MPPT eller vanlig laderegulator (PWM), hva skal jeg velge?

Vi mottar daglig henvendelser med spørsmål om hva som er best og hva våre kunder bør velge, MPPT regulator eller en tradisjonell PWM regulator? Teknisk sjef i Sunwind Alexander Haug vil med denne artikkelen forsøke å belyse forskjellene.

Det er viktig å huske på at et solstrømanlegg må sees på som et system, man bør ikke se seg blind på produktegenskaper på de enkelte komponentene.

Først litt historie....
I solstrømanleggets begynnelse slik vi kjenner det brukt på norske hytter, var det sett på som en svært banebrytende teknologi som man bare kjente fra NASA og satellitter.

De første norske solstrømpakkene hadde 10W paneler og batterier tilsvarende størrelsen på små bilbatterier. Prisen på en slik pakke hvis man tar høyde for lønnsvekst og inflasjon fra slutten av 70 tallet frem til i dag kunne den gjerne koste mer enn det mange betaler for å legge inn vanlig strøm på hytta i 2016! Panelene som ble tatt inn til landet ble raskt større, 20W, 30w og «storebror» 48W tidlig på 80 tallet.

Sunwinds grunnlegger var på denne tiden med på å starte opp Norges første solcellefabrikk i Norge, denne lå på Koppang. Mot 90-tallet var det 60W paneler som ble volumvare, et panel svært mange norske hytteeiere har stiftet bekjentskap med. Mange av de fungerer og tjenestegjør i den norske fjellheimen fortsatt. I dag er det gjerne 100W - 160W paneler som selges i volumer.

Den største utviklingen har hovedsakelig vært at panelene har blitt mer effektive i forhold til det arealet de beslaglegger. Virkningsgraden på gode paneler ligger opp mot 18% i dag. Det har vært gjort mange kreative forsøk på å få mer ut av panelene.

For mer enn 20 år siden laget Sunwind den første regulatoren med en tilleggsfunksjon vi kalte kraftlader. Dette var en forenklet utgave av det vi i dag kjenner som MPPT ladere. Denne solgte svært bra men suksessen ble begrenset fordi prisene på paneler falt drastisk fra år til år.

Det ble til slutt rimeligere for en hytteeier å kjøpe et ekstra panel for å øke ladekapasiteten fremfor å kjøpe en laderegulator med en tilleggsenhet som kunne øke strømproduksjonen marginalt. Dette er delvis den samme situasjonen vi står overfor i dag.

For mindre anlegg vil pris/nytteverdi av en dyrere regulator og evnen til å hente ut den ekstra kapasiteten, ofte kalt «boost effekt» være begrenset. I disse tilfellene anbefaler vi tradisjonelle regulatorer. Dette gjelder majoriteten av solstrømanlegg som selges til hytter i dag for å dekke behov som lys, tv og mobiltelefonlading. For å lage en grense på lønnsomhet går denne på anlegg der ladekapasiteten er under 200 – 300W.

Hva er MPPT?
MPPT står  for maximum power point tracking. For å forstå dette må man kjenne til noen forskjeller på paneler, samt vite litt om batterilading. De tradisjonelle panelene vi benytter i Norge for 12V systemer er optimalisert for 12V lading. De leverer 22V når de ikke står tilkoblet i godt lys, men når de kobles opp mot en motstand (akkumulator som et batteri er) leverer de en spenning på maks 17V. Så lenge disse panelene er av god kvalitet og oppfyller de fastsatte europeiske standardene kan man si at de er meget godt egnet for norsk klima.

De aller fleste som har bygget seg en hytte eller et hus har kanskje fått med seg at takkonstruksjonen dimensjoneres etter lokale forhold i landet med materialtykkelse og bæreevne for å kunne takle den typiske snølasten og naturkreftene i området.

På samme måte representerer de mest vanlige 12V panelene sin egnethet ved at de har grove rammer og ikke har så store spenn på glassflaten slik at de motstår ytre påvirkning fra naturkreftene godt. Dette er årsaken til at dette er det mest fornuftige valget for de fleste hytter i Norge som naturligvis sjelden ligger skjermet til i byer.

MPPT-regulatorer godt egnet i grid-anlegg

Da verden de senere årene har satt mer fokus på grønn energi, har produksjonen av det som kalles grid-paneler skutt i været, dette er store paneler ment for fastmontering med god understøtte på tak eller fasade. Disse panelene kan kobles i serier helt opp til 1000V. Disse panelene produseres i så store volumer at prisen pr watt er langt rimeligere enn for tradisjonelle 12V paneler.

En MPPT laderegulator kan nyttiggjøre seg et slike paneler godt noe en tradisjonell regulator ikke kan. Vanlige MPPT regulatorer ment for batteriladning kan ofte ta imot spenning fra seriekoblede paneler opp til 150V og det finnes også større modeller. Hvorvidt det er lurt er et helt annet spørsmål.

Store paneler er store vindfang, og med manglende stivhet krever det mye av underlaget de monteres fast på. Montering på hyttetak er bare unntaksvis fornuftig i områder der det vanligvis ikke ligger snø.

Mange er ikke klar over at bare 10% skygge fra en vindski, flaggstang eller snø gir så mye som 90% tap i effekt fra panelet! I en serie med paneler vil skygge på bare et av panelene gi enorme forskjeller.

MPPT og batterilading
Et eller flere 12V AGM eller fritidsbatterier som er koblet for å levere 12v systemspenning regnes som tomme når spenningen når 11,5V og fulle når hvilespenningen er 12,8V. For å forlenge levetiden til batteriet lades batteriet opp til ca 14,4V og vedlikeholdslades på mellom 13,6 – 13,8V. Her vil det være små forskjeller for de ulike batteritypene.

De fleste brukere har også blitt oppmerksomme på at hvis de bare unntaksvis tapper batteriene mer enn ca 50% så vil levetiden fordobles kontra bare fulle utladninger. Dette betyr at man sjelden opererer med batterispenning under 12V.

Kjøper du et 100W solpanel vil ladestrømmen være oppgitt til å være ca 5,8A. Dette beskrives slik: 100W / 17V = 5,88A.  En vanlig regulator benytter batteriet som motstand og den typiske reelle ladespenningen vil ligge på ca 15V inntil batteriet har nådd 14,4V.

En MPPT-regulator er noe om kalles en Buck Boost omformer. Den kan transformere spenningen ned men ikke opp. Hensikten med den er da å utnytte en lavere spenning og hente ut en større strøm. Effekt / spenning = strøm.

Hvis man tar fabrikken Concorde sin anbefalte ladespenning for sine AGM batterier skriver de følgende:
Batteriene lades med konstant spenning på 2,37 til 2,4 volt/celle, når denne spenningen er nådd går man over til vedlikeholdslading på 2,23 volt/celle. Dette er ved 25 ºC. Ved andre temperaturer kompenseres spenningen med 3,75m volt/celle. Disse tallene kan benyttes ved temperaturer mellom 0 og 40ºC.

Eksempel: Med en tilstrekkelig ladespenning på 2,4V pr celle = (2,4x6) 14.4V blir differansen i gevinst på MPPT V:S PWM lading 15V-14,4V=0,6V Merk at dette vil avhenge noe av de enkelte batteritypenes indre motstand og lademotagelighet. Man må i alle tilfeller, tilføre batteriet en spenning som er høyere enn hvilespenningen for at det skal kunne ta imot strøm.

Eksempel: 100W / 14,4 = 6,9A. Man kan da oppnå en økt ladestrøm på 6,9A – 5,88A = 1A hvis man ser bort i fra tap i kabler og virkningsgraden til regulatoren. Ved lave batteritemperaturer forsvinner mye av gevinsten fordi batteriet må lades med enda høyere spenning.
Generelt vil virkningsgraden til en MPPT regulator øke med systemspenningen. Den er høyere for 24v systemer og enda større for 48V batteribanker. I systemer der man lever strøm produsert av solpaneler ut på nettet i et vanlig bolighus vil gevinsten være så stor at det ville være rart å benytte en annen teknologi i dag.

Regulatorens egetforbruk
Alle regulatorer har et eget forbruk. Tradisjonelle regulatorer ligger i snitt på et forbruk på ca 20mA, disse har normalt innebygget sikret forbrukskurs(er) og ofte batterivakt. En god MPPT-regulator har et egetforbruk på mellom 0.25 – 0.50 mA. Det faktiske strømtrekket vil avhenge mye av hvor mange funksjoner regulator har og om den har utgang for forbrukskurs noe som ikke er like vanlig på MPPT-modeller.

Ofte må installasjonen utrustes med ekstra display, batterimonitor og kanskje batterivakt for at bruker skal få dekket behov for nødvendig informasjon og sikkerhet i anlegget. Dette øker forbruket ytterligere. Dette kan være betydelig i små solanlegg gjennom de mørkeste månedene i året med få timer dagslys og ladingen er dårlig. Strømtrekket i seg selv vil aldri bli veldig stort men det kommer i tillegg til batteriets selvutlading som ligger på mellom 2% – 5% pr mnd.

For tradisjonelle batterier kan dette kunne være med på å redusere levetiden hvis de blir stående i lengre tid uten å være fulladet.

Oppsummering...
Generelt er elektronikken i tradisjonelle regulatorer enklere, rimeligere å produsere og de fleste produsenter lager disse i grei kvalitet. MPPT regulatorer har en liten innebygget datamaskin (microprosessor), her er det store kvalitetsforskjeller omtrent som for datamaskiner. Noen er raske og andre jobber sakte.

For at MPPT teknologien skal utnyttes fullt ut må prosessoren jobbe raskt nok slik at endringer under vekslende sol og skydekke helle tiden finner den optimale ladekurven. En god MPPT regulator koster derfor betydelig mer enn en vanlig regulator.

Valget må kunde selv gjøre for sin installasjon. Vi gir alltid råd til våre kunder som ønsker det. Nedenfor ser du en tabell som sammenlikner de to teknologiene.

Diagram som sammenlikner PWM og MPPT