Nie je MPPT ako MPPT!

     4. 3. 2012   Konečne nám to začína lietať tak, ako by malo. Teda skoro. Ale dôležité je, že poznáme príčiny a rezervy a hlavne, že vieme čo s tým. :-)  
     Kto sa občas pozrie na IP kameru ako sa správa turbína v reále, vie že väčšinou stojí, alebo sa točí pomaly. Dôvodom okrem málo veterného počasia v poslednom období je, ako som už spomínal v predchádzajúcich článkoch, ťažký chod ložiska a malé (krátke) krídla. Tieto nedostatky prekoná až silný vietor, ale potom sa začnú diať veci.

     Takto kvalitne nám v poslednej dobe zafúkalo dvakrát po sebe. Žiaľ, predpovede vetra sa úplne nezhodovali so skutočnosťou a tak sa dodávanie výkonu nepodarilo zaznamenať od nábehu. Že sa niečo deje, som zistil až keď sa už turbína krútila vo vysokých otáčkach. Trvalo to zakaždým niekoľko hodín, pokiaľ rýchlosť vetra neklesla výraznejšie pod 5 m/s.
     K turbíne mám momentálne pripojený regulátor TriStar MPPT. Je primárne určený pre solárne aplikácie, čomu zodpovedá aj firmware, ktorým je vybavený. Regulátor nechá turbínu roztočiť, kým nedosiahne použiteľné napätie pre nabíjanie akumulátorov. V našom prípade je to okolo 27V. Vtedy ale aj relatívne malý odoberaný výkon spomalí turbínu natoľko, že regulátor ju musí opäť nechať trošku rozbehnúť. Deje sa tak preto, lebo výkon malých krídel je nedostatočný a aj preto, že turbína vtedy ešte nie je v optimálnych otáčkach. Na chválu regulátora musím povedať, že to robí nádherne spojite a na pohybe turbíny nezbadáte žiadne nepravidelnosti. Jednoducho sa točí stabilne svojimi 80 otáčkami (pri vetre 6,5m/s). Podľa záznamov regulátora dodáva do akumulátorov v tomto režime veľmi malý a kolísavý výkon (od 0 do 20W)
     Na prvom videu je turbína vo vyššie popisovanom stave, teda pri pripojenej záťaži a asi 80 otáčkach/min.

     Druhé video zaznamenáva pokus s odpojením záťaže a roztočenie turbíny do voľnobežných otáčok. Turbína sa bez zaváhania rozbehla do otáčok 280/min (pri spomínanom vetre 6,5 m/s) a veľa nechýbalo aby sa stala polopriehľadným valcom. Pritom ju nebolo vôbec počuť a zvuk ktorý môžete vo videu registrovať je občasné priame fúknutie vetra do mikrofónu kamery.

     Ale zaujímavé to začalo byť až po opätovnom pripojení turbíny k regulátoru. Výkon dodávaný do akumulátorov vyskočil na 80W. Potom začal klesať, ako klesalo aj vstupné napätie z alternátora, ktoré bolo na začiatku po pripojení vyššie ako 70V. Výkon spadol na 0, ale zakrátko sa vrátil späť na 80 až 90W. Dokonca v jednej chvíli začalo rásť aj vstupné napätie. Až to postupne skončilo tak, ako to celé začalo, na výkone do 20W a vstupnom napätí okolo 27V (to závisí na napätí akumulátora) a 80 otáčkach/min. Výpis z TS MPPT z tejto zaujímavej časti nájdete v prílohe článku. (Výpis začína pri 80 otáčkach/min., potom nasleduje vypnutie - niekoľko minút je výkon 0 - a pokračuje inými číslami po pripojení.)
     Takže, aby sme to nejako zhrnuli... Prečo ten názov článku Nie je MPPT ako MPPT? Lebo od funkcie MPPT u regulátorov nabíjania pre veternú turbínu očakávame ešte niečo iného. Musí sa dať nastaviť, pri akom vstupnom napätí začne regulátor pripájať turbínu. Povedzme v mojom prípade by som ocenil hodnotu dajme tomu 60V. (To isté platí aj v prípade použitia GTI. Počiatočné napätie by muselo byť cca 50-60V - také GTI existujú, alebo vám ich výrobca naprogramuje podľa potreby, napr. SWEA GTI vyzerajú veľmi zaujímavo.) MPPT potom urobí transformáciou na vyššej frekvencii zo 60V také napätie, aké potrebuje akumulátor (napr. 27V). Odoberaný výkon tak bude niekde úplne inde hneď z troch dôvodov: alternátor vo vyšších otáčkach bude mať lepšiu účinnosť, turbína sa bude točiť v optimálnych otáčkach a nakoniec aj straty na vodičoch od turbíny k regulátoru budú vďaka vyššiemu napätiu a nižším prúdom prijateľnejšie. Firmware samozrejme nie je len hranica vstupného napätia, ale aj zadefinovaná tabuľka hodnôt napätí a výkonov, ktoré regulátor porovnáva, vyhodnocuje a reaguje na ne. A všetko toto v ňom momentálne chýba. No a nakoniec, celé to chce ešte jednu vec - väčšie krídla, ktoré budú svojim výkonom zodpovedať výkonu alternátora.
     Výrobca sľúbil dodať nový firmware pre veternú turbínu, tak počkáme... sám som zvedavý!
     Dovtedy by som chcel tento pokus zopakovať, lebo aby to nebolo až také jednoznačné, aj v tomto prípade to komplikoval ešte jeden faktor. A to solárne panely, ktoré v tom istom čase dodávali skoro plný výkon do tých istých akumulátorov, a tie začínali byť v stave nabitia. A vtedy regulátor začne sám dodávku baterkám znižovať, ale aj ten ku ktorému je pripojená turbína. Takže výsledky nemuseli zodpovedať tomu, čo by turbína skutočne mohla dodať. Aj keď 90W je zhruba to, čo sa dalo očakávať od turbíny týchto rozmerov a momentálnej rýchlosti vetra.

     Bolo vykonaných ešte niekoľko podobných pokusov, pri ktorých sa po opätovnom pripojení regulátora k roztočenej turbíne správal regulátor tak, ako by sa to od neho vyžadovalo - udržiaval turbínu vo vyšších otáčkach, resp. vyššom výstupnom napätí. Zatiaľ najvyšší zaznamenaný výkon je z 31.3.2012, pri rýchlosti vetra cca 8-9 m/s - 354 W (viď priloženú časť výpisu). Takáto špička výkonu by prislúchala podstatne silnejšiemu vetru a v tomto prípade ju vysvetľuje využitie zotrvačnosti po predchádzajúcom roztočení do vysokých otáčok bez záťaže. Výkon postupne klesá, pretože regulátor má nastavenie pre fotovoltaiku a tak bez výčitiek nechá vstupné napätie (otáčky) pomerne rýchlo klesnúť tesne nad úroveň napätia akumulátorov.