er jo lettest å regne ut hvor mye Ah man får inn på batteriet:

 

Ved PWM som da skal levere 14,4V vil da levere 4Ah

 

Ved MPPT så transformeres dette slik at V blir 14,4 men effekten 80W

 

80W = 14,4V * XA

 

A = 80W/ 14,4V = 5,5 A

 

Så MPPT vil levere 1,5Ah , tilsvarende 37,5% mer enn PWMs 4 Ah.

 

Igjen er dette forenklet, men slik jeg haf forstått forskjellen på dem. 

 

Den som har mer presis kunnskap kan gjerne rette på meg. Dette er bare slik jeg har forstått det.

[tobixen]

14 minutes ago, Grand Banks jr said:

Enkelt mattestykke som nesten stemmer, etter det jeg husker:

 

La oss si at panelet leverer 20V med solen som er "nå", og er på 80W. 

20V er "åpen" spenning, når man ikke trekker strøm fra panelet. I praksis vil panelspenningen falle til omtrent 18V ved bruk av MPPT.

14 minutes ago, Grand Banks jr said:

 

Siden PWM ikke endrer A men endrer V, vil effekten få ned.

Det er litt forenklet, man vil få litt mer strøm fra panelene ved 12V enn 18V, men etter hva jeg har forstått er forskjellen såpass marginal at dette er en akseptabel forenkling.

14 minutes ago, Grand Banks jr said:

 

PWM som da skal levere 14,4V vil da levere 4Ah

PWM kan begrense spenningen til 14.4V når batteriet nærmer seg full lading, men under ordinær lading vil man typisk ha et sted mellom 12.5V og 14V avhengig av ladestrøm og batterinivå.

14 minutes ago, Grand Banks jr said:

Ved MPPT så transformeres dette slik at V blir 14,4 men effekten 80W

I praksis noe mindre pga varmetap i regulator.

14 minutes ago, Grand Banks jr said:

Den som har mer presis kunnskap kan gjerne rette på meg. Dette er bare slik jeg har forstått det.

 

Jeg er omtrentlig enig, men tipper på at prosenten i realiteten er litt lavere enn i regnestykket over.

[Grand Banks jr]

Ja, dette var forenklet. Poenget var å få frem at PWM "kutter volten" uten å øke ampere, så man mister effekt. Men at MPPT reduserer volt ved å øke strøm (ampere), og dermed yter høyere ladeeffekt.

 

Men ja, det er forenklet, og MPPT i seg selv bruker mer effekt selv etc. Har inntrykk at reell forskjell er rundt 15-25%.

[tobixen]

16 minutes ago, Grand Banks jr said:

Poenget var å få frem at PWM "kutter volten" uten å øke ampere

 

Det er kanskje flisespikkeri, men jeg vil påstå at det er batteriet som "kutter volten" under allminnelig opplading.  Under allminnelig lading gjør ikke PWM noe som helst, den kunne vært erstattet med ren kobber mellom panel og batteri.  Når batteriet begynner å bli fullt oppladet så vil PWM "kutte volten" - men det er jo fordi det er begrenset hvor mye lading batteriet kan ta i mot.  Når ladingen begrenses av batteriets evne til å ta  imot ladning uten å ta skade av det, så spiller det ingen rolle om man benytter PWM eller MPPT, da går energi tapt uansett.

[tobixen]

Her er en enda mer forenklet regnestykke.  Effekt er proposjonalt med spenning.  Mereffekten fra en MPPT avhenger kun av spenningen, vi trenger hverken dra med strøm, effekt eller størrelse på panelbanken inn i regnestykket.

 

 Dersom vi antar at strømmen er lik enten panelspenningen er 18V (MPPT) eller 13V (PWM), så effekt fra MPPT sammenlignet med PWM bli 18V/13V = 1.38461 = 38.46% mereffekt, som stemmer relativt bra med tallet i regnestykket til @Grand Banks jr

 

Reelt sett blir det lavere pga at MPPT'en spiser noe effekt (varmetap) og fordi panelene leverer (marginalt) mer strøm på 13V enn på 18V.

 

Jo mer sultent batteriet er, jo mer nytte får man av MPPT (i tråd med påstandene som ble limt inn lengre opp).  Dersom ladespenningen ligger på 12.5V, så får man ihht regnestykket over 44% mernytte av MPPT, dersom ladespenningen ligger på 14.2V, så får man 27% mer effekt av MPPT.  Når ladespenningen har kommet opp i 14.4V, så vil både MPPT og PWM kutte.

[Kanalkapteinen]

Takk for gode og informative innlegg!

Vil bare minne om utgangspunktet her:

tre paneler som alltid vil ha ulik vinkel mot sola skal kobles til en enkelt regulator. Da vil jo seriekobling uansett medføre tap av spenning. Vil da seriekobling mot MPPT likevel klare å utnytte dette bedre enn paralellkobling mot en PWM?

[tobixen]

Jeg har negative erfaringer med seriekobling i et slkt scenario, som nevnt over anbefaler jeg parallellkobling såfremt man ikke har like paneler med lik vinkling mot sola.

[Kanalkapteinen]

Edit: Beklager, tulla med denne posten. 

[Fantino]

Problemet med alle beregningene her er at den viktigste parameteren er ukjent. Dersom batteriene er sultne vil panelene overbelastes og gi lavere effekt med en PWM. MPPT vil ‘throttle’ ladingen slik at en holder panelet på det punktet som gir mest effekt til enhver tid. For 3 panel med ulik vinkel mot sola er nok parallellkopling det eneste riktige.

 

Grid-panel er vel bare større paneler med flere celler i serie slik at Voc er mye høyere enn 12V og kan dermed ikke koples direkte på batteri uten regulator, og krever MPPT regulator for å ‘transformere’ spenningen. Fordelen er at de oppnår tilstrekkelig spenning for regulator ved dårligere lysforhold. Har selv 2 x 310W på taket i serie med 80-90V Voc til sammen og de lader til sola dukker under horisonten, og overraskende mye i gråvær også. 

[Lars H.]

Mine 2 x 110W i serie og Vivtron MPPT regulator gir faktisk fin vedlikeholdslading gjennom vinteren, selv under en lys presenning.

[JRK]

Nå er det mye snakk om lading ved full sol. Hva med overskyet vær. Her oppnås vel neppe samme spenning og da kanskje PWM som ikke har tap være mer effektiv?

[Lars H.]

Har ikke PWM tap?

[JRK]

Lars H. skrev for 2 timer siden:

Har ikke PWM tap?

Jo, men når arbeidsspenningen på panelet er 0,6 til 1 volt over batteriespenningen , så vil jeg anta at tapet er lavere enn en mppt som egentlig er et switchmofr powersuply pluss styringselektronikk. Ser at spenningsfallet mellom panel og batteri ligger på ca. 0,5 V.  Uten å ha målt så vil jeg tro at en MPPT vil ha større tap under disse forhold.  Men det kan være at MPPT med Mosfet teknologi matcher dette?

[tobixen]

1 hour ago, JRK said:

Nå er det mye snakk om lading ved full sol. Hva med overskyet vær. Her oppnås vel neppe samme spenning og da kanskje PWM som ikke har tap være mer effektiv?

Det jeg fant ut er at spenningen påvirkes minimalt av skygge, det er først og fremst strømmen som faller.

[JRK]

Helt rett tomgangspenningen faller ikke så mye, men ved lading minker jo strømmen pga av at spenningen faller med belastning