Cómo seleccionar un controlador de carga solar

Cómo seleccionar un controlador de carga solar

Un controlador de carga solar es un componente fundamental en todas las instalaciones solares. Protege los componentes de almacenamiento de la batería y garantiza que todo funcione de manera eficiente y segura durante la vida útil del sistema.

¿Qué es el controlador de carga solar?

El controlador de carga en una instalación solar se encuentra entre la fuente de energía (panel solar) y la batería de almacenamiento. El controlador de carga evita que la batería se sobrecargue al limitar la cantidad y la tasa de carga de la batería. También evitan que la batería se descargue apagando el sistema si la energía de carga almacenada cae por debajo del 50 % de su capacidad y cargando la batería al nivel de voltaje correcto. Esto ayuda a preservar la vida y la salud de las baterías.

¿Cómo funciona un controlador de carga solar?

En la mayoría de los controladores de carga, la corriente de carga pasa a través de un semiconductor, que actúa como una válvula para controlar la corriente. El controlador de carga también evita que la batería se sobrecargue al reducir el flujo de energía a la batería una vez que alcanza un voltaje específico. La sobrecarga de la batería puede causar un daño particularmente grande a la batería misma, por lo que el controlador de carga es especialmente crucial. El controlador de carga también proporciona otras funciones importantes, como protección contra sobrecargas, desconexión por bajo voltaje y bloqueo de corrientes inversas.

Protección contra sobrecargas

El controlador de carga proporciona la importante función de protección contra sobrecarga. Si la corriente que fluye hacia la batería es mucho más alta de lo que el circuito puede manejar, es posible que el sistema esté sobrecargado. Esto provocará un sobrecalentamiento o incluso un incendio. El controlador de carga evita que ocurran estas sobrecargas. En sistemas solares más grandes, también recomendamos un disyuntor y un fusible para doble seguridad.

Desconexión por bajo voltaje

Esto funcionará como una desconexión automática de la carga no crítica de la batería cuando el voltaje caiga por debajo de un umbral definido. Cuando se está cargando, se volverá a conectar automáticamente a la batería. Esto evitará una descarga excesiva.

Bloqueo de corriente inversa

El panel solar bombea corriente a través de las baterías en una dirección. Durante la noche, el panel puede pasar naturalmente algunas de las corrientes en la dirección inversa. Esto puede hacer que la batería se descargue ligeramente. El controlador de carga solar evita que esto suceda actuando como una válvula.

¿Qué afectará su toma de decisiones al elegir un controlador de carga?

Estos factores deben tenerse en cuenta cuando planee comprar un controlador de carga. El presupuesto, el clima donde se instalará el sistema,

la vida útil del controlador, la tecnología (qué tipos de controladores de carga funcionan mejor en climas más fríos), el nivel de energía que necesita y el tamaño, la cantidad y el tipo de batería utilizada en el sistema.

Todos estos factores interactúan de maneras complejas que pueden afectarlo, lo que dificulta su implementación efectiva. Sin embargo, existe un proceso claro para determinar qué controlador de carga es el adecuado para la aplicación.

Factores a considerar al decidir comprar un controlador de carga

Diferentes tipos de controladores de carga solar

Hay dos tipos principales de controladores de carga a considerar: controladores de carga de modulación de ancho de pulso (PWM) económicos pero menos eficientes y controladores de carga de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) altamente eficientes. Ambas tecnologías se usan ampliamente para proteger las baterías, que suelen durar alrededor de 15 años, aunque esto puede variar de un producto a otro.

Hay ciertas situaciones en cada uno de estos dos tipos principales, y son elecciones claras. Sin embargo, elegir un controlador de carga es más que simplemente elegir el tipo correcto; más allá de eso, también debe considerar otras características en términos de seguridad y conveniencia. La calidad de estos productos varía mucho, incluso dentro de las dos categorías principales

Los controladores de carga de modulación de ancho de pulso son los mejores para aquellos con sistemas de pequeña escala. Ideal para vehículos con sistemas más pequeños (camionetas, casas rodantes, vehículos recreativos, casas diminutas) y vehículos con climas más cálidos. Los controladores de carga PWM existen desde hace más tiempo y son más simples y económicos que los controladores MPPT. El controlador PWM regula el flujo de energía a la batería reduciendo la corriente gradualmente, lo que se denomina modulación de ancho de pulso. A diferencia de proporcionar una salida estable, un controlador de carga PWM proporciona una serie de pulsos de carga cortos a la batería.

Si bien es efectiva, esta modulación de ancho de pulso genera una pérdida de energía entre el panel solar y la batería. Este tipo de controlador de carga no puede ajustar los voltajes, solo se apaga de manera intermitente para evitar un voltaje excesivo en las baterías. El voltaje y la corriente emitidos por el panel solar siempre están cambiando, por lo que esto inevitablemente genera algún desperdicio cuando se usa un controlador de carga solar PWM. Cuando la batería está completamente cargada, el controlador de carga PWM proporciona continuamente una pequeña cantidad de energía para mantener la batería llena. Esta regulación de dos etapas es ideal para sistemas que pueden experimentar un uso mínimo de energía. Los controladores PWM son mejores para aplicaciones a pequeña escala porque el sistema de paneles solares y la batería deben tener voltajes coincidentes. La corriente sale del panel justo por encima de los voltajes de la batería.

Muchos controladores de carga PWM tienen una variedad de características adicionales diferentes. El controlador de carga 10A PWM se puede usar con baterías o banco de baterías de 12 o 24 voltios y viene equipado con autodiagnóstico y funciones de protección electrónica para evitar daños por errores de instalación o fallas del sistema.

Pros:

Más barato que los controladores de carga solar MPPT.

La mejor opción para sistemas más pequeños donde la eficiencia no es tan crítica.

Lo mejor para un clima cálido y soleado.

Por lo general, mayor vida útil debido a la menor cantidad de componentes que pueden romperse.

El rendimiento es mejor cuando la batería está casi completamente cargada.

Contras:

Menos eficiente que los controladores de carga solar MPPT.

Debido a que los paneles solares y las baterías deben coincidir con los voltajes de estos controladores, no son ideales para sistemas más grandes y complejos.

Los controladores MPPT son la mejor opción para aquellos que desean un sistema altamente eficiente.

Mejor para quienes tienen sistemas más grandes como cabañas, viviendas y casas de campo, y quienes viven en climas más fríos.

Los controladores MPPT son eficientes en el uso de toda la potencia de los paneles solares para cargar las baterías. Con los controladores de carga solar MPPT, la corriente se extrae del panel a los voltajes de potencia máximos, pero también limitan su salida para garantizar que las baterías no se sobrecarguen. Los controladores de carga MPPT monitorearán y ajustarán su entrada para regular la corriente del sistema solar. Por lo tanto, la potencia de salida general aumentará y puede esperar una buena calificación de eficiencia del 90% o superior. En otras palabras, MPPT son las siglas de Maximum Power Point Tracker; estos controladores son mucho más avanzados que los controladores de carga PWM y permiten que el panel solar funcione en su punto de máxima potencia, o más precisamente, en el voltaje y la corriente óptimos para la máxima potencia de salida. Con esta ingeniosa técnica, la eficiencia de los controladores de carga solar MPPT se puede aumentar hasta en un 30 %, por supuesto, depende del voltaje de la batería y del voltaje de funcionamiento (Vmp) del panel solar.

El principio de funcionamiento del controlador de carga solar MPPT es bastante simple: debido a la luz solar cambiante (irradiación) que cae sobre los paneles solares a lo largo del día, el voltaje y la corriente de los paneles solares cambian constantemente. Para generar la máxima potencia, un MPPT barre el voltaje del panel para encontrar el punto ideal o la mejor combinación de voltaje y corriente para producir la máxima potencia.El MPPT rastrea y ajusta continuamente el voltaje fotovoltaico para producir la máxima potencia, sin importar la hora del día o las condiciones climáticas

Ejemplo de PWM frente a MPPT

Por ejemplo, un panel solar común de 60 celdas (24 V) con un voltaje de funcionamiento de 32 V (Vmp) se conecta a un paquete de baterías de 12 V mediante PWM y un controlador de carga MPPT. Con un controlador PWM, el voltaje del panel debe caer para coincidir con el voltaje de la batería, por lo que la potencia de salida se reduce significativamente. Con un controlador de carga MPPT, el panel puede funcionar en su punto de máxima potencia, lo que a su vez puede generar más potencia.

Opciones de voltaje de la batería

La mayoría de los controladores de carga solar MPPT suelen admitir una variedad de voltajes de batería diferentes. Por ejemplo, la mayoría de los controladores solares más pequeños de 10 A a 30 A se pueden usar para cargar una batería de 12 o 24 voltios, mientras que los controladores de carga solar de mayor capacidad o mayor voltaje de entrada están diseñados para usarse con una batería de 24 o 48 voltios. sistemas.

Además de la clasificación actual (A), el tamaño máximo del panel solar que se puede conectar a un controlador de carga solar también está limitado por el voltaje de la batería. Obviamente, una batería de 24 voltios permite conectar más energía solar a un controlador de carga solar de 20 A que una batería de 12 voltios.

Según la ley de Ohm y la ecuación de potencia, los voltajes más altos de la batería permiten conectar más paneles solares. Esto se debe a la fórmula, Potencia = Voltaje x Corriente (P=V*I). Como 20A x 12.5V=250W, mientras que 20A x 25V=500W. Por lo tanto, usar un controlador de 20 A con una batería de 24 voltios más alta duplicará la cantidad de energía solar que se permite conectar en comparación con una batería de 12 V.

MPPT de 20 A con una batería de 12 voltios = 260 W máx. de energía solar recomendada

20 A MPPT con una batería de 24 voltios = 520 W máx. de energía solar recomendada

20 A MPPT con una batería de 48 voltios = 1040 W máx. de energía solar recomendada

Para que el controlador de carga MPPT funcione correctamente, el voltaje de funcionamiento del panel solar debe ser al menos 4 a 5 voltios más alto que el voltaje de carga (absorción) de la batería, no el voltaje nominal de la batería. En promedio, el voltaje operativo real del panel es aproximadamente 3 voltios más bajo que el voltaje óptimo del panel (Vmp).

Además, todos los paneles solares tienen dos clasificaciones de voltaje, que se determinan en condiciones de prueba estándar (STC) en función de una temperatura de celda de 25 °C. El primero es el voltaje máximo de potencia (Vmp), que desciende ligeramente en condiciones de nubosidad o cuando aumenta la temperatura del panel solar. El segundo es el voltaje de circuito abierto (Voc), que también disminuye a temperaturas más altas. Para que el MPPT funcione correctamente, el voltaje de funcionamiento del panel (Vmp) siempre debe ser varios voltios más alto que el voltaje de carga de la batería en todas las condiciones, incluidas las altas temperaturas.

Por lo tanto, los controladores de carga MPPT son muy recomendables para la mayoría de los grandes sistemas de energía solar. Los controladores de carga PWM suelen ser solo una opción viable para aplicaciones más pequeñas, como viajes en vehículos recreativos o posiblemente para una pequeña casa de campo sin conexión a la red.

El controlador de carga solar MPPT ofrece un rendimiento superior, y el único inconveniente real es el costo adicional en comparación con las opciones más básicas.

Pros:

Los controladores de carga MPPT tienen un altamente eficiente.

Es más adecuado para sistemas a gran escala donde la producción de energía adicional es valiosa.

Es mejor en ambientes más fríos y nublados.

Es ideal para situaciones en las que el voltaje del panel solar es más alto que el voltaje de la batería.

El rendimiento es mejor cuando la batería tiene poca carga.

Contras:

El controlador de carga MPPT es más caro que el controlador PWM.

Vida útil normalmente más corta debido a la mayor cantidad de componentes.

Cómo dimensionar el controlador de carga

Cuando se trata del tamaño del controlador de carga, debe tener en cuenta si planea usar un controlador PWM o MPPT. Un controlador de carga seleccionado incorrectamente puede provocar una pérdida de hasta el 50 % de la energía solar generada.

El tamaño de los controladores de carga depende de la corriente de la matriz solar y el voltaje del sistema solar. Por lo general, es posible que desee asegurarse de que su controlador de carga sea lo suficientemente grande para manejar la potencia y la corriente que produce el panel. Por lo general, los controladores de carga vienen en 12 voltios, 24 voltios y 48 voltios. Las clasificaciones de corriente (amperaje) pueden estar entre uno y 60 amperios, y las clasificaciones de voltaje de 6 a 60 voltios.

Cuando se trata de dimensionar correctamente su sistema, los amperios son el valor al que deberá prestar más atención para su controlador de carga. También necesita el voltaje correcto, pero eso es tan simple como hacer coincidir los voltajes nominales del sistema y del controlador de carga.

En cambio, el amperaje se basa en el uso de energía y la capacidad de la batería, lo que puede ser mucho más difícil de determinar.

Si los voltios de su sistema solar eran de 12 V y sus amperios de 14 A, entonces necesitará un controlador de carga solar que tuviera al menos 14 amperios. Sin embargo, debido a factores ambientales, debe tener en cuenta un 25 % adicional para que los amperios mínimos que este controlador de cargador debe alcanzar sean 17,5 amperios. Entonces, en este caso, necesitará un controlador de carga de 12 voltios y 20 amperios.

Tamaño del controlador PWM

El controlador de carga PWM no puede limitar su salida actual. Simplemente usan la matriz actual. Por lo tanto, si los paneles solares pueden producir 40 amperios de corriente y el controlador de carga que está utilizando solo tiene una capacidad nominal de 30 amperios, entonces el controlador se dañará. Es crucial asegurarse de que su controlador de carga coincida, sea compatible y tenga el tamaño adecuado para su panel solar.

Cuando mira un controlador de carga, hay una variedad de cosas para examinar en su lista de especificaciones o etiquetas. Un controlador PWM tendrá una lectura de amperios, como un controlador PWM de 30 amperios. Esto representa cuántos amperios puede manejar el controlador, que en el caso anterior son 30 amperios. En general, las dos cosas que debe observar en un controlador PWM son el amperaje y la clasificación de voltaje.

En primer lugar, debemos observar los voltajes nominales del sistema. Esto nos dirá con qué voltajes los bancos de baterías es compatible el controlador.

En segundo lugar, debemos observar la corriente nominal de la batería. Supongamos que tiene un controlador de carga de 30 amperios. Recomendamos un factor de seguridad de al menos 1,25, lo que significa que puede multiplicar la corriente de sus paneles por 1,25 y luego compararla con los 30 amperios. Por ejemplo, cinco paneles de 100 vatios en paralelo pueden tener 5,29 x 5 = 26,45 amperios. 26,45 amperios x 1,25 = 33 amperios, esto sería demasiado para el controlador. Esto se debe a que el panel puede experimentar más corriente de la que está clasificado cuando la exposición a los rayos del sol es superior a 1000 Watts/m^2 o está inclinada.

En tercer lugar, echemos un vistazo a la entrada máxima de energía solar. Esto le dirá cuánto voltaje puede tener en el controlador. Este controlador no puede aceptar voltajes superiores a 50 voltios. Echemos un vistazo a paneles de 2 x 100 vatios en serie para un voltaje total de 22,5 voltios (voltaje de circuito abierto) x 2 = 45 voltios. En este caso, los dos paneles se pueden conectar en serie.

En cuarto lugar, podemos mirar la terminal. Cada controlador normalmente tiene un tamaño de calibre máximo del terminal. Esto es muy importante cuando compra cableado para su sistema.

Finalmente, puede echar un vistazo a los tipos de batería. Esto nos dice qué batería es compatible con su controlador de carga. Es importante verificar esto, ya que no desea tener baterías que la unidad del controlador no pueda cargar.

Es importante verificar esto, ya que no desea tener baterías que la unidad del controlador no pueda cargar.

Tamaño del controlador de carga MPPT

Debido a que el controlador de carga MPPT limita su salida, puede hacer una matriz tan grande como desee y un controlador limitará la salida. Sin embargo, esto significa que su sistema no es tan eficiente como podría ser, ya que tiene paneles que no se utilizan correctamente.Los controladores MPPT tendrán una lectura de amperios, como un controlador MPPT de 40 amperios Incluso si su panel tiene el potencial de producir 80 A de corriente, el controlador de carga MPPT solo producirá 40 A de corriente, pase lo que pase.

También tendrán una clasificación de voltaje, pero a diferencia de los controladores PWM, la clasificación de voltaje de entrada es mucho más alta que los bancos de baterías que cargará. Esto se debe a la capacidad especial del controlador MPPT para reducir el voltaje a los voltajes del banco de baterías y luego aumentar la corriente para compensar la energía perdida. No tiene que usar voltajes de entrada altos si quiere evitar conexiones en serie en sistemas pequeños, pero es muy beneficioso en sistemas más grandes.

Supongamos que la etiqueta de un controlador muestra que puede manejar bancos de baterías de 12 o 24 voltios. Puede buscar el valor de Rov. Por ejemplo, si muestra Rov-40, significa que está clasificado para 40 amperios de corriente.

Además, veamos los voltajes máximos de entrada solar. Por ejemplo, si el controlador MPPT puede aceptar una entrada de 100 voltios, aceptará (hasta) 100 voltios y bajará a una batería de 12 voltios o 24 voltios. Digamos que tiene 4 paneles de 100 vatios en serie, cada uno con un voltaje de circuito abierto de 22,5 voltios. Esos cuatro voltajes en serie son 4 x 22,5 voltios = 90 voltios, que el controlador puede aceptar.

La capacidad de aceptar voltajes más altos hace que los controladores de carga solar MPPT sean particularmente adecuados para algunas aplicaciones específicas. Los voltajes más altos conducen a una menor pérdida de energía a lo largo del cable, razón por la cual las líneas de transmisión de larga distancia transportan grandes cantidades de electricidad.

Si sus bancos de baterías están a cierta distancia de sus paneles, ejecutar el sistema a voltajes más altos y confiar en los controladores de carga solar MPPT es la mejor manera de reducir la pérdida de transmisión.

¿Puedes usar varios controladores de carga?

En situaciones en las que un solo controlador de carga no es suficiente para manejar la salida de los conjuntos de paneles solares, puede usar varios controladores de carga con un solo banco de baterías. De hecho, para los controladores de carga solar MPPT, esta es probablemente la mejor manera de conectar el sistema, ya que las matrices tienen diferentes puntos de máxima potencia. Al tener dos controladores se puede optimizar la potencia de salida total.

Sin embargo, recomendamos usar el mismo tipo de controlador si usa varios controladores. Entonces, si tiene un controlador de carga MPPT, todos sus controladores de carga deben ser MPPT. Además, deberá asegurarse de que todos sus controladores de carga solar tengan la misma entrada de configuración de batería.

¿Cuál es el límite superior de voltaje?

Todos los controladores de carga tienen un límite de voltaje superior. Esto se refiere a la cantidad máxima de voltaje que el controlador puede manejar de manera segura. Asegurándose de conocer el límite de voltaje superior del controlador. De lo contrario, podría quemar el controlador de carga solar o crear otros riesgos de seguridad.

Si bien hay muchos otros factores en juego para determinar si está seleccionando el controlador de tamaño correcto, hay muy poco margen de maniobra cuando se trata del límite de voltaje superior.

Seleccionar el tamaño incorrecto en términos de amperaje puede dejarlo sin la capacidad que necesita de su controlador de carga, pero un límite de voltaje superior insuficiente hará que su sistema no funcione en absoluto.

Debe asegurarse de que su controlador de carga pueda manejar el voltaje máximo que emite su sistema de energía solar. En general, esto es una preocupación seria si utiliza paneles solares en serie.

Cuando conecta paneles en serie, el voltaje se suma con cada panel solar. Así que sus dos paneles de 12 voltios ahora emiten 24 voltios, lo que seguramente freirá su controlador de carga de 12 voltios.

Errores y errores comunes del controlador de carga

Debido a todos los diferentes componentes de una instalación solar, es fácil cometer errores durante el proceso de instalación.Hay algunos errores comunes que se cometen con los controladores de carga solar

No conecte cargas de CA al controlador. Solo se deben conectar cargas de CC a la salida del controlador.

Ciertos aparatos de bajo voltaje deben conectarse directamente a la batería.

El controlador siempre debe instalarse cerca de la batería, ya que la medición precisa del voltaje de la batería es una parte importante de la función del controlador de carga solar.

Durante la operación, pueden surgir algunos problemas potenciales con el controlador. Puede encontrar que su sistema de energía solar no tiene energía en absoluto. Esta situación puede deberse a cables desconectados o mal conectados. Verifique que todas las conexiones estén hechas y verifique que ninguna esté invertida.

La temperatura de varios componentes es motivo de gran preocupación cuando se trata del controlador de carga solar. En el peor de los casos, el núcleo de la batería se sobrecalienta, lo que puede provocar daños importantes. El propio controlador también puede sobrecalentarse, lo que debería ocurrir antes de que lo haga la batería para evitar daños mayores.

Para obtener el máximo nivel de seguridad de su sistema de energía solar, debe buscar un sensor de temperatura de la batería o una batería con BMS. Este sencillo dispositivo controla la temperatura de la batería y evita un sobrecalentamiento desastroso. Una batería de litio con BMS puede mantenerla en condiciones seguras.

Conclusión

Ya sea que esté en un vehículo recreativo, un bote marino, una cabina sin conexión a la red o en su hogar, si planea configurar un sistema solar para él, los controladores de carga son una parte esencial de su instalación solar. Investigar y sopesar sus opciones antes de realizar una inversión garantizará que elija el controlador adecuado para usted y su sistema.

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