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Reguladores de placas solares

La fotovoltaica funciona si tiene un grupo de dispositivos funcionando en conjunto, uno de esos dispositivos es el controlador de carga.
Si le interesa instalar un sistema fotovoltaico en su casa debe saber que este equipo solar está formado por varios dispositivos y uno de ellos el del cuál vamos a hablar los Reguladores de placas solares o conocidos también como regulares de carga.

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¿Que son los reguladores de placas solares o controlador de carga?

Los reguladores de placas solares (o controlador de carga) funciona junto con un sistema autónomo (fuera de la red), o un sistema de energía solar conectado a la red que incorpora un banco de baterías de respaldo.

Para un sistema de energía solar conectado a la red que no usa baterías, no es necesario un regulador solar.

Reguladores de placas solares

Un regulador solar es una pequeña caja que consiste en un circuito de estado sólido que se coloca entre un panel solar y una batería. Su función es regular la cantidad de carga proveniente del panel que fluye hacia el banco de baterías de ciclo profundo  para evitar que las baterías se sobrecarguen.

Un regulador también puede proporcionar una conexión directa a los electrodomésticos, mientras continúa recargando la batería. Es decir, puede ejecutar dispositivos directamente desde él, sin pasar por el banco de baterías; pero las baterías seguirán cargándose.

Los reguladores solares modernos son muy eficientes y superarán a casi cualquier cargador de batería de alimentación de red de 3 etapas

¿Por qué necesitas un controlador de carga solar?

Un controlador de carga solar (frecuentemente llamado regulador) es similar a un cargador de batería normal, es decir, regula la corriente que fluye desde el panel solar hacia el banco de baterías para evitar sobrecargar las baterías.

Al igual que con un cargador de batería de calidad regular, se pueden acomodar varios tipos de baterías, el voltaje de absorción, el voltaje de flotación pueden seleccionarse y, a veces, los períodos de tiempo y / o la corriente de cola también pueden seleccionarse.

Son especialmente adecuados para las baterías de litio-hierro-fosfato, ya que una vez cargada por completo, el controlador permanece en el flotador establecido o mantiene el voltaje de alrededor de 13,6 V (3,4 V por celda) durante el resto del día.

El perfil de carga más común es la misma secuencia básica utilizada en un cargador de red de calidad, es decir, modo masivo> modo de absorción> modo flotante. La entrada en el modo de carga masiva ocurre en:

  • amanecer en la mañana
  • si el voltaje de la batería cae por debajo de un voltaje definido durante más de un período de tiempo establecido, por ejemplo, 5 segundos (reingreso)

Este reingreso al modo masivo funciona bien con las baterías de plomo-ácido, ya que la caída de voltaje y la caída son peores que las baterías a base de litio que mantienen un voltaje más alto y estable durante la mayor parte del ciclo de descarga.

Las baterías de litio  (LiFePO4) no se benefician de la reentrada en modo masivo durante el día, ya que la impedancia interna de las baterías de litio aumenta en los estados de carga alta (y baja) como lo indican las líneas verticales naranjas en el cuadro a continuación y es solo es necesario equilibrar ocasionalmente las celdas, lo que solo se puede hacer alrededor del voltaje de absorción.

Una razón relacionada es evitar la variación rápida y grande en el voltaje que ocurrirá en estas regiones cuando se encienden y apagan grandes cargas.

Las baterías de litio no tienen un “voltaje de flotación” definido y, por lo tanto, el “voltaje de flotación” del controlador debe establecerse en o justo debajo del “voltaje de carga de la rodilla” (como se indica en la tabla a continuación) del perfil de carga LiFePO4 , es decir, 3.4V por celda o 13.6V para una batería de 12V. El controlador debe mantener este voltaje por el resto del día después de cargar la batería a granel.

¿Cómo seleccionar los reguladores de placas solares?

Para determinar el tamaño del regulador te exigen, comprobar las capacidades nominales de amperaje de sus paneles solares y añadir esas figuras y que le dará el controlador de carga mínimo tamaño que necesita – o puede utilizar nuestro sistema  constructor  herramienta que le dirá el tamaño que necesitará en función de varias selecciones.

Al seleccionar un regulador solar, también es importante mirar hacia adelante. Si cree que va a agregar a su sistema, vale la pena comprar un regulador con la calificación más alta posible. Esto puede ahorrarle dinero al agregar paneles solares adicionales.

Desconexión de baja tensión

Algunos controladores de carga incluyen una función de desconexión de bajo voltaje (LVD). Esto monitorea el nivel de la batería y desconectará cualquier carga conectada a la batería si el voltaje cae a un punto donde el consumo continuo puede causar daños permanentes en la batería.

Esta característica es una gran protección para su inversión en baterías de ciclo profundo. Esto se debe a que una batería que se descarga demasiado tendrá una vida útil mucho más corta.

¿Cómo debo mantener el  regulador de carga solar?

Un regulador solar no requiere mantenimiento. Esto es aparte de las comprobaciones periódicas de los cables en las conexiones para ver si están apretados y libres de corrosión.

Un regulador solar debe montarse fuera de la luz solar directa y en un área donde haya un flujo de aire decente. Mientras que los reguladores solares de hoy son extremadamente robustos; El rendimiento y la vida útil se verán afectados por el calor extremo.

Un mecanismo de seguridad adicional para proteger el controlador de carga, sus baterías y electrodomésticos, además de reducir el riesgo de incendio, es colocar un fusible de capacidad adecuada entre el panel solar y el regulador.

¿Cál es la diferencia entre los controladores de carga solar PWM y MPPT?

El quid de la diferencia es:

  • Con un controlador PWM, la corriente se extrae del panel justo por encima del voltaje de la batería, mientras que
  • Con un controlador MPPT, la corriente se extrae del panel en el “voltaje de potencia máxima” del panel (piense en un controlador MPPT como un “convertidor CC-CC inteligente”)
A menudo ve eslóganes como “obtendrá un 20% o más de recolección de energía de un controlador MPPT”. Este extra en realidad varía significativamente y la siguiente es una comparación asumiendo que el panel está a pleno sol y el controlador está en modo de carga masiva. Ignorando las caídas de voltaje y usando un panel simple y matemática simple como ejemplo:
     Corriente de potencia máxima del panel (Imp)   = 5.0A
     Tensión de potencia máxima del panel (Vmp)   = 18V

Voltaje de la batería = 13V (el voltaje de la batería puede variar entre digamos 10.8V completamente descargado y 14.4V durante el modo de carga de absorción). A 13V, los amplificadores del panel serán ligeramente más altos que los amplificadores de potencia máxima, digamos 5.2A

Con un controlador PWM, la potencia extraída del panel es 5.2A * 13V = 67.6 vatios. Esta cantidad de energía se consumirá independientemente de la temperatura del panel, siempre que el voltaje del panel permanezca por encima del voltaje de la batería.

Con un controlador MPPT, la potencia del panel es 5.0A * 18V = 90 vatios, es decir, un 25% más. Sin embargo, esto es demasiado optimista a medida que el voltaje cae a medida que aumenta la temperatura; suponiendo que la temperatura del panel aumente a 30 ° C por encima de la temperatura de las condiciones de prueba estándar (STC) de 25 ° C y el voltaje caiga un 4% por cada 10 ° C, es decir, un total de 12%, entonces la potencia consumida por el MPPT sea ​​5A * 15.84V = 79.2W, es decir, 17.2% más de potencia que el controlador PWM.

En resumen, hay un aumento en la recolección de energía con los controladores MPPT, pero el aumento porcentual en la recolección varía significativamente en el transcurso de un día.

 

Las diferencias en la operación PWM y MPPT:

 

PWM:

Un controlador PWM (modulación de ancho de pulso) puede considerarse como un interruptor (electrónico) entre los paneles solares y la batería:

  • El interruptor está encendido cuando el modo cargador está en modo de carga masiva
  • El interruptor se ENCIENDE y APAGA según sea necesario (ancho de pulso modulado) para mantener el voltaje de la batería al voltaje de absorción
  • El interruptor está apagado al final de la absorción mientras el voltaje de la batería cae al voltaje de flotación
  • El interruptor se ENCIENDE y APAGA una vez más según sea necesario (ancho de pulso modulado) para mantener el voltaje de la batería en el voltaje de flotación

Tenga en cuenta que cuando el interruptor está apagado, el voltaje del panel estará en el voltaje de circuito abierto (Voc) y cuando el interruptor esté encendido, el voltaje del panel estará en el voltaje de la batería + el voltaje cae entre el panel y el controlador.

La mejor combinación de paneles para un controlador PWM:

La mejor combinación de paneles para un controlador PWM es un panel con un voltaje que es lo suficientemente superior al requerido para cargar la batería y teniendo en cuenta la temperatura, típicamente, un panel con un Vmp (voltaje de potencia máximo) de alrededor de 18 V para cargar un 12V batería. A menudo se les conoce como un panel de 12V aunque tengan un Vmp de alrededor de 18V.

MPPT:

El controlador MPPT podría considerarse como un “convertidor CC-CC inteligente”, es decir, baja el voltaje del panel (por lo tanto, podrían usarse “paneles internos”) hasta el voltaje requerido para cargar la batería. La corriente aumenta en la misma proporción a medida que se cae el voltaje (ignorando las pérdidas de calor en la electrónica), al igual que un convertidor CC-CC reductor convencional.

El elemento “inteligente” en el convertidor DC-DC es el monitoreo del punto de máxima potencia del panel que variará durante el día con la fuerza y ​​el ángulo del sol, la temperatura del panel, el sombreado y la salud del panel. La “inteligencia” luego ajusta el voltaje de entrada del convertidor CC-CC; en “hablar de ingeniería”, proporciona una carga correspondiente al panel.

La mejor combinación de paneles para un controlador MPPT:

Para hacer coincidir un panel con un controlador MPPT, es recomendable verificar lo siguiente:
  1. El voltaje de circuito abierto del panel (Voc) debe estar por debajo del voltaje permitido.
  2. El Voc debe estar por encima de la “tensión de inicio” para que el controlador “arranque”
  3. La corriente máxima de cortocircuito del panel (Isc) debe estar dentro del rango especificado
  4. La potencia máxima de la matriz: algunos controladores permiten que esto sea “sobredimensionado”, por ejemplo, el Redarc Manager 30 puede tener hasta 520 W conectados

 

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