Fotowoltaika: MPP i kontrolery MPPT

Ten artykuł powstał „na zapotrzebowanie społeczne” w związku z cyklem „Fascynujące przemiany energii” i filmem Fotowoltaika – co to jest MPPT?, opartym na testach paneli fotowoltaicznych z „pękatego kuferka”. W tym artykule jak najbardziej przystępnie wyjaśniam, co to jest MPP i czym są kontrolery MPPT.

Hasła „energia odnawialna” oraz „fotowoltaika” są dziś bardzo szeroko rozpowszechnione i dyskutowane w różnych kontekstach. Ja w tym artykule podchodzę do skomplikowanego tematu wyłącznie od strony technicznej. Głównym celem artykułu jest wyjaśnienie osobom mniej zorientowanym, co znaczy tajemniczy a popularny skrót MPPT. Nie jest to łatwe zadanie. Wszyscy chcielibyśmy uzyskać jasne i proste odpowiedzi na pytania techniczne, ale technika, a zwłaszcza elektronika jest coraz bardziej skomplikowana. Dlatego nie sposób krótko, w kilku zdaniach wyjaśnić trudniejszych tematów osobom nieprzygotowanym. Trzeba naświetlić tło zagadnienia.

Panel fotowoltaiczny to źródło prądowe!

Trzeba zacząć od specyficznych właściwości paneli fotowoltaicznych. Problem w tym, że panel fotowoltaiczny ma naprawdę dziwne właściwości, co wprawia w zakłopotanie nawet doświadczonych praktyków, którzy nie mieli dotąd do czynienia z tego rodzaju źródłami energii elektrycznej.

Wynika to z faktu, że wcześniej praktycznie nie mieliśmy do czynienia ze źródłami energii elektrycznej, które – mówiąc fachowo – mają charakter źródła prądowego. Do tej pory mieliśmy do czynienia ze źródłami energii elektrycznej, które – mówiąc fachowo – mają charakter źródeł napięciowych.

Typowym przykładem źródła napięciowego jest (duży i w pełni naładowany) akumulator. Na swym wyjściu, na zaciskach utrzymuje on jakieś napięcie. I to napięcie niewiele zależy od tego, czy z akumulatora jest pobierany prąd, czy nie jest pobierany.

W idealnym akumulatorze napięcie w ogóle nie zależałoby od natężenia pobieranego prądu. Idealny akumulator utrzymuje stałą, niezmienną wartość napięcia na zaciskach, niezależnie od tego, czy jest obciążony, czy nie.

To jest przykład źródła napięciowego, czyli takiego, które utrzymuje niezmienne napięcie U, w którym prąd obciążenia I wyznaczony jest przez rezystancję obciążenia R, według znanej zależności I = U / R.

„Od zawsze” mamy do czynienia właśnie z tego rodzaju napięciowymi źródłami energii elektrycznej a ich działanie wydaje się nie tylko oczywiste, ale wręcz jedynie możliwe. I „zgrzyt” występuje wtedy, gdy mamy do czynienia z panelami fotowoltaicznymi, oznaczanymi skrótem PV (Photovoltaic panel), a w Polsce często nieprawidłowym skrótem FV. Ogniwa, panele, moduły fotowoltaiczne w pewnym sensie są odwrotnością baterii i akumulatorów.

Zarówno akumulator jak i panel fotowoltaiczny są źródłami energii elektrycznej, a właściwie przetwornikami rodzajów energii, ale mają niejako przeciwstawne właściwości. Akumulator zachowuje się jak źródło (stało)napięciowe, a panel fotowoltaiczny zachowuje się jak źródło (stało)prądowe.

Źródło napięciowe „stara się utrzymać” niezmienną wartość napięcia. Źródło prądowe „stara się utrzymać” niezmienną wartość prądu. Jednak wielu osobom trudno zaakceptować fakt, że istnieją źródła prądowe, które na swych zaciskach utrzymują stałą, niezmienną wartość prądu, i których napięcie wyjściowe jest wyznaczone przez rezystancję obciążenia według zależności U = I × R. A właśnie panel fotowoltaiczny jest źródłem energii elektrycznej (prądu i napięcia), ale w pewnym sensie jego działanie jest odwrotne, niż działanie akumulatora, bo jest źródłem prądowym, a nie napięciowym. Dlatego ma specyficzne właściwości.

Jeżeli do źródła prądowego dołączymy obciążenie – zmienną rezystancję, to po pierwsze napięcie tego źródła będzie wprost proporcjonalne do tej rezystancji (U = I × R), a po drugie moc pobierana z tego źródła prądowego będzie rosła ze wzrostem tej rezystancji. Przykłady na rysunku 1. Odwrotnie niż w przypadku źródła napięciowego, gdzie wzrost rezystancji obciążenia powoduje zmniejszenie pobieranej mocy!

Wielu osobom nie mieści się też w głowie, że stanem jałowym źródła prądowego jest zwarcie. A najprościej mówiąc, panele fotowoltaiczne można zwierać i nie grozi to ich uszkodzeniem – po prostu nie „wyciągniemy” z nich wtedy żadnej mocy i energii.

Nie sposób w krótkim artykule wyjaśnić szczegółów. O źródłach napięciowych i prądowych pisałem w innych artykułach:
Zasilacze prądowe oraz zasilacze napięciowe
Zasilacze – stabilizatory prądowe i napięciowe
Fundamenty elektroniki – zadziwiające źródło prądowe

W każdym razie, właściwości panelu fotowoltaicznego są dla nas dziwne, bo nie jesteśmy przyzwyczajeni do źródeł prądowych, tylko napięciowych. Tymczasem nie można zrozumieć specyfiki paneli fotowoltaicznych bez zrozumienia faktu, że są to źródła prądowe, a nie napięciowe!

Tak, ale zamieszanie powoduje fakt, że każdy panel fotowoltaiczny ma też jakieś napięcie nominalne, a to mniej zorientowanych wprowadza w błąd, że jest to jednak źródło napięciowe.

A nie jest! To jest źródło prądowe, natomiast to „napięcie nominalne” należałoby raczej nazwać „napięciem ograniczania”. Trzeba bowiem pamiętać, że panel fotowoltaiczny to zestaw fotodiod krzemowych, czyli w sumie zestaw diod krzemowych.

Napięcie ogniwa fotowoltaicznego

I pojedyncza fotodioda, i panel PV to prądowe źródła energii elektrycznej, ale nie są to idealne źródła prądowe. To rodzaj diod, więc jeżeli chcemy przedstawić i zrozumieć ich działanie, to powinniśmy rozpatrywać ich schemat zastępczy, pokazany na rysunku 2. Z lewej strony mamy strzałki symbolizujące przychodzącą energię światła, mamy symbol źródła prądowego, dalej symbol diody i jakieś dwie rezystancje.

(…)

——– ciach! ——–

To jest tylko fragment artykułu, którego pełna wersja ukazała się w lipcowym numerze czasopisma Zrozumieć Elektronikę (ZE 7/2026). Czasopismo aktualnie nie ma wersji drukowanej na papierze. Wydawane jest w postaci elektronicznej (plików PDF). Pełną wersję czasopisma znajdziesz na moim profilu Patronite, gdzie dostępna jest dla Patronów, którzy wspierają mnie kwotą co najmniej 15 zł miesięcznie. Natomiast niepełna, okrojona wersja, pozwalająca zapoznać się z zawartością numeru ZE 7/2026 znajduje się tutaj.

Piotr Górecki

Uwaga! Wskazówki, jak nabyć pełne wersje dowolnych numerów ZE znajdują się na stronie:
https://piotr-gorecki.pl/n11.