الفرق بين MPPT وPWM | دليل الخبراء في Quenenglighting

إزالة الغموض عن وحدات التحكم في شحن الطاقة الشمسية: MPPT مقابل PWM لأنظمة الإضاءة الشمسية المثالية

في ظل التطور المستمر لأنظمة الإضاءة الشمسية، يُعد اختيار وحدة التحكم في الشحن المناسبة أمرًا بالغ الأهمية لتحقيق أقصى قدر من كفاءة النظام وطول عمره الافتراضي وتحسين أدائه العام. بالنسبة للمتخصصين في قطاع الإضاءة الشمسية، فإن فهم الفروق الدقيقة بين وحدات التحكم MPPT (تتبع نقطة الطاقة القصوى) وPWM (تعديل عرض النبضة) لا يقتصر على المصطلحات التقنية فحسب، بل يشمل أيضًا اتخاذ قرارات شراء مدروسة تؤثر على جدوى المشروع ورضا العملاء. يتعمق هذا الدليل في الفروق الجوهرية، مما يساعدك على تحديد خياراتك الأمثل لمشاريع الإضاءة الشمسية القادمة.

ما هي وحدات التحكم في شحن الطاقة الشمسية MPPT و PWM؟

في جوهرها، تُنظّم وحدات التحكم MPPT وPWM الطاقة المتدفقة من الألواح الشمسية إلى مجموعة البطاريات، مما يمنع الشحن الزائد ويُحسّن عملية الشحن. تُمثّل هذه الوحدات جوهر نظام الطاقة الشمسية المستقل، إذ تضمن حصول البطارية على شحن ثابت ومناسب. بدون وحدة تحكم شحن، قد تُفرط الألواح الشمسية في شحن البطاريات، مما يؤدي إلى انخفاض عمرها الافتراضي أو حتى تلفها. كما تتضمن عادةً ميزات مثل التحكم في الحمل وفصل الجهد المنخفض لحماية البطارية من التفريغ العميق.

كيف يختلف MPPT و PWM في طريقة تشغيلهما؟

• وحدات التحكم في تعديل عرض النبضة (PWM):هذه وحدات تحكم أبسط وأكثر تقليدية. تعمل عن طريق توصيل سريع بين اللوحة الشمسية والبطارية. عند امتلاء البطارية، تتوقف وحدة التحكم عن الشحن. وعند انخفاض جهد البطارية، تُعاد توصيلها. أثناء الشحن، تحاول وحدة تحكم PWM الحفاظ على جهد البطارية عند مستوى ثابت (مثل 14.4 فولت لبطارية 12 فولت). هذا يعني أن جهد اللوحة ينخفض ​​بفعالية إلى جهد البطارية. إذا كانت لوحة الطاقة الشمسية لديك ذات جهد أعلى (مثل لوحة 20 فولت Vmp تشحن بطارية 12 فولت)، فإن الجهد الزائد الذي يتجاوز جهد البطارية الحالي يُهدر بشكل كبير كحرارة، ولا يُحوّل إلى تيار قابل للاستخدام.
• وحدات التحكم MPPT (تتبع نقطة الطاقة القصوى):هذه وحدات تحكم متطورة وذكية. تتتبع وحدة تحكم MPPT باستمرار نقطة الطاقة القصوى (MPP) للوحة الشمسية، وهي مزيج الجهد والتيار الفريد (Vmp وImp) الذي تُنتج عنده اللوحة أقصى طاقة خرج لها في ظل ظروف معينة. ثم تُحوّل هذه الطاقة ذات الجهد العالي والتيار المنخفض من اللوحة إلى تيار أقل وجهد أعلى مناسب لشحن البطارية. على سبيل المثال، إذا استُخدمت لوحة شمسية من 60 خلية (عادةً 30-38 فولت Vmp) لشحن بطارية 12 فولت، فإن وحدة تحكم MPPT يمكنها خفض جهد البطارية من 38 فولت إلى 14 فولت بكفاءة، مع زيادة التيار بشكل متناسب. تضمن عملية التحويل هذه الاستفادة من معظم الطاقة المولدة من اللوحة، مما يُقلل من الهدر.

أي وحدة تحكم توفر كفاءة أعلى، ولماذا هذا الأمر مهم؟

كفاءة:هذا هو المكان الذي تتألق فيه وحدات تحكم MPPT.

• وحدات تحكم MPPT:عادة ما يتم تحقيق كفاءة تحويل الطاقة95% إلى 99%تعني هذه الكفاءة العالية أن جزءًا أكبر بكثير من الطاقة المحتملة للوحة الشمسية يتم تحويله إلى طاقة قابلة للاستخدام لشحن البطارية.
• وحدات تحكم PWM:تتمتع عمومًا بكفاءة نقل طاقة أقل، وغالبًا ما تتراوح من75% إلى 80%لأنها لا تُحوّل الجهد الزائد. الجهد المفقود ببساطة لا يُستغل.

لماذا يعتبر هذا الأمر مهمًا للإضاءة الشمسية:الكفاءة العالية تعني مباشرةً زيادة الطاقة المُستَخلَصة من ألواحك الشمسية يوميًا. بالنسبة لمصابيح الشوارع الشمسية أو تطبيقات الإضاءة المستمرة الأخرى، هذا يعني:

• شحن البطارية بشكل أسرع:تصل البطاريات إلى مرحلة الشحن الكامل بشكل أسرع، خاصة في الأيام الغائمة.
• وقت التشغيل الممتد:تتيح الطاقة المخزنة بشكل أكبر للأضواء العمل لفترة أطول، خاصة خلال الأيام الغائمة المتتالية أو الليالي الطويلة.
• حجم اللوحة/التكلفة المخفضة:في بعض الحالات، قد تتمكن من تحقيق نفس وقت التشغيل المطلوب باستخدام مجموعة من الألواح الشمسية أصغر قليلاً، مما يعوض بعض التكلفة الأولية الأعلى لجهاز التحكم MPPT.
• تحسين الأداء في ظروف مختلفة:تعمل وحدات التحكم MPPT بشكل أفضل بكثير في الطقس البارد (حيث يزيد جهد اللوحة) وفي المواقف التي تكون فيها الألواح مظللة جزئيًا، حيث يمكنها التعديل باستمرار للعثور على نقطة الطاقة المثالية.

متى يجب عليك اختيار MPPT مقابل PWM لمشروع الإضاءة الشمسية الخاص بك؟

يعتمد الاختيار إلى حد كبير على حجم نظامك وميزانيتك ومتطلبات الأداء.

• اختر MPPT عندما:
  • جهد اللوحة أعلى بكثير من جهد البطارية:هذا سيناريو شائع، خاصةً مع الألواح الشمسية المتصلة بالشبكة والمتوفرة بسهولة (مثل الألواح ذات 60 خلية بجهد كهربي يتراوح بين 30 و38 فولت) المستخدمة مع أنظمة بطاريات 12 أو 24 فولت. يمكن لتقنية MPPT الاستفادة بكفاءة من فرق الجهد هذا.
  • إن تعظيم حصاد الطاقة أمر بالغ الأهمية:بالنسبة للإضاءة عالية الطاقة، أو المواقع النائية، أو الأنظمة التي تتطلب استقلالية موسعة (على سبيل المثال، دعم الطقس الغائم لعدة أيام)، فإن كفاءة MPPT العالية لا تقدر بثمن.
  • الأنظمة الأكبر (على سبيل المثال، >200 واط):إن مكاسب الكفاءة التي تحققها وحدة تحكم MPPT تفوق عادة تكلفتها الأعلى في الأنظمة الأكبر حجمًا.
  • المناخات الباردة:يرتفع جهد الألواح الشمسية مع انخفاض درجات الحرارة. يمكن لوحدة MPPT الاستفادة من هذا الجهد العالي لتوليد طاقة أكبر، بينما تُهدر وحدة تحكم PWM هذه الطاقة بشكل كبير.
  • التظليل الجزئي أمر مثير للقلق:على الرغم من أنها ليست حلاً كاملاً، فإن وحدات التحكم MPPT تكون بشكل عام أفضل في التكيف مع الظروف غير المثالية مثل التظليل الجزئي.
• اختر PWM عندما:
  • التكلفة هي القيد الأساسي:تعتبر وحدات التحكم PWM أقل تكلفة بشكل كبير في البداية.
  • الأنظمة الأصغر (على سبيل المثال، <200 واط):بالنسبة لمصابيح المسار الشمسي الصغيرة والأساسية أو مصابيح الإضاءة المميزة ذات متطلبات الطاقة المنخفضة، فإن مكاسب الكفاءة التي توفرها أنظمة MPPT قد لا تبرر تكلفتها الإضافية.
  • جهد اللوحة يتطابق بشكل وثيق مع جهد البطارية:إذا كنت تستخدم لوحة مكونة من 36 خلية (Vmp ~18V) مع بطارية 12 فولت، أو لوحتين مكونتين من 36 خلية على التوالي لبطارية 24 فولت، فإن وحدة التحكم PWM تكون أكثر كفاءة حيث يوجد جهد زائد أقل لإهداره.
  • البساطة والموثوقية هما المفتاح:تحتوي وحدات التحكم PWM على مكونات أقل وهي أبسط بشكل عام، مما يجعلها قوية جدًا للتطبيقات الأساسية.

ما هي الاعتبارات المتعلقة بالتكلفة وتكامل النظام؟

• يكلف:وحدات تحكم MPPT هي عمومًاأغلى من 2 إلى 4 مراتمقارنةً بوحدات تحكم PWM ذات تصنيفات تيار مماثلة. على سبيل المثال، قد يتراوح سعر وحدة تحكم PWM بقدرة 20 أمبير بين 30 و50 دولارًا أمريكيًا، بينما يتراوح سعر وحدة تحكم MPPT بقدرة 20 أمبير بين 100 و200 دولار أمريكي فأكثر. مع ذلك، بالنسبة للأنظمة الأكبر حجمًا، قد يسمح الحصاد المتزايد للطاقة من وحدات MPPT أحيانًا باستخدام ألواح شمسية أصغر حجمًا (وبالتالي أرخص)، مما قد يعوض جزءًا من التكلفة المرتفعة لوحدة التحكم على مدار عمر النظام.
• الأسلاك والتصميم:
  • MPPT:يسمح هذا النظام بتركيب مصفوفات ألواح ذات جهد أعلى، ما يعني إمكانية استخدام أسلاك أرقّ على مسافات أطول بين اللوحة الشمسية ووحدة التحكم، مما يقلل من انخفاض الجهد وتكاليف الكابلات. تُعد هذه ميزة مهمة في العديد من مشاريع الإضاءة الشمسية حيث يُمكن تركيب اللوحة على مسافة من البطارية/وحدة التحكم.
  • تعديل عرض النبضة:يتطلب الأمر أن يكون جهد اللوحة أقرب إلى جهد البطارية، ويمكن أن تؤدي مسارات الكابلات الأطول للتيارات العالية إلى انخفاضات كبيرة في الجهد، مما يستلزم استخدام كابلات أكثر سمكًا وأكثر تكلفة.
• الاستعداد للمستقبل:مع تقدم تكنولوجيا الطاقة الشمسية واستمرار انخفاض تكاليف الألواح، أصبح استخدام الألواح ذات الجهد العالي مع وحدات التحكم MPPT جذابًا بشكل متزايد لتحقيق المرونة والترقيات المستقبلية.

خاتمة:

بالنسبة لمتخصصي الإضاءة الشمسية، يُعدّ الاختيار بين نظامي MPPT وPWM قرارًا استراتيجيًا. فبينما يُقدّم نظام PWM حلاً اقتصاديًا للمشاريع البسيطة والصغيرة وذات الميزانية المحدودة، حيث يتوافق جهد الألواح مع جهد البطارية، يُعتبر نظام MPPT الخيار الأمثل للتطبيقات عالية الأداء وواسعة النطاق أو التطبيقات البيئية الصعبة. وتُترجم قدرته على استخراج أقصى طاقة من الألواح الشمسية مباشرةً إلى أنظمة إضاءة شمسية أكثر موثوقية وكفاءة، مما يُوفّر قيمة وأداءً أفضل للمستخدمين النهائيين، ويُميّز عروضكم في سوق تنافسية.