MPPT vs. PWM napelemes szabályozó

Figyelem! A tudástár rovatban megírt cikkek már az elektronika területén többé-kevésbé képzett és a napelemes területet jobban megismerni kívánó látogatóink számára készültek. Akik az alapvető műszaki ismeretekkel nincsenek tisztában, forduljanak szakemberhez, a termék-specifikus cikkek nem helyettesítik, csak kiegészítik az átfogó villamos ismeretet! A Panelectron Bt. weboldalán található bármilyen tartalom, szöveg vagy kép engedély nélküli felhasználása, másolása, publikálása tilos. A jogosulatlan felhasználás büntető- és polgári jogi következményeket von maga után! Copyright © 2017 Minden jog fenntartva

Sokan megkeresnek minket azzal a kérdéssel, hogy milyen napelemes szabályozót ajánlunk a már megvásárolt napelemükhöz. A piac törvényei szerint a legkedvezőbb ár/teljesítmény arányú napelemek természetesen azok, amelyeket a legnagyobb mennyiségben használnak. Ezek a hálózatra visszatermelő rendszereknél is használatos nagyméretű 280-360W közötti teljesítményű, többnyire monokristályos napelemek. Az ilyen teljesítményű napelemekről tudni kell, hogy a kimeneti terheletlen kapocsfeszültségük (Voc) magas, valahol 36-48V közé esik.

2021 Február 25-e van, gyönyörű, kora tavaszi nap, tiszta kék éggel. Ideális alkalom arra, hogy összeállítsunk az udvaron egy rögtönzött teszt-rendszert és megnézzük, hogy  megéri-e hagyományos PWM szabályozót használni olyankor, amikor 12V-os akkumulátort töltünk egy (vagy több) ilyen nagyteljesítményű napelemről, amihez jó áron jutottunk hozzá (a rövid válasz: egyértelműen nem).

A teszthez használt rész egységek:

  • 360W napelem (Voc=47V)
  • 90Ah EXIDE 12V-os savas ólomakkumulátor
  • MPPTD30 30A-es MPPT munkapontkövetős napelemes töltésvezérlő
  • XTE30 30A-es hagyományos PWM napelemes töltésvezérlő
  • Egyenáramú lakatfogó és multiméter

Megjegyzés: Az akkumulátort nem merítettük le teljesen a teszt előtt (~12V), így az nem is vette fel a napelem felől a maximális áramot (Minél alacsonyabb az akkufeszültség, annál nagyobb a töltőáram. Ahogy nő az akkufeszültség a töltés alatt, úgy csökken a töltőáram). Továbbá a napelemek nem álltak a napra merőlegesen és a teszt Februárban történt, amikor a napsugárzás erőssége nem éri el a gyári standard 1000W/m2 besugárzás értéket, illetve a panelek hőmérséklete is 38C fok volt a gyári standard 25C fok helyett (ahogy melegszik a napelem, úgy csökken a feszültsége és a hatásfoka). Tehát a napelemek megközelíteni sem tudták a gyári maximumot (360W), de a tesztnek nem is ez volt a célja.

Mivel jelenleg az általunk forgalmazott legnagyobb teljesítményű napelem csak 180W-os (Voc=23,5V), ezért 2 db-ot sorbakötve szimuláltunk egy nagy 360W-os napelem táblát (Voc=47V). Például mint ezt a SHARP monokristályos NUSC360 típusú (360W, Voc=47,2V) napelemet itt.


TESZT 1: MPPTD30-as munkapontkövetős szabályozón keresztül töltjük az akkumulátort a sorba kötött napelemekről. Akkumulátor terheletlen feszültsége teszt előtt: 12,1V. Napelem terheletlen feszültsége (Voc) teszt előtt: 45,4V.

Akkumulátor töltőfeszültsége teszt alatt: 12,98V

Akkumulátor töltőárama teszt alatt: 17,54A

Napelem munkaponti feszültsége (Vmp) teszt alatt: 36,88V

Napelem felőli töltőáram teszt alatt: 7,28A

Tehát az akkumulátorba töltött tényleges teljesítmény: 227,7W (12,98V*17,54A)

Láthatjuk, hogy a munkapontkövetős szabályozó nem "húzza le" a napelem munkaponti feszültségét (36,88V) az akkumulátor feszültségének a szintjére (12,98V).


TESZT 2: XTE30-as hagyományos PWM szabályozón keresztül töltjük az akkumulátort a sorba kötött napelemekről. Akkumulátor terheletlen feszültsége teszt előtt: 12,3V. Napelem terheletlen feszültsége (Voc) teszt előtt: 45,3V.

Akkumulátor töltőfeszültsége teszt alatt: 12,64V

Akkumulátor töltőárama teszt alatt: 6,85A

Napelem munkaponti feszültsége (Vmp) teszt alatt: 12,73V

Napelem felőli töltőáram teszt alatt: 7,95A

Tehát az akkumulátorba töltött tényleges teljesítmény: 86,58W (12,64V*6,85A)

Láthatjuk, hogy a hagyományos PWM szabályozó lehúzza a napelem munkaponti feszültségét (12,73V) az akkumulátor töltőfeszültségéhez közeli szintre (12,64V). Az XTE30 típusú hagyományos PWM szabályozó csak 6,85A-es töltőárammal tölti az akkumulátort az MPPTD30 típusú munkapontkövetős szabályozó által leadott 17,54A helyett! Hiába a nagyteljesítményű napelem, ha nem megfelelő szabályozóval használjuk, akkor az átalakítás hatásfoka az MPPT szabályzó használatához képest 38%-os lesz (86,58W/227,7W*100), vagyis az MPPT töltésvezérlőhöz képest 62%-kal kevesebb energia kerül az akkumulátorba! Olyan, mintha a tesztben használt 360W-os napelem áráért csak egy 137W-os napelemet kaptunk volna!


A végső következtetés az, hogy minél nagyobb a különbség a napelem feszültsége és a töltendő akkumulátor feszültsége között, annál inkább szükség van egy MPPT (munkapontkövetős) napelemes szabályozóra. A hagyományos PWM szabályozók használata csak az alábbi esetekben lesz rentábilis:

1.) Ha kisebb feszültségű (18-26V) napelemmel töltünk 12V-os akkumulátort

2.) Ha nagyobb feszültségű (36-47V) napelemmel töltünk 24V-os akkumulátort

A fenti két esetben is az MPPT szabályozó fog jobban teljesíteni a hagyományos PWM szabályozóhoz képest, csak nem lesz olyan elborzasztóan nagy a veszteség, mint a fenti tesztünkben.


Bizonyítékául annak, hogy a fenti tesztben nem a két szabályozó közötti hatalmas minőségi különbségről, hanem egyszerűen a működési elvük közötti különbségről van szó, csináltunk még egy utolsó tesztet. A napelemeket sorba kötés helyett párhuzamosan kötöttük, így a 360W napelem nyitott kapocsfeszültsége 22,52V lett a korábbi 45,4V helyett. 

TESZT 3: XTE30-as hagyományos PWM szabályozón keresztül töltjük az akkumulátort a párhuzamosan kötött napelemekről. Akkumulátor terheletlen feszültsége teszt előtt: 12,3V. Napelem terheletlen feszültsége (Voc) teszt előtt: 22,52V.

Akkumulátor töltőfeszültsége teszt alatt: 12,74V

Akkumulátor töltőárama teszt alatt: 14,21A

Napelem munkaponti feszültsége (Vmp) teszt alatt: 13,1V

Napelem felőli töltőáram teszt alatt: 15,1A

Tehát az akkumulátorba töltött tényleges teljesítmény: 181W (12,74V*14,21A)

Láthatjuk, hogy az alacsonyabb 22,52V-os napelem feszültséggel már egy hagyományos PWM szabályozó is egészen jól megbirkózik és 14,21A-es töltőáramot produkál a 12V-os akkumulátor oldalon. Ez még mindig 23%-kal kevesebb, mint amit az MPPT szabályozó adott le a fenti 1. számú tesztben és ez a különbség csak nőtt volna a folyamatos maximális munkapont keresés funkció miatt, ha nem csak pillanatnyi értékeket rögzítettünk volna, hanem például egész napos megtermelt energiát (Wh).

Végezetül annyit jegyeznénk meg, hogy több olyan olcsó napelemes töltésvezérlő van a belföldi és külföldi piacokon egyaránt, amelyeknek a nevében és leírásában ugyan szerepel az MPPT mozaikszó (Maximum Power Point Tracking - Maximális Munkapont Követés), de a működése egy hagyományos PWM szabályozóéval megegyező. Ez megtehető addig, amíg az átlag felhasználó nem elég képzett ahhoz, hogy megértse és kimérje a különbséget. Reméljük, hogy a cikk elolvasása után önt már nem lehet ily módon megtéveszteni.