Modelo de regulador de carga solar

Modelo de regulador de carga solar

Qué es un regulador de carga solar

El regulador de carga solar es un componente electrónico esencial, ubicado entre los módulos fotovoltaicos y las baterías, encargado de gestionar eficientemente la energía generada por los paneles solares. Este dispositivo supervisa y ajusta la intensidad y el voltaje de la corriente eléctrica proveniente de los paneles, garantizando una carga adecuada y segura de las baterías. Su misión principal es prolongar la vida útil de las baterías, protegiéndolas de sobrecargas y descargas excesivas, optimizando así el rendimiento del sistema fotovoltaico.

Funciones del regulador de carga solar

El exceso de energía generada que no puede ser inyectada en la batería se pierde a través del efecto Joule (calor) en el regulador. Por lo tanto, el regulador de carga solar es un dispositivo que resguarda la batería contra sobrecargas, llenándola de manera conveniente en cada situación. Habitualmente, los reguladores solares requieren configuración para especificar el tipo de baterías, su capacidad y tensiones de funcionamiento.

El manejo eficiente del flujo energético se logra mediante la supervisión y ajuste de los valores de Intensidad (I) y Voltaje (V) que se aplican a la batería. Dicho flujo energético es influido por el nivel de carga de las baterías y la energía producida por el sistema fotovoltaico. El regulador de carga solar monitorea continuamente el estado de carga de las baterías para garantizar un llenado óptimo y prolongar su vida útil. Se pueden identificar tres etapas de carga distintas:

  • Etapa BULK: con la batería descargada, toda la corriente generada por el sistema fotovoltaico se inyecta en las baterías, aumentando el voltaje de la batería conforme se va llenando.
  • Etapa ABSORCIÓN: al alcanzar la tensión de absorción (en baterías de plomo-ácido abiertas 14,4V y en baterías AGM y GEL 14,1V), el regulador de carga solar sostiene la tensión ligeramente por debajo de dicho valor y disminuye la corriente hasta que la batería esté prácticamente llena.
  • Etapa de FLOTACIÓN: en esta etapa, la tensión se disminuye a la tensión de flotación (comúnmente 13,5 V) y la corriente inyectada se reduce hasta que la batería esté completamente llena.

Adicionalmente, el regulador desempeña funciones secundarias como:
– Prevenir la descarga de la batería durante la noche en el sistema fotovoltaico mediante la inversión de corriente a través de un diodo tipo D.
– Ofrecer información relevante del sistema: voltaje de las baterías, corriente generada, registros históricos, estado de carga, etc. (solo en aquellos con reguladores con DISPLAY).

Tipos de reguladores de carga solar

Existen dos categorías principales: el regulador de carga PWM y el MPPT.

Regulador de carga PWM (modulación por ancho de pulso)

Este tipo de regulador funciona mediante la modulación de pulsos, interrumpiendo el paso de energía de los paneles a las baterías cuando estas últimas están completamente cargadas. Para un funcionamiento óptimo, es necesario que el voltaje nominal de los paneles solares y las baterías coincida. Los reguladores PWM no extraen toda la energía disponible de los paneles solares, pero suelen ser más económicos. Si se requiere mayor capacidad de carga, se pueden agregar más paneles de 12V en paralelo, manteniendo el voltaje constante.

A pesar de ser más asequibles y ligeros, los reguladores PWM sufren pérdidas de energía debido a que los módulos funcionan a la tensión de la batería en carga, lo que reduce su eficiencia energética.

Cálculos para un regulador de carga PWM

Debes tener en cuenta que los controladores PWM son compatibles únicamente con módulos solares de 12 voltios y 36 células, así como con módulos de 24 voltios y 72 células.

Para escoger el controlador PWM adecuado, es necesario conocer la potencia máxima del módulo solar, conocida como IMP, la cual se encuentra en la ficha técnica o en la placa de características del panel. Multiplique el valor de IMP por la cantidad de paneles en la instalación para obtener el IMP total.

Por ejemplo, si se tienen dos módulos solares con IMP=5 A, es apropiado adquirir un controlador con IMP=10 A.

Regulador de carga MPPT (seguidor del punto de máxima potencia)

Los reguladores MPPT, también conocidos como maximizadores, aprovechan al máximo la energía generada por los paneles solares durante la carga de la batería. Estos reguladores operan en el punto de máxima potencia de los paneles solares y ajustan internamente el voltaje, logrando una alta eficiencia en la conversión de energía. Aunque su coste inicial es más elevado, la mayor capacidad de producción compensa este gasto adicional.

El principal diferenciador entre los reguladores MPPT y PWM es la inclusión de un regulador de seguimiento del punto de máxima potencia y un convertidor CC-CC en el regulador MPPT. Esto permite que los módulos funcionen a la tensión óptima, extrayendo la máxima potencia y evitando sobrecargas o descargas en las diferentes fases del proceso de carga.

En conclusión, los reguladores MPPT son una opción más eficiente y versátil, especialmente para sistemas fotovoltaicos de mayor potencia. No obstante, para instalaciones de menor envergadura, el regulador de carga PWM puede resultar suficiente.

Cálculos para un regulador de carga MPPT

Para los controladores MPPT, divide la potencia total de los módulos solares por la tensión de la batería, obteniendo así la intensidad máxima de carga.

La fórmula es la siguiente:
Potencia total / Tensión (V) de la batería = Imax

Así, supón que posees un sistema de baterías de 24 voltios y 8 módulos solares de 220 vatios, entonces el cálculo del controlador será:

Potencia total = 8 x 220 = 1760 W.

Al dividir 1760 W entre 24V, el resultado sería 73,3 amperios.

Consumo en corriente continua

Además de la carga de la batería, estos dispositivos también ofrecen protección contra descargas profundas cuando se utiliza un consumo en corriente continua. Los reguladores disponen de un interruptor tipo A que corta la corriente suministrada por la batería al consumo solo cuando se utiliza en continua, permitiendo una gestión más eficiente y segura de la energía. Si bien los reguladores con pantalla de visualización muestran un valor de «0 A» cuando no hay consumo en corriente continua, algunos modelos permiten el control de cargas mediante la programación de encendidos y apagados, lo que resulta especialmente útil para equipos que requieren encendido y apagado automatizado según la radiación solar. Con la energía almacenada durante el día, es posible utilizarla durante la noche, lo que garantiza una gestión más eficiente y sostenible de la energía.

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