Великая битва Слона с Китом возникает каждый раз, когда сталкиваются две принципиально разные «философские концепции», каждая из которых сама по себе очень интересна, и имеет полное право на существование и развитие :)
В этот раз я решил экспериментально сравнить эффективность «KISS-принципа» (Keep It Simple, Stupid — в переводе «делай проще, дурак» :) и «MPPT-алгоритма» (Maximum Power Point Tracking — отслеживание точки максимальной мощности). Назовем первое Слоном, а второе — Китом :)
Суть эксперимента — на практике проверить, есть ли какое-либо реальное/существенное преимущество у MPPT контроллера заряда перед простым диодом Шоттки (используется для предотвращения обратной утечки) в маломощных «туристских солнечных электростанциях». Надо отметить, что вообще-то, MPPT-контроллеры в солнечной энергетике являются классической «священной коровой» — т.е. все прекрасно наслышаны о том, что это очень хорошо и правильно :) Правда, цифры «полезности» технологии MPPT у всех разные — «оптимисты» пишут про 25-30% мощности, «пессимисты» — про 5-10%, ну а «маркетологи» — так и про все 146%, как водится :)))
Ну что ж, будем разбираться… Только сразу две очень важных оговорки:
1. Если на «промышленных» солнечных станциях несколько дополнительных процентов мощности заметно сразу же, то на «мобильных электростанциях» это все находится в пределах точности измерений, и на первый план легко могут вылезти совсем другие факторы — например, из двух рядом лежащих солнечных батарей какая-то одна случайно чуть удачнее ориентирована на солнце, либо же на одну пришлось чуть больше тени от какого-нибудь деревца… Иными словами, различие должно быть очень значимым и многократно повторяемым, чтобы с уверенностью говорить о чьем-либо превосходстве!
2. Экспериментировать мне пришлось с РАЗНЫМИ солнечными батареями, поскольку требовались разные рабочие напряжения батарей для оптимально согласованного режима в обоих случаях. Это были батареи ПРИМЕРНО одинаковой номинальной мощности, но сделанные из кристаллов разных типов, и с разной «нарезкой» этих кристаллов (а также с разной технологией герметизации — в одном случае, ПЭТ-ламинация, в другом — заливка компаундом). Так что, с «научной» точки зрения, эксперимент совсем НЕ «чистый» — хотя, с «познавательной» — вполне адекватный и занимательный :)
Условия эксперимента
Я взял два совершенно идентичных аккумулятора (сборка из 3-х последовательно соединенных панасониковских 18650 Li-Ion 3100мАч, снабженных платой защиты и балансировки). Каждый из аккумуляторов предварительно был полностью разряжен до срабатывания защиты током в 1А.
Потом, в течение нескольких часов, оба аккумулятора заряжались «рядышком на грядке», после чего я их вновь полностью разряжал, с замером накопленной энергии. Эксперимент повторялся дважды, в разное время суток (и в разные дни). Разница заключалась только в солнечных батареях и «контроллерах» заряда…
Слон
Контроллер заряда — а никакой! :) Просто 3-амперный диод Шоттки (с падением напряжения, насколько я помню, 0.4В). Вся надежда только на плату защиты аккумулятора :) Ну и на то, что конкретная солнечная батарея никогда не выдаст слишком уж большой ток (а она реально и не сможет дать больше 1А :)
Солнечная батарея — четыре «на скорую руку» спаянных санпаверских панельки с декларированной мощностью примерно 14Вт. Реальная мощность должна быть довольно близка к этому, но все же чуть поменьше, поскольку 14Вт — это совокупная мощность 4-х НЕРАЗРЕЗАННЫХ таких кристаллов :)
Напряжение холостого хода на этой батарее где-то 14-15В, а рабочее напряжение MPP для этих кристаллов, если не изменяет память, должно быть примерно 0.53*24 = 12.72В. Т.е. можно заметить, что данная батарея, по своим параметрам, фактически ИДЕАЛЬНО согласована с этой моей аккумуляторной сборкой :)
Кит
Контроллер заряда — многократно мною испытанный, 2-амперный понижающий импульсный, с MPPT в районе 18В, на базе «продвинутого» чипа CN3722.
Солнечная батарея — опять же, многократно испытанная параллельная сборка из «недорогих кетайцев» с декларированной мощностью 16Вт и рабочим напряжением 18В. Насчет мощности, думаю, надо сделать некоторую скидку на «кетайские ватты», но в целом, все оно довольно близко…
Короче, в сухом остатке: мощность солнечной батареи у Слона и Кита ПРИМЕРНО одинакова! Если какие-то различия там и есть, например, в разных световых условиях, то совсем не значительные. Про разницу в весе, площади и цене я пока ничего не говорю :)
Выглядело это примерно так:
А вот крупным планом — слева Слон, справа Кит:
А погода была на момент испытаний такая вот (с облачностью, но и с солнцем тоже):
Результаты замеров
Тест 1:
Старт: 15.20, финиш: 19.30.
Слон: 6.16 ВтЧ, Кит: 6 ВтЧ.
Т.е. видим, что Слон даже чуть-чуть здесь одолел Кита, хотя и с минимальнейшим перевесом, легко объяснимым, например, неправильно упавшей в это время тенью от яблони… ну или там, пучок травы под батареей придал не тот наклон… вообще, вечернее солнце, оно очень капризное! :)
Тест 2:
Старт: 11.30, финиш: 16.30.
Слон: 21.03 ВтЧ, Кит: 23.28 ВтЧ.
Здесь, наоборот, Кит слегка «мобилизовался», и чуть-чуть обошел Слона! :) Но, используя «боксерскую терминологию», я назвал бы это «неубедительной победой по очкам», и никак уж не «нокаутом»! :))) Реально, разница совсем незначительная, легко объяснимая тысячей разных возможных причин (помним мою оговорку о «чистоте эксперимента»!!!).
Резюме: а фиг его знает! :( В данном эксперименте оба одинаково хороши (либо же одинаково плохи — это смотря с какой стороны на стакан смотреть :)
Но одно очень важное наблюдение имеется, однако! Слон в процессе «даже не вспотел», т.е. температура диода Шоттки тактильно не повышалась. А вот Кит на ярком солнце имел выраженную тенденцию к нагреву, т.е. некоторая часть энергии уходила впустую на разогрев атмосферы и увеличение энтропии :( Вполне вероятно, что практически весь выигрыш, который мы обязаны были бы получить от MPPT теоретически, на практике ушел в никуда и растворился в ненужных преобразованиях энергии… Такие вот нынче забавные дела! :)
ЗЫ: Поскольку мой эксперимент доказал (мне самому, как минимум :), что «KISS-принцип» если и не эффективнее, то уж точно практичнее, нежели более «усложненные» пути/идеи, то я, на его основе, таки воплотил «мечту идиота» — сделал полноценную солнечную электростанцию весом в полкило :)))
Я с ней уже недельку провел на болотах Оршинского Мха в порядке эксперимента — пока только сплошной позитив, по результатам тестирования. Но об этом — в следующих постах. А сейчас просто фотка «для затравки» (пачка сигарет здесь дана только для осознания размеров):
Также по теме:
By Сергей 08/06/2016 - 09:25
А я давно ещё говорил, когда брал у тебя на тест на Филиппины, что этот MPPT контроллер греется, на филиппинском солнце практически до дыма.
By Leonid Shpilev 08/06/2016 - 11:40
Да, твой экземпляр, похоже, погорел, перегревшись на солнце южных морей — я потом его посмотрел — вроде бы все работает, но странный запашок откуда-то сочится :(
А так-то все контроллеры заряда, которые мне когда-либо попадались на глаза, при работе греются (какие-то больше, какие-то меньше, но таки все) — поэтому вариант вообще убрать контроллер сродни знаменитому «нет человека — нет проблем» :)))
Правда, сколько-нибудь эффективная зарядка без контроллера может быть только при очень хорошей согласованности СБ и аккумулятора (ну и хорошей системе защиты).
By Reyden 08/06/2016 - 19:57
В первом тесте отсутствует контроллер заряда лития, как то с трудом можно назвать такое решение полноценным, хотя минимализм привлекает. В принципе работать будет, но отсутствуют привычные всем фазы заряда pre-chg/termination.
Нагрев импульсного контроллера наводит на мысли о посредственном кпд, так не должно быть. Когда я повышаю ток выше номинального на своем, тогда он превращается в печку, но это делается намеренно.
В этом случае я бы выбрал schottky, в альтернативу китайскому контроллеру с задаваемой mpp. Выигрыш в габаритах, цене, порой даже в мощности.
By Leonid Shpilev 08/06/2016 - 21:55
+++Нагрев импульсного контроллера наводит на мысли о посредственном кпд, так не должно быть.+++
Да ну, не обижайте птичку! :) КПД «нормальных» импульсных контроллеров обычно где-то в пределах 90-95% (зависит от кучки обстоятельств). А далее все зависит от пропускаемой через этот контроллер мощности. У вас, насколько я помню, двухамперный чип на одну банку? Т.е., максимум, что может через него пройти, это 8Вт. Ну так 8Вт — это «курорт» :) Мой, естественно, от такой мелочи тоже и не думает нагреваться. А вот где-нибудь при 15Вт уже отдельные элементы градусов до 60-70 нагреваются… А при 25Вт пропускаемой мощности — уже нагрев и под 90 градусов в отдельных точках :(
+++хотя минимализм привлекает+++
Дык собственно об этом и был пост :)
By Reyden 09/06/2016 - 03:23
Ключевой момент здесь: номинальный режим работы. В моей IC ток заряда одиночного li-ion по умолчанию ограничен 1.5А, при 2А нагрев увеличивается не только за счет большей мощности, но и снижения кпд, важную роль здесь играют компоненты, которые рассчитаны на меньший ток. Ничего не поделаешь, они находятся внутри IC.
CN3722 datasheet короткий, без графиков и многих параметров, Rdson ключа к примеру. Duty Cycle значится 94%, на какой мощности? Плата контроллера уже готовая, поэтому вопрос к остальным компонентам схемы, с каким запасом и характеристиками они были подобраны. Все было бы неплохо, если бы кпд оставался в приделах 90%. Что поделать.. хорошо, когда схема оправдывает свое предназначение, тогда можно закрыть глаза на нагрев.
Интересно, какое название получит полноценный mppt контроллер, интрига :)
By Олег 19/01/2022 - 01:59
«Контроллер заряда — а никакой! :) Просто 3-амперный диод Шоттки (с падением напряжения, насколько я помню, 0.4В). Вся надежда только на плату защиты аккумулятора :) »
Все бы хорошо, но плата защиты срабатывает когда напряжение уже гораздо выше максимально допустимого и соответственно указанный метод заряда наилучший, если стоит задача как можно быстрей угробить АКБ…
By Олег 19/01/2022 - 02:07
«Напряжение холостого хода на этой батарее где-то 14-15В, а рабочее напряжение MPP для этих кристаллов, если не изменяет память, должно быть примерно 0.53*24 = 12.72В. Т.е. можно заметить, что данная батарея, по своим параметрам, фактически ИДЕАЛЬНО согласована с этой моей аккумуляторной сборкой :)»
Я так не думаю. Напряжение ХХ у этой панели скорее будет до 16V и именно до этого напряжения будут стремиться зарядиться АКБ, хотя для них максимально допустимое напряжение будет 12.75V, а защита сработает при заметно более высоком напряжении на АКБ.
By Олег 19/01/2022 - 03:09
Немного поправлю сказанное мной выше:
«Напряжение ХХ у этой панели скорее будет до 16V»
Тут я упустил пару моментов. Во-первых, напряжение ХХ может доходить даже до 16.4V, но это зависит от конкретных экземпляров солнечных элементов стоящих в панели. В моей панели стоят солнечные элементы которые там где я живу смогли бы выдать напряжение до 8V. Во-вторых, я упустил, что 0.4V срезаются в этой схеме диодом Шотки, но это не изменяет сказанного мной, т.к. даже 15,6V все равно на много выше предельно допустимых для счастливой долгой жизни АКБ 12.75V, а защита сработает например когда на АКБ будет напряжение 13,5V (это не точное значение).
By Leonid Shpilev 19/01/2022 - 04:33
+++а защита сработает например когда на АКБ будет напряжение 13,5V+++
Ну, это может у вас она срабатывает, когда сама захочет — поскольку редко кто из китайских продавцов знает/пишет, на какое напряжение у него защита. Соответственно, вы тоже не знаете :) А я платы защиты заказывал напрямую у производителя на заводе, с четко оговоренными параметрами — в частности, защита от перезаряда 4.25В на банку (то бишь, 12.75В на всю сборку). Собственно говоря, она именно так и срабатывает :)
By Олег 20/01/2022 - 23:36
Благодарю за пояснение!:-) Мне кажется, что этот нюанс имело смысл упомянуть в статье, а то ведь найдутся желающие попробовать такую схему заряда используя при этом обычные платы защиты АКБ…
By Leonid Shpilev 21/01/2022 - 00:06
Наверное, тогда имело бы смысл… Но! Когда я это писал — я не сильно (в смысле, вообще) задумывался о «последователях» :) А сейчас — так просто вообще все эти мелочи мне глубоко пох, голова совсем другими (более интересными) вещами занята :)
By Олег 19/01/2022 - 03:14
«В моей панели стоят солнечные элементы которые там где я живу смогли бы выдать напряжение до 8V.»
Допустил очепятку. Хотел сказать: до 16V.
By Олег 19/01/2022 - 05:34
«а рабочее напряжение MPP для этих кристаллов, если не изменяет память, должно быть примерно 0.53*24 = 12.72В»
Кстати, я бы на это не рассчитывал, хотя по спецификации должно быть так. Если судить по солнечным элементам стоящим моей панели, то при отличном солнечном свете в полдень летнего дня и на глазок правильной ориентации панели MPP находится не выше 12V или даже меньше, когда условия хуже описанных.