REGULADOR DE CARGA SOLAR


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 Como ya sabemos un sistema fotovoltaica necesita un sistema de baterías o acumuladores para almacenar la energía producida cuando tenemos Sol y devolverla durante la noche o en las horas de poco Sol. El control de este proceso de carga y descarga de las baterías lo realiza un dispositivo llamado "Regulador de Carga". Este dispositivo, a pesar de su sencillez y su bajo coste, comparado con el coste total de la instalación, es fundamental para proteger la vida útil de la batería y mejorar el funcionamiento del sistema fotovoltaico.

instalacion solar fotovoltaica

 El regulador o controlador de carga solar trabaja en dos zonas diferentes, en la zona de carga, siendo su misión garantizar la carga suficiente de la batería evitando sobrecargas, y en la zona de descarga, asegurando el suministro eléctrico diario suficiente y evitando descargas más allá de la profundidad de descarga de la batería.

controlador de carga solar

 El dimensionado de las instalaciones solares fotovoltaicas ISFTV se realiza de manera que se asegure el suministro de energía en las peores condiciones de luminosidad, por eso se toman como valores los valores en invierno. Esto puede provocar que en verano la energía aportada por lo módulos fotovoltaicos sea casi el doble de los cálculos estimados, por lo que es imprescindible el regulador entre los paneles y la batería para no tener un exceso de corriente. Este exceso de corriente podría incluso hervir el líquido de las baterías.

 La única excepción a la necesidad de un regulador en un ISFTV es cuando la fuente de carga (módulos) producen mucha menos energía que la carga total de la batería. Si un módulo fotovoltaico produce 1.5% de la ampacidad (los amperios) de la batería o menos, entonces no se necesita regulador de carga.

Funciones del Regulador

 El regulador es un dispositivo electrónico regulador del voltaje y/o la corriente que cumple 3 funciones esenciales:

 - Proteger la batería de acumuladores contra la sobrecarga o descarga profunda. En el caso que este cargada completamente la batería el regulador interrumpe la conexión con los paneles. A la inversa, cuando su carga desciende por debajo de cierto porcentaje (profundidad de descarga), corta la conexión con la red de consumo para evitar que se descargue por debajo de la profundidad de descarga marcada en el diseño de la instalación.

 - Proteger a la batería de acumuladores contra la sobretensiones. A la entrada de las baterías pueden producirse sobretensiones, por ejemplo cuando desciende mucho la temperatura de trabajo de las celdas solares. El regulador protege a las baterías de estas sobretensiones que podrían dañarlas. Además los módulos solares suelen tener tensiones nominales mayores que las baterías para asegurar la carga correcta de la batería.

 - Evitar la descarga nocturna de las baterías sobre los generadores fotovoltaicos. El regulador detecta que es de noche midiendo la tensión de entrada de los módulos fotovoltaicos. Cuando detecta que es de noche desconecta la entrada para evitar la circulación de corriente de la batería a las placas fotovoltaicas. Como solución básica, emplea un diodo que evita la circulación de corriente inversa.

 Otros reguladores, dependiendo del fabricante, pueden protegernos contra cortocircuitos, medirnos la temperatura de las baterías, etc.

Calculo o Dimensionado del Regulador de Carga para una ISFTV

 Los reguladores de carga vienen determinados por la intensidad máxima de trabajo y por el voltaje en que hayamos diseñado nuestra instalación. La intensidad de trabajo será la intensidad de entrada o procedente de los paneles solares. Necesitamos un regulador que sea capaz de regular la máxima intensidad que pueda proceder de los paneles fotovoltaicos de la instalación. Esta intensidad la sacaremos de la intensidad de cortocircuito de los paneles (la máxima que puede dar cada panel).

 Debemos primero ver en los paneles usados cual es la corriente de cortocircuito (Isc). Imagina que utilizamos dos paneles solares Schuco MPE 220 Solar Panel con las características siguientes.

caracteristicas panel solar Schuco

 Se considera la corriente de cortocircuito (Isc) por ser la peor situación posible. Como ves los paneles elegidos tiene una corriente de cortocircuito de 8,12A.

 Como ya debemos saber los módulos que conectemos en paralelo en la instalación sus intensidades de sumarán para darnos la intensidad total de la instalación.

 Imagina que tenemos dos módulos en paralelo, entonces la intensidad total en cortocircuito sería de 8,12 x 2 = 16,24V. Para estar seguro y no tener problemas, se recomienda multiplicar el resultado por un factor de seguridad de 1.25.

 La fórmula sería:

 Corriente de entrada del regulador = Isc de cada módulo x Nº de ramas en paralelo x Factor de seguridad.

 En nuestro caso: 8.12 Amp x 2 x 1.25 = 20.3 Amperios (corriente mínima de entrada del regulador).

 Esta es la intensidad máxima que nos darán los paneles fotovoltaicos. La intensidad de consumo o salida siempre será igual o inferior a esta, ya que de lo contrario no podrían suministrarla los paneles. Por este motivo normalmente la intensidad de carga (la que viene de los paneles) y la de consumo (la que se envía a los receptores) suelen ser la misma en la mayoría de los reguladores de carga solares.

 Para nuestro ejemplo, debemos elegir un regulador que tenga esta intensidad de entrada o de carga igual o superior a 20.3A.

 Si no tenemos el dato de la intensidad de cortocircuito del panel podríamos hacerlo sumando la potencia de todos los paneles de la instalación y dividirla entre la tensión de trabajo (la de la batería).

 Recuerda que la Potencia = Tensión x Intensidad. Se trata de despejar la intensidad.

 En nuestro ejemplo los módulos tienen una potencia máxima de 220Wp (vatios pico). Al tener 2 en paralelo la suma total de las potencias es de 440w.

 Si te fijas en las características de los módulos la tensión a máxima potencia (Vmpp) es de 29,70V, lo que significa que la batería trabajará a 24V. Recuerda, siempre la tensión a máxima potencia de los paneles es un poco mayor a la de la batería. Si la tensión a máxima potencia es de 29V usamos baterías de 24V, si la Vmpp fuera de 14V usaríamos una batería de 12V.

 Si dividimos 440 entre esta tensión 24V, nos sale una intensidad de 18,33A. Al multiplicarla por el factor de seguridad (1,15) tenemos una intensidad de entrada de 21A. Elegiríamos el regulador con la intensidad de entrada igual o superior a 21A. Como ves sale más o menos el mismo resultado que antes.

 Como la batería es de 24V, el regulador debe ser también de 24V, siempre de la misma tensión que la batería. De la siguiente tabla de reguladores podríamos usar cualquiera.

datos reguladores de carga

 Muchos reguladores son bitensión (fíjate en los de la imagen de arriba), pudiendo funcionar tanto a 12V como a 24V solo cambiando la posición de un conmutador. También suelen admitir sobrecargas del 25% y la intensidad de carga y descarga es la misma.

 El autoconsumo es la intensidad que necesita el propio regulador para su funcionamiento.

 Solo en el caso de que tengamos un regulador de carga con una intensidad de carga y consumo diferente debemos calcular la intensidad de consumo (la de los receptores) y comprobar si la del regulador es mayor.

 Para calcular la intensidad de salida o consumo debemos dividir la potencia de todos los receptores de la instalación (conectados a la vez) y dividirla entra la tensión.

 Imagina que en el ejemplo anterior tenemos una suma de potencias en receptores (lavadora, frigorífico, lámparas, etc.) de 300w. Si la tensión de la batería es de 24V tenemos una intensidad de consumo o salida de 300/24 = 12.5A. El regulador debería tener una intensidad de salida o consumo mayor de 12.5 A. Cualquiera de los anteriores reguladores nos valdría.

 Nota: en el ejemplo desarrollado la potencia total de los receptores nunca puede ser mayor de 440W, que es la máxima potencia que nos dan los paneles. Por eso la intensidad de salida siempre será menor que la de entrada.

 Una vez que ya sabemos las características de nuestro regulador solo nos quede elegir de que tipo será.

Tipos de Reguladores

 El regulador controla el estado de la batería midiendo la tensión en bornes de dicha batería. A partir de esta tensión se desarrolla el control de la carga y descarga, conectando o desconectando el generador fotovoltaico.

 Según como se efectúe la regulación de la carga de la batería los reguladores se clasifican:

- Reguladores MPPT o maximizador: La sigla MPPT (Maximum Power Point Tracking ) significa: seguidor del punto de potencia máxima. El “punto” al que se hace mención es el que corresponde a los valores óptimos para el voltaje y corriente de salida que proporcionan la máxima potencia de salida. Este tipo de control incorpora un limitador de corriente, para no sobrepasar la corriente máxima tolerada por las baterías cuando la potencia de entrada sube transitoriamente. Un regulador MPPT modula el voltaje del panel y lo adapta a las características de las baterías conectadas. Son los reguladores usados hoy en día en casi todas las ISFTV. Son más caros que los que veremos a continuación pero consiguen una aumento de la producción energética de un 30% respecto a los PWM.

- Reguladores PWM o convencional: También llamados Todo o Nada. Fueron los primeros reguladores de carga que aparecieron en el mercado y realizaban el control de carga de la batería según un sistema “todo-nada” mediante la conmutación de elementos electromecánicos (relés), y se les podría denominar reguladores de una etapa. El regulador permitía el paso de toda la corriente disponible en el generador fotovoltaico (FV) hasta que la tensión en la batería alcanzaba un valor predeterminado (mas o menos a 14,5 V se considera llena). Llegado a este valor se interrumpía el paso de la corriente. Para valores menores de 12V en la batería volvía a establecer el paso de toda la corriente a las baterías desde los generadores FV.

 Los controladores de carga PWM son menos costosos (que MPPT) y son una solución ideal para sistemas fotovoltaicos más pequeños donde el precio puede ser un punto crítico o donde la eficiencia máxima y la potencia adicional no son realmente necesarias.

reguladores de carga solares

 Solo usaremos reguladores PWM en caso de instalaciones cuyos paneles suministren una potencia inferior a 200w. Para el resto siempre reguladores MPPT.

 Si nos referimos a la forma de conmutación con la batería, encontramos dos tipos de sistemas de regulación:

 - Reguladores en Serie, que incorpora interruptores, electromecánicos o electrónicos, que desconectan el generador cuando la tensión excede de un determinado nivel de referencia. Durante la noche, el circuito de carga permanece abierto, evitando que las baterías se descarguen en el panel fotovoltaico. Es el usado por casi todas las instalaciones hoy en día.

- Reguladores en Paralelo, donde el exceso de tensión se controla derivando la corriente a un circuito que disipa la energía sobrante. En la imagen puedes ver R como la resistencia de por donde se deriva la corriente sobrante. Los reguladores tipo paralelo han de disipar toda la corriente de salida del panel cuando el sistema de baterías alcanza el estado de plena carga. Crea pérdidas de potencia y reduce el valor máximo del voltaje de carga. Esto hace que los controles paralelos sean menos eficientes que la versión en serie y están en desuso hoy en día.

regulador de carga serie y paralelo

 Conclusión: Elegiremos reguladores en Serie del tipo MPPT que tengan intensidad de carga igual a la suma de las intensidades de cortocircuito de las ramas en paralelo de paneles en la instalación.

Conexión y Desconexión del Regulador a la Instalación

 OJO los pasos para la conexión de un regulador en unes ISFTV deben seguir siempre el siguiente orden:

1. conectar la batería al regulador – positivo y negativo
2. conectar el módulo solar al regulador – positivo y negativo
3. conectar la carga al regulador – positivo y negativo

¡En caso de desinstalación se deberá proceder en orden, inverso!

regulador de carga conexion

 El reajuste automático a sistemas bitensión de 12 V / 24 V no funcionará correctamente si el orden de conexión no es correcto. ¡Esto puede dañar la batería!



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