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:
А я давно ещё говорил, когда брал у тебя на тест на Филиппины, что этот MPPT контроллер греется, на филиппинском солнце практически до дыма.
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).
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.
+++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 🙂
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 🙂
“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…
“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.
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).
+++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 🙂
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…
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 🙂
“В моей панели стоят солнечные элементы которые там где я живу смогли бы выдать напряжение до 8V.”
Допустил очепятку. Хотел сказать: до 16V.
“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.