当然の質問です、本当に。私たちはこれらの頭字語を結婚式の紙吹雪のように周囲に投げかけますが、エンジニアリングバブル以外のほとんどの人は、私たちが何を言っているのかまったく知りません。
MPPT は最大電力点追跡の略です。いいえ、一部の販売パンフレットではそのように聞こえますが、これは単に「ソーラー パネルを改善する」だけの魔法のブラック ボックスではありません。威圧的な名前を乗り越えれば、実際には非常に簡単です。
問題 (そしてなぜこれが必要なのか)
そうです、これをイメージしてください。屋根の上にはソーラーパネルが設置されています。とても単純なことのように思えます – 太陽光が当たると電気が発生し、仕事が完了します。ただし、それほど単純ではありませんね。
太陽光パネルって不思議ですね。何をするかに関係なく、一定量の力を与えるだけではありません。生成される電圧と電流は、接続する負荷に応じて変化します。そしてここがキッカーです。そのパネルから最大の電力を得ることができる電圧と電流の特定の組み合わせは 1 つだけです。
これを最大電力点 (MPP) と呼びます。キャッチーな名前、わかります。
さて、この点は絶えず動き回ります。雲が頭上を通過しますか？ MPPが動きます。気温の変化は？ MPPが動きます。パネルに少し埃がついてる？ご想像のとおり、MPP が動きます。それは、目隠しをしながら動く標的を攻撃しようとするようなものです。
これは、サラ (当社の主任システム デザイナー – 聡明な女性、コーヒーの味がひどい) が先月クライアントに説明したことです。「バケツに水を入れようとしているところを想像してみてください。しかし、蛇口の圧力は常に変化しており、最適な流量を得るにはバルブの開き具合を常に調整する必要があります。」完璧ではありませんが、要点は理解できました。
従来のチャージ コントローラーの仕組み (スポイラー: あまり良くありません)
MPPT が標準になる前 (ここでは 1990 年代半ばの話です)、ほとんどの太陽光発電設備ではいわゆる PWM コントローラーが使用されていました。 PWM はパルス幅変調の略で、充電を制御するためにパネルとバッテリーの間の接続を非常に高速にオンまたはオフにすることを派手に表現したものです。
問題？ PWM コントローラーは基本的に、バッテリー電圧に合わせてパネル電圧を引き下げます。つまり、36V のソーラー パネルと 12V のバッテリーがある場合、その電圧の膨大な量を捨てていることになります。それは、スポーツカーを購入しても、最初のギアでしか運転しないようなものです。確かに、それは機能しますが、何が問題なのでしょうか?
実は、2009 年に行ったプロジェクトで使用した古い PWM ユニットが今でもガレージに眠っています。今では素敵な文鎮になっています。
MPPT の登場: 賢い部分
MPPT コントローラーは根本的に異なります。単にパネル電圧をバッテリーレベルまで下げるのではなく、DC-DC コンバーター (電子ギアボックスと考えてください) を使用して、そのより高い電圧をより低いバッテリー電圧でより多くの電流に実際に変換します。
ここでは物理的な部分を説明しますが、電力=電圧 × 電流というものを簡潔に述べることにします。したがって、パネル (108W) から 3A で 36V が供給されている場合、MPPT コントローラーはそれを 9A で約 12V (損失を差し引いた 108W) に変換できます。バッテリーが実際に使用できる形式が異なるだけで、同じ電力が得られます。
しかし、待ってください、まだあります! (インフォマーシャルを見すぎました)
MPPT コントローラーは、この変換を 1 回だけ実行して 1 日で完了するわけではありません。常にパネルの出力を測定し、パネルに与える負荷を微調整し、再度測定し、いつでもパネルから可能な限り最大の電力を抽出するスイートスポット、つまり最大電力点を見つけるために調整を続けます。
このダンスを1秒間に数十回行っています。一日中、毎日。
MPPT アルゴリズムのさまざまな種類
ここからが興味深いところですが、当社のような企業が技術レビュー会議での議論に非常に多くの時間を費やしているところです。
MPP を追跡するためのさまざまなアルゴリズムが多数あります。
摂動と観察 (P&O)– これは古い信頼性の高いものです。コントローラは動作点を一方向に微調整し、電力が上がったか下がったかを確認し、それに応じて再度微調整します。シンプルで効果的ですが、鍵穴を見つけようとする酔っぱらいのように MPP の周りを揺れ動く可能性があります。これは実績があり、実装コストが安いため、モデル S-150 シリーズで使用されています。
増分コンダクタンス– より数学的に洗練され、おそらくより正確です。実際には？学術論文が主張しているにもかかわらず、実際の状況で P&O よりも劇的に優れたパフォーマンスを発揮するのを見たことがありません。-昨年の夏（2022 年 6 月から 8 月）の 3 か月間、両方を並べてテストしました。その結果、エネルギー ハーベスティングの差は 2% 未満でした。ほとんどのアプリケーションでは、追加の処理オーバーヘッドを支払う価値はありません。
部分開路電圧– パネルの開路電圧に基づいて推測します。-高速ですが、精度は低くなります。安価な中国製ユニットの一部はこれを使用しており、十分ではありますが、素晴らしいものではないことがわかります。
さらに、ニューラル ネットワーク、ファジー ロジック、スライディング モード制御など、派手な新しいメソッドをすべて利用できるようになります。研究室やニッチな用途には確実にその役割があると思いますが、95% の設置ではどうでしょうか。 P&O は問題なく機能します。
マーケティング部門のトムは、バズ要素として「AI{0}}」を実装するよう私たちに求め続けています。私たちは彼に、ニューラル ネットワークはこのアプリケーションには意味がなく、コストと複雑性が増すだけで実際のメリットはないと言い続けています。この議論は10月から続いている。助けを送ります。
現実世界の数字（誰もが尋ねるので）-
「でも、どれくらい良いの？」 - 毎。シングル。クライアント。ミーティング。
さて、2022 年を通じて実施したフィールド テストの実際の数値をいくつか示します。
スペイン南部 (興味があればマラガ地方) にある私たちのインスタレーションでは、次のような現象が見られました。
MPPT と PWM の比較: 平均して 25 ～ 30% 多くのエネルギーを獲得
最高の改善: 45% (これは 12 月に部分的にシェーディングを行ったものです)
最悪の改善: 15% (真夏、晴天の日、PWM も比較的うまく機能する場合)
改善が最も大きくなるのは、次の場合です。
パネル電圧がバッテリー電圧よりはるかに高い
部分的にシェーディングがあります
気温が大きく変わります
配列内に不一致のパネルがあります
すべてが理想的であれば最小になりますが、現実の世界では基本的にこのようなことはありません。
内部の電子機器 (オタク向け)
完全な回路図を説明するつもりはありませんが、基本的なトポロジは次のとおりです。
ほとんどの MPPT コントローラは、電力段として降圧コンバータ (降圧)、昇圧コンバータ (昇圧)、または昇降圧コンバータ (両方が可能) を使用します。-ほとんどのソーラーパネルは充電しているバッテリーよりも電圧が高いため、通常は降圧トポロジを使用します。
通常、制御セクションには次のものがあります。
マイクロコントローラー（プレミアムラインではSTM32シリーズを使用しています）
電圧および電流センサー
温度センサー（パネル、バッテリー、コントローラー本体用）
何らかのユーザー インターフェイス (LCD スクリーン、Bluetooth など)
本当にそれだけです。魔法はすべてソフトウェア、つまり動作点の調整方法を決定するアルゴリズムにあります。
来月発売予定の新しい Model X-300 (3 月 8 日にアムステルダムで開催される SolarTech Expo で正式発表 – 現地にお越しの際はぜひ声をかけてください!) はデュアルコア プロセッサを使用しているため、MPPT アルゴリズムから独立して安全監視を実行できます。ちょっとやりすぎですか？多分。しかし、昨年オーストラリアで競合他社のユニットが火災に見舞われた事件（名前は挙げませんが、おそらく聞いたことがあるでしょう）の後、私たちはリスクを冒すつもりはありません。
私たちが常に正さなければならないよくある誤解
「MPPT はパネルからより多くの電力を供給します。」– いいえ。パネルは太陽光に基づいて生成するものを生成します。 MPPT は、利用可能な電力を無駄にせずにすべて使用することを保証します。
「小規模システムには MPPT は必要ありません」- ごみ。小規模なシステムでもメリットが得られます。確かに、絶対的なエネルギー増加は小さくなりますが、パーセンテージでは同じです。-
「MPPT は系統連系システム専用です。」-– それも間違っています。バッテリーの充電に最適で、実際に当社の売上のほとんどが充電に使用されています。
「すべての MPPT コントローラーは基本的に同じです」– はぁ！それをエンジニアリングチームに伝えてください。私たちは効率、熱管理、信頼性の最適化に数か月を費やしています。しかし、平均的なユーザーにとって、50 ポンドの中国製ユニットと 400 ポンドのコントローラーは、思われる似ている。安いものが半年後に壊れるまで、それは。
MPPT が必要ない場合
ほら、私はあなたに当社の製品を売り込むことになっていますが、正直に言わせてください（私がこのことを言ったことは上司には言わないでください）。
非常に小規模なシステム (50 W 未満) で、ケーブル長が短く、パネル電圧がバッテリー電圧とほぼ一致し、予算が限られている場合は、PWM で十分かもしれません。ある程度のエネルギーはテーブルに残りますが、それが許容できるトレードオフである場合もあります。-
昨年、スコットランドの高地にある小型気象観測所に電力を供給したいというお客様がいました。{0}W パネル、12 V バッテリー、予算 30 ポンドでした。安価なPWMコントローラーをお勧めします。とにかく、彼は「最高のものを望んでいた」という理由で私たちの MPPT ユニットを購入しました。当然のことながら、それは彼のお金ですが、その決定に対するROIはおそらく決して高くありません。
将来（または：何が私を雇用し続けるのか）
このテクノロジーはどこへ向かうのでしょうか?そうですね、いくつかの傾向が見られます。
分散型 MPPT– アレイ全体を 1 つの大きなコントローラーで制御するのではなく、各パネルに小さなオプティマイザーを配置します。シェーディングには適していますが、コストと複雑さが増します。現在、ノルウェーのパイロットプロジェクトでこれらをテストしています。
クラウド接続– 誰もがソーラーコントローラーがスマートフォンと通信できることを望んでいます。確かに、そうではありません。自分で言うのもなんですが、私たちのアプリは実際にはかなりまともです。リアルタイムのパフォーマンスや履歴データを確認でき、何か問題がある場合は警告が表示されます。-先週、バッテリーの充電状態の推定値を修正するアップデートをリリースしました。以前は約 5% が楽観的すぎました。{6}
より良いアルゴリズム– これは私の個人的なこだわりです。私は、天気予報データを使用して追跡パラメータを事前に調整する予測アルゴリズムに取り組んできました。-効果ありますか？時々。努力する価値はありますか?陪審員はまだ出ていない。
インストールのヒント (どうせ聞くから)
これを長く続けていると、よくある間違いがわかります。
サイズを適切に調整する– 10A パネル用に 60A MPPT コントローラーを購入しないでください。無駄ですよ。同様に、お金を節約できると考えてサイズを小さくしないでください。後で必然的にパネルを追加するときに損傷するだけです。
涼しくしておいてください– これらのものは熱を発生します。直射日光の当たる密閉箱内に設置しないでください。はい、人々は実際にこれを行っています。いや、理由が分かりません。
バッテリー温度センサー– 使ってください！充電電圧は温度補償される必要があります。-室温とサハラ砂漠中部では必要な電圧が異なります。
ケーブルのサイジング– コントローラーが正常に動作しないという問い合わせが非常に多くありますが、ほとんどの場合、サイズが小さいケーブルが電圧降下を引き起こしています。当社の Web サイトにある非常に便利なケーブル サイズ計算ツールを使用してください。
設定が重要– デフォルト設定は保守的です。マニュアルを読んで（衝撃的な提案だと思いますが）、特定のバッテリータイプに合わせて設定してください。
これをまとめる部分
では、MPPTとは何ですか?これは基本的に、ソーラーパネルとバッテリーが可能な限り効率的に連携し、変化する条件に常に調整してセットアップから可能な限りのワットを絞り出すスマートな電子マッチメーカーです。
それだけの価値はありますか?ほとんどのインストールでは、絶対にそうします。 MPPT コントローラーの PWM に対する追加コストは、1 ～ 2 年以内にエネルギーハーベスティングの増加で元が取れます。
販売しているからといって偏見を持っているのでしょうか？もちろん。しかし、私たちはまた、それらを信じています。そうでなければ、過去 15 年間かけてテクノロジーを磨き、おそらく市場で最高の MPPT コントローラーを構築することはできなかったでしょう。 (もちろん、どの企業もそう言っているのは知っていますが、当社は実際そうです。戦ってください。)
とにかく、質問がある場合は、コメントに記入するか、私にメールを送ってください。あるいは、3 月に開催されるアムステルダムの展示会でお会いしましょう。私がコーヒーを飲みすぎて、聞いてくれる人に MPPT について説明するつもりです。
とにかく、質問がある場合は、コメントに記入するか、私にメールを送ってください。あるいは、3 月に開催されるアムステルダムの展示会でお会いしましょう。私がコーヒーを飲みすぎて、聞いてくれる人に MPPT について説明するつもりです。
ああ、それと簡単なプラグインです – MPPT をイオンリチウム電池できれば。実際、急速充電特性により、冬の短い日でもコントローラーが適切に動作します。私たちは昨年からこの組み合わせをテストしてきましたが、効率の向上は正直言って言及する価値があります。
