Karlova karavanová akademie

Typy regulátorů

Regulátory dělíme na dvě základní kategorie podle konstrukce:
jednoduchý PWM a procesorem řízený MPPT

Jak funguje regulátor s PWM modulací?

Je to vlastně spínač, který pouští různě dlouhé pulzy z FV regulátoru do baterky. Správný název je PULZNĚ ŠÍŘKOVÁ MODULACE. To znamená, že spínač (většinou polem řízený MOSFET tranzistor) spíná pulzy o různé časové délce, ty nabíjejí kondenzátor a ten plynule „upouští“ nahromaděnou energii dál…
Délka nebo frekvence těchto pulzů je řízena tzv. komparátorem (porovnávačem), většinou ho řídí např. operační zesilovač, který zjišťuje, jestli má baterka už dost, nebo jestli má baterce ještě přidat. Tuto informaci (zpětnou vazbu) získává z napětí baterky, kdy baterka „referuje“, jestli už má dost, nebo ještě chce. Tomuto stavu říkáme „referenční napětí“.
Tenhle název si budeme pamatovat, protože ho budeme používat častěji.
Régl samozřejmě má ještě další obvody – jako signalizaci, některé typy mají dělič pro startovací baterii a standardně mají solární régly výstup pro tzv. zátěž.
K té se ale vrátíme později.

Jak funguje regulátor s MPPT regulací?

Název regulátoru vznikl z anglického Maximum Power Point Tracking – což znamená: sledování maximálního bodu výkonu. MPPT regulátor už je poměrně složité zařízení a proto je vždy řízen procesorem. Jak z názvu vypovídá, regulátor pracuje v určitých algoritmech; např. každých 15 sec. se zeptá: z jakého napětí budeme transformovat?

vyleze sluníčko a panel dává 22 V
regulátor: aha, tak tedy budeme transformovat výkon ze 22 V na 14,4 V
sluníčko zakryje mrak a panel dává 17 V
regulátor: aha, tak budeme transformovat ze 17 V

a takhle se ptá např. každých 15 sec.
Aby nespínal jako „votrok“ celých 24 hodin, tak má samozřejmě hlídání napětí, kdy už to nemá cenu (régl pozná, že je noc, protože panel už nedává žádné napětí). Typicky regulátory EPEVER s displejem MT 50 to krásně zobrazí - (mjesíček, sluníčko).
Když se podíváme na displej regulátoru, nebo na mobil (pokud náš régl umí Bluetooth), tak vidíme, že régl ukazuje dvě veličiny, například Victron: panel dává 20 V/5 A a do baterky teče 14,2 V/7 A
Jak je možné, že do baterky teče větší proud než z panelu?
MPPT regulátory zvyšují proud, protože obsahují step – down měnič a ten jednoduše řečeno udělá z dvojnásobného napětí a polovičního proudu dvojnásobný proud a poloviční napětí. Třeba právě z 28 V a 5 A ze solárního panelu do baterky při napětí 14 V pošle 10 A. I když v praxi to není takhle ideální. Přeci jenom ani tento regulátor nemá stoprocentní účinnost. Ale rozhodně u MPPT regulátorů nedochází k žádným nežádoucím ztrátám, jako je tomu u PWM regulátorů.

Účinnost regulátoru

Víme, že výkon se počítá dle vzorečku P = U*I
čili:
z panelu leze 20 V * 5 A = 100 W a do baterky teče 14,2 V * 7 A = 100 W
Z toho si lehce dovodíme, že náš elektrický výkon ve Wattech je vždy součin (násobek) napětí (U) krát proud (I).
Tento vzoreček si taky budeme pamatovat, protože ho budeme opravdu často používat.

Na jakou aplikaci se hodí PWM regulátor?

PWM régl je vhodný na jednoduché aplikace s 36 článkovým panelem.
Proč?
My víme, že jeden článek má cca 0,6 V. Protože klasický 36 článkový panel (4 * 9 článků) má obvykle provozní napětí okolo 19-22 V. Menší provozní napětí panelů se v naší branži neosazuje. Jsou to zpravidla panely od 30 do 150 W. Větší panely už mají více řad a také větší jmenovité napětí např. od 40 do 100 V. O tom si ještě něco řekneme dále.
Takže máme např. 36 článkový panel o výkonu 100 Wp s maximálním proudem Imax = 5 A. Můžeme použít regulátor PWM min 7 A a jeho účinnost bude o cca 10-25 % nižší než MPPT.
Proč?
Protože napětí vyšší než 14,5 V regulátor jednoduše není schopen přetransformovat. Sice nám „naspíná“ do baterky co se dá, ale koncové napětí musí „oříznout“ na např. stravitelných 15 V, protože kdyby do baterky pustil např. panelových 20 V – tak ji těmi 20 V pulzy bezpečně uvaří ve vlastní šťávě.
Ale:
Výhody:

jednoduchost
cena
a pozor: schopnost nabíjet i startovací baterku.

To MPPT regulátor neumí. Sice ty nové MPPT régly od Votroniku dělič mají, ale to je zatím málo rozšířené.

Nevýhody:

výrazně nižší účinnost
nelze zapojit do sytému s napětím vyšším než cca 22 V

Na jakou aplikaci se hodí MPPT regulátor?

Zjednodušeně? Na všechny.
Já už PWM až na výjimky neosazuju. MPPT regulátor má výrazně vyšší účinnost, umí komunikovat s mobilem a lze ho osadit na výkonnější sestavy. Od 30 do 1000 (a více) Wattů.
Hlavní výhodou je, že si (téměř) bezeztrátově přetransformuje jakékoli napětí na našich provozních 12 V / 24 V / 48 V. Bezeztrátově je samozřejmě nesmysl, i MPPT má účinnost okolo 90 % ale proti PWM je to nárůst o 20-25 % a to je pro nás hodně. Krom toho řada z nás používá stacionární panely s provozním napětím 45 V (nezřídka i vyšším) a tam už nic jinýho než MPPT nejde.
Dalším důvodem je, že řada z nás používá výkonné LiFePo4 baterie a ty už umí jen MPPT regulátor, který má speciální program pro LiFePo4.

Jak poznám kvalitní regulátor od šmejdu

Blbě. V podstatě se lze domnívat, že renomované značky jsou relativně zárukou kvality a spolehlivosti. Ale ani to není jistota. Jediná jistota je, že nebudeme régl používat na plný výkon.

Jak dimenzovat výkon regulátoru

Příklad:
Někdo Vám prodá panel 180 W a k němu 10 A regulátor se slovy, že panel má 10 A maximálního (zkratového) proudu. To je informace, že bych toho člověka seřezal kabelem, jako učedníka v prvním járu. Už jsem k tomu měl párkrát blízko, ale ti lidi vždy rychle zařadili zpátečku. Naštěstí.
To je stejná idiocie, jako když Vám v autobazaru řeknou, že můžete na jedničku jet osmdesát. Dyť ten motor má otáčkoměr do 6-ti tisíc, paninko. Nikoho normálního by nenapadlo provozovat motor v červeným poli otáčkoměru.
Proto vždy (pokud výrobce neurčí jinak) dimenzujeme solární regulátory koeficientem 0,7. Typicky: 10 A regulátor nikdy neosazuju větším výkonem než 130 Wp (má okolo 7 A).

Co je to Wp?

Watt-peak (špička) čili špičkový maximálně dosažitelný výkon. V reálu ho asi nikdy nedosáhneme, ale počítáme s tímto výkonem při dimenzování solárního regulátoru

Ještě něco

Nezapomeňte, že stacionární panely s Umax vyšším než 55 V nesplňují podmínky pro bezpečné napětí. Ani sestavy větších sériově zapojených panelů – kdy součet napětí všech panelů přesahuje 55 V – tady jasně porušujete normu o bezpečném napětí. V obytných vozech obzvlášť. Ochranu proti vyššímu stejnosměrnému napětí bezpečně nikdo z vás v karavanu nemá!!!
Ale laciný stacionární panely si tam v touze po láci (no, nekup to těm dětem za ty prachy) napatláte sami s radostí, Mamutem nebo nějakým PU lepidlem bez certifikace. zn. Tondovi to taky drží, no tak co?!?

Tož tak, moji milí čtenáři.

Příště si povíme něco o dobíjení.