PWMとMPPTチャージコントローラの発電効率の違い

チャージコントローラはPWM制御方式とMPPT制御方式があり価格面でおおきな違いがあります。そしてMPPTの発電効率は97%を越えるというものがたくさんあります。

なにがどう違うのか調べてまとめてました。

ソーラパネルの仕様とバッテリーへの充電

ソーラパネルの裏面に仕様が記載されています。
そして、
公称最大出力動作電圧×公称最大出力動作電流=ワット数です。

➀105Wソーラパネル
 公称最大出力動作電圧 18.7V
 公称最大出力動作電流 5.64A
②150Wソーラパネル
 公称最大出力動作電圧 22V
 公称最大出力動作電流 6.82A

バッテリーへの充電はバッテリー電圧より若干高い電圧(0.1V~0.2)で行われます。
12Vバッテリーはインバータ遮断(11V)からバルク電圧値(14V)の範囲で充電が行われます。ここでは12Vで説明を継続します。

PWM制御方式の充電

PWM制御方式はソーラパネルの公称最大出力動作電流までの電流で充電を行います

➀105Wソーラパネルの場合
 12V×5.64A=67.68W
 67.68W÷105W=64%の発電効率となります。

②150Wソーラパネルの場合
 12V×6.82A=81.84W
 81.84W÷150W=54%の発電効率となります。

ソーラパネル電圧から充電電圧の差分は熱となって破棄されてしまいます。
➀105Wソーラパネルで破棄される電気=
(18.7V-12V)×5.64A=37.8W
②150Wソーラパネルで破棄される電気=
(22V-12V)×6.82A=68.2W

ソーラパネルはいろいろな公称最大出力動作電圧 /公称最大出力動作電流を持つものがあります。公称最大出力動作電圧 × 公称最大出力動作電流=ソーラパネルの発電能力(W)になります。
PWMチャージコントローラを使うならソーラパネルは公称最大出力動作電圧が低いものを選択したほうが良いです。
同じ100Wソーラパネルでも公称最大出力動作電圧が17Vから19Vまれに20Vを越えたものがあり、発電効率は
100×(12V/17V)=70%
100×(12V/20V)=60%となります。

MPPT制御方式の充電

MPPT制御方式ではPWM制御方式で破棄される電気を電流に変えて充電を行います。

➀105Wソーラパネルの場合
 37.8W÷12V=3.15A
 12V×(5.64A+3.15A)=105W
②150Wソーラパネルの場合
 68.2W÷12V=5.68A
 12V×(6.82A+5.68A)=150W

となり発電効率は100%となります。
PWM制御方式で破棄される電気を電流をどのように変えているのかは難しくて解りませんが・・。

MPPTチャージコントローラ選定の注意点

PWM制御方式ではソーラパネルの公称最大出力動作電流以上の定格電流のものを選定すればOKでした。
MPPT制御方式ではソーラパネルの公称最大出力動作電流以上の電流で充電を行うので

ソーラパネルの発電容量÷充電電圧が充電電流となります。充電電圧がもっとも小さくなるのインバータが遮断になる時のバッテリー電圧となります。

➀105Wソーラパネルの場合
 105W÷11V=9.54Aなので10Aではぎりぎりということで15Aのチャージコントローラを選定することになります。
私の場合は105Wソーラパネル2枚並列なので19.08Aとなり20Aのチャージコントローラではぎりぎりです。30Aのチャージコントローラです。

②150Wソーラパネルの場合
 150W÷11V=13.6Aなので15A以上となり安心できるのは20A以上のチャージコントローラを選定することになります。

本記事の掲載について

2018年5月にMPPTチャージコントローラ1台を購入することにしました。
100Wソーラパネル2枚の並列と150Wソーラパネル1枚の2系統のソーラ発電ですが発電量を比較すると150Wソーラパネル1枚側がパネル容量比率で見ると発電量が低いのが疑問でした。調べた内容でみると納得がいきます。

5月の発電量を10日を起点にMPPTに変更しています。いままでになかった40AHを越える日がたくさんでています。体感的には発電量が倍になった感じです。

所有している150Wソーラパネルは単位面積あたり発電量が多いソーラパネルで全体が小さく設置場所の関係から購入したもので公称最大出力動作電圧 22Vは通常パネルより電圧がかなり高いです。

MPPTチャージコントローラは150Wソーラパネル側に取り付け予定です。
検証結果が良かったので105Wソーラパネル2枚の並列接続側もMPPTチャージコントローラに変更します。

おまけ

MPPTチャージコントローラはSR-ML2420という260WのパネルまでOKで1万円台での購入でした。そして、驚いたことにRS232Cケーブルでパソコンで発電状況が確認できます。

Solar Station Monitorのソーラ発電状況の確認ができる内容をまとめました。