ما هو MPPT ولماذا يهم؟

‏MPPT اختصار لعبارة Maximum Power Point Tracking أي «تتبّع نقطة القدرة القصوى»: محوّل تيار مستمر يبحث باستمرار عن النقطة التي يبلغ فيها حاصل ضرب الجهد في التيار أقصى قيمة على منحنى المصفوفة، ثم يحوّل تلك القدرة إلى الجهد الذي تحتاجه البطارية. أهميته تنبع من حقيقة بسيطة: اللوح لا يعطي قدرته الاسمية عند جهد البطارية، وبدون التتبّع لا يُنتَج جزء من القدرة المتاحة أصلاً.

المنحنى وراء الاختصار

لكل لوح، عند شدة إشعاع وحرارة محددتين، منحنى تيار-جهد واحد. مع الأطراف المفتوحة ينعدم التيار ويبلغ الجهد أقصاه وهو Voc، ومع القصر ينعدم الجهد ويبلغ التيار أقصاه وهو Isc، وفي الحالتين القدرة صفر. وبضرب الجهد في التيار يظهر منحنى القدرة بقمة واحدة تُذكر في ورقة المواصفات باسم Vmp وImp، وحاصل ضربهما هو Pmax.

وهذه القمة لا تبقى ثابتة: الإشعاع يحرّك التيار شبه خطياً، والخلية الأسخن تعطي جهداً أقل، فيعيد المتتبّع إيجادها عدة مرات في الثانية.

لماذا لا يساوي جهد التشغيل جهد البطارية؟

اللوح القديم ذو 36 خلية له Vmp نحو 17 إلى 18 فولت وVoc نحو 21 إلى 22 فولت، بينما تعمل بطارية 12 فولت بين نحو 12 فولت عند التفريغ و14.4 فولت في طور الامتصاص. وعند توصيل اللوح مباشرة بالبطارية عبر مفتاح — وهو ما يفعله منظّم PWM — تثبّته البطارية عند جهدها، فيبقى التيار قريباً من Imp بينما يهبط الجهد إلى نحو 13 فولت، أي أن ربع القدرة المتاحة تقريباً لا يُنتَج. أما منظّم MPPT فيثبّت اللوح عند Vmp ويخفض الجهد، فيتحول الفائض إلى تيار شحن.

ومع الألواح الحديثة يتسع الفارق: اللوح من فئة 550 واط يعمل قرب 41 إلى 42 فولت Vmp و49 إلى 50 فولت Voc. قارن هذين السطرين في قسم الألواح الشمسية؛ عند هذه الجهود لا يكون PWM حلاً وسطاً بل جهازاً غير مناسب.

‏MPPT مقابل PWM كقرار شراء

المعيار	‏PWM	‏MPPT
حصاد الطاقة	أساس المقارنة	أعلى بنحو 10 إلى 30 بالمئة حسب الحرارة وفارق الجهد
جهد المصفوفة	قريب من جهد البطارية	حتى سقف دخل الجهاز
التوصيل على التوالي	غير عملي	ممارسة قياسية
الكابلات	تيار مرتفع وكابل سميك	تيار منخفض وكابل أنحف ومسافة أطول
الكلفة النسبية	أرخص بعدة أضعاف لكل أمبير	أعلى، وتُعوَّض بالطاقة فوق بضع مئات الواطات

يبقى PWM خياراً منطقياً في الأنظمة الصغيرة جداً: لوح من 50 إلى 150 واط على بنك 12 فولت بكابل قصير. فيما عدا ذلك يكون MPPT هو الخيار الصحيح، وكثير من إنفرترات خارج الشبكة تتضمن منظّم MPPT داخلياً.

تحديد حجم المنظّم

التيار المكتوب على المنظّم هو تيار جهة البطارية، لذلك تساوي قدرة المصفوفة القصوى تقريباً ذلك التيار مضروباً في جهد البنك: جهاز 30 أمبير يدعم نحو 350 إلى 400 واط على 12 فولت، و700 إلى 800 واط على 24 فولت، و1400 إلى 1600 واط على 48 فولت. وينشر كل مُصنّع حداً مستقلاً لكل جهد بنك، وللتقدير الأولي استخدم حاسبة تقدير النظام الشمسي.

فخ المعامل الحراري

قيمة Voc في الكتالوج مقيسة عند حرارة خلية 25 درجة مئوية وهي ترتفع كلما بردت الخلايا، بمعامل يقارب 0.25 إلى 0.35 بالمئة لكل درجة. لنأخذ لوحاً بـVoc يساوي 49.5 فولت ومعامل 0.28 بالمئة: في صباح صافٍ عند 15 درجة تحت الصفر يكون الفارق 40 درجة عن الشروط القياسية، أي زيادة نحو 11 بالمئة وقرابة 55 فولت لكل لوح. ثلاثة ألواح على التوالي تبدو 148 فولت على الورق لكنها تبلغ 165 فولت ذلك الصباح، فوق سقف منظّم فئة 150 فولت. احسب Voc السلسلة عند أبرد حرارة متوقعة واترك هامشاً من 15 إلى 20 بالمئة. وعند حرارة خلية 60 إلى 70 درجة يجب أن يبقى Vmp أعلى من جهد البنك وإلا خرج المنظّم من التتبّع ظهراً.

التظليل وأخطاء شائعة

يُدخل الظل ثنائيات التجاوز فتظهر عدة قمم محلية، وقد تعلق خوارزمية بسيطة على قمة أصغر. الأجهزة الأفضل تمسح مجال الجهد دورياً، لكن التصميم أهم من البرمجية.

1. لا تجمع في سلسلة واحدة ألواحاً تختلف ظروف تظليلها أو تختلف في Vmp وImp.
2. راجع عدد مداخل MPPT المستقلة حين يكون للسطح أكثر من اتجاه، وهي مذكورة لكل طراز في قسم الإنفرترات.
3. اضبط نوع البطارية، فالسائلة والجل وLiFePO4 تحتاج جهود شحن وفصل مختلفة مذكورة في أوراق بطاريات الطاقة الشمسية.
4. ضع مصهرات وقاطع عزل على الجانبين، واختر مقطع الكابل بحساب هبوط الجهد.

ولاقتراح تكوين لمشروع محدد، أرسل بيانات الأحمال عبر نموذج طلب عرض السعر.

الأسئلة الشائعة

كم يزيد MPPT من الطاقة مقارنة بـPWM؟

في نظام صغير بمناخ حار مع لوح 12 فولت حقيقي قد لا يتجاوز الفارق بضعة بالمئة. أما في الطقس البارد أو مع بطارية منخفضة الشحن أو حين يكون Vmp أعلى بكثير من جهد البنك فيقع الفارق عادةً بين 10 و30 بالمئة. لا رقم ثابت لكل الأنظمة، والنتيجة تعتمد على الحرارة والإشعاع ومواصفات اللوح.

كم واط يتحمّل منظّم شحن 30 أمبير؟

التصنيف يخص تيار جهة البطارية، فحد المصفوفة يساوي تقريباً 30 مضروباً في جهد البنك: نحو 350 إلى 400 واط عند 12 فولت، و700 إلى 800 واط عند 24 فولت، و1400 إلى 1600 واط عند 48 فولت. وينشر كل مُصنّع القدرة القصوى لكل جهد بنك في ورقة المواصفات.

كيف أحسب أقصى جهد دخل للسلسلة؟

اضرب عدد الألواح على التوالي في Voc اللوح ثم أضف ارتفاع البرودة. المعامل الحراري لجهد الدارة المفتوحة يقارب 0.25 إلى 0.35 بالمئة لكل درجة مئوية مرجعه 25 درجة. عند أبرد حرارة متوقعة قد ترتفع السلسلة من 10 إلى 15 بالمئة فوق رقم الكتالوج، ويجب أن تبقى دون سقف دخل الجهاز مع هامش.