CONTROLADOR DE CARGA SOLAR:Conceptos bàsicos
En la actualidad existen distintos tipos de controlador de carga solar,a continuaciòn describiremos cada uno para aclarar un poco el tema.
CONTROLADOR DE CARGA SOLAR
Un controlador de carga solar administra la energía que ingresa al banco de baterías desde la matriz solar.
Asegura que las baterías de ciclo profundo no se sobrecarguen durante el día, y que la energía no corra hacia atrás a los paneles solares durante la noche y drene las baterías. Algunos controladores de carga están disponibles con capacidades adicionales, como iluminación y control de carga, pero administrar la energía es su trabajo principal.
Un controlador de carga solar está disponible en dos tecnologías diferentes, PWM y MPPT. Cómo funcionan en un sistema es muy diferente el uno del otro. Un controlador de carga MPPT es más costoso que un controlador de carga PWM, y a menudo vale la pena pagar el dinero extra.
LAS CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE UN CONTROLADOR DE CARGA SOLAR SON:
- Carga en varias etapas del banco de baterías : cambia la cantidad de energía configurada en las baterías en función de su nivel de carga, para baterías más saludables.
- Protección de corriente inversa : evita que los paneles solares drenen las baterías por la noche cuando no llega corriente desde los paneles solares.
- Desconexión de baja tensión : apaga la carga conectada cuando la batería está baja y la vuelve a encender cuando la batería vuelve a cargarse.
- Control de iluminación : enciende y apaga la luz en función del atardecer y el amanecer. Muchos controladores son configurables, lo que permite ajustes durante algunas horas o toda la noche, o en algún punto intermedio.
- Pantalla : puede mostrar el voltaje del banco de baterías, el estado de carga y los amperios que ingresan desde el panel solar.
CONTROLADOR DE CARGA SOLAR PWM
Un controlador de carga solar PWM significa “Pulse Width Modulation”. Estos operan haciendo una conexión directa desde la matriz solar al banco de baterías.
Durante la carga masiva, cuando hay una conexión continua desde la matriz al banco de baterías, la tensión de salida de la matriz se “baja” al voltaje de la batería.
A medida que la batería se carga, el voltaje de la batería aumenta, por lo que la salida de voltaje del panel solar también aumenta, usando más de la energía solar a medida que se carga.
Como resultado, debe asegurarse de hacer coincidir el voltaje nominal de la matriz solar con el voltaje del banco de baterías. * Tenga en cuenta que cuando nos referimos a un panel solar de 12V, eso significa que un panel está diseñado para funcionar con una batería de 12V.
El voltaje real de un panel solar de 12V, cuando está conectado a una carga, es cercano a 18 Vmp (voltios a potencia máxima).
Esto se debe a que se requiere una fuente de mayor voltaje para cargar una batería. Si la batería y el panel solar arrancaran con el mismo voltaje, la batería no se cargaría.
Un panel solar de 12V puede cargar una batería de 12V. Se necesita un panel solar de 24 V o una matriz solar (dos paneles de 12 V conectados en serie) para un banco de baterías de 24 V, y se necesita una matriz de 48 V para el banco de 48 V.
Si intenta cargar una batería de 12V con un panel solar de 24V, estará tirando la mitad de la energía del panel. Si intenta cargar un banco de baterías de 24V con un panel solar de 12V, estará desperdiciando el 100% del potencial del panel, y en realidad podría dañar la batería también.
CONTROLADOR DE CARGA SOLAR MPPT
Un controlador de carga solar MPPT significa “Seguimiento de punto de máxima potencia”. Mide el voltaje Vmp del panel y convierte la tensión fotovoltaica al voltaje de la batería.
Debido a que la energía en el controlador de carga equivale a la salida de potencia del controlador de carga, cuando se cae la tensión para que coincida con el banco de la batería, la corriente aumenta, por lo que está utilizando una mayor cantidad de energía disponible del panel.
Puede utilizar una matriz solar de mayor voltaje que la batería, como los paneles solares de 20 celdas nominales de 20 V que están más disponibles. Con un panel solar de 20V, puede cargar un banco de baterías de 12V, o dos en serie pueden cargar hasta un banco de baterías de 24V, y tres en serie pueden cargar hasta un banco de baterías de 48V. Esto abre una amplia gama de paneles solares que ahora se pueden utilizar para su sistema solar fuera de la red.
¿Siempre necesito un controlador de carga?
No siempre, pero generalmente, no hay necesidad de un controlador de carga con el mantenimiento pequeño o paneles de carga lenta, como los paneles de 1 a 5 vatios.
Una regla aproximada es que si el panel emite aproximadamente 2 vatios o menos por cada 50 amp-horas de batería, entonces no necesita uno.
Por ejemplo, una batería de automóvil de golf inundada estándar es de alrededor de 210 amp-hours.
Por lo tanto, para mantener un par de ellas en serie (12 voltios) solo para mantenimiento o almacenamiento, desearía un panel de alrededor de 4,2 vatios.
Los paneles de 5 vatios están lo suficientemente cerca y no necesitarán un controlador. Si está manteniendo baterías de ciclo profundo AGM, como el Concorde Sun Xtender, entonces puede usar un panel más pequeño de 2 vatios.
¿Por qué los paneles de 12 voltios son 17 voltios?
Entonces surge la pregunta obvia: “¿por qué los paneles no están hechos para entregar 12 voltios?”.
La razón es que si haces eso, los paneles proporcionarán energía solo cuando estén fríos, en perfectas condiciones y a pleno sol.
Esto no es algo con lo que puedas contar en la mayoría de los lugares. Los paneles necesitan proporcionar algo de voltaje adicional para que cuando el sol esté bajo en el cielo, o tenga una neblina intensa, una capa de nubes o altas temperaturas *, aún así obtenga algo de salida del panel.
Una batería completamente cargada de “12 voltios” tiene alrededor de 12.7 voltios en reposo (alrededor de 13.6 a 14.4 bajo carga), por lo que el panel tiene que apagarse por lo menos en las peores condiciones.
Contrariamente a la intuición, los paneles solares funcionan mejor a temperaturas más frías. Aproximadamente, un panel clasificado de100 vatios a temperatura ambiente será un panel de 83 vatios a 110 grados.
El controlador de carga regula esta salida de 16 a 20 voltios del panel hasta lo que la batería necesita en ese momento.
Este voltaje variará de aproximadamente 10.5 a 14.6, dependiendo del estado de carga de la batería, el tipo de batería, en qué modo se encuentra el controlador y la temperatura. (ver información completa sobre los voltajes de la batería en nuestra sección de batería).
Uso de paneles de alto voltaje (conexión de red) con baterías
Casi todos los paneles fotovoltaicos con una potencia superior a 140 vatios NO son paneles estándar de 12 voltios y no pueden (o al menos no deberían) utilizarse con controladores de carga estándar.
Los voltajes en los paneles de la rejilla varían bastante, por lo general de 21 a 60 voltios más o menos. Algunos son paneles estándar de 24 voltios, pero la mayoría no.
QUÉ PASA CUANDO USAS UN CONTROLADOR ESTÁNDAR
Estándar (es decir, todos excepto los tipos MPPT), a menudo funcionará con paneles de alta tensión si no se excede el voltaje de entrada máximo del controlador de carga.
Sin embargo, perderá mucha potencia , del 20% al 60% de lo que su panel tiene calificación. Los controles de carga toman la salida de los paneles y alimentan la corriente de la batería hasta que la batería esté completamente cargada, generalmente alrededor de 13.6 a 14.4 voltios.
Un panel solo puede apagar tantos amplificadores, así que mientras el voltaje se reduce de, digamos, 33 voltios a 13.6 voltios, los amperios del panel no pueden ir más altos que los amperes nominales, por lo que con un panel de 175 vatios con 23 voltios / 7.6 amplificadores, solo obtendrá 7.6 amps @ 12 voltios más o menos en la batería.
La ley de Ohms nos dice que los vatios son voltios x amperios, por lo que su panel de 175 vatios solo aportará unos 90 vatios a la batería.
USANDO UN CONTROLADOR MPPT CON PANELES DE ALTA TENSIÓN
La única forma de obtener potencia máxima de los paneles solares de rejilla de alta tensión es utilizar un controlador MPPT.
Como la mayoría de los controladores MPPT pueden tomar hasta 150 voltios DC (algunos pueden ir más arriba, hasta 600 VDC) en el lado de entrada del panel solar, a menudo puede usar dos o más paneles de alta tensión para reducir la pérdida de cables o utilizar cables más pequeños .
Por ejemplo, con el panel de 175 vatios mencionado anteriormente, 2 de ellos en serie le darían 46 voltios a 7.6 amperes en el controlador MPPT, pero el controlador los convertiría en unos 29 amperios a 12 voltios.
¿Cuàles son los tipos de controlador de carga?
Los controladores de carga vienen en todas las formas, tamaños, características y rangos de precios. Van desde el pequeño control de 4,5 amperios ( Sunguard ) hasta los controladores programables MPPT de 60 a 80 amperes con interfaz de computadora.
A menudo, si se requieren corrientes de más de 60 amperios, dos o más unidades de 40 a 80 amperios se conectan en paralelo.
Los controladores más comunes utilizados para todos los sistemas basados en baterías se encuentran en el rango de 4 a 60 amperios, pero algunos de los nuevos controles MPPT, como el Outback Power FlexMax, alcanzan hasta 80 amperios.
¿Qué es ecualización?
La ecualización hace algo de lo que su nombre implica – intenta ecualizar – o hace que todas las celdas de la batería o del banco de baterías tengan exactamente la misma carga.
Esencialmente es un período de sobrecarga, generalmente en el rango de 15 a 15.5 voltios. Si tiene algunas celdas en la cadena más bajas que otras, las llevará a su capacidad máxima.
En baterías inundadas, también cumple la importante función de remover el líquido en las baterías causando burbujas de gas. Por supuesto, en un RV o un bote, esto no suele hacer mucho por usted a menos que haya estado estacionado durante meses, ya que el movimiento normal logrará lo mismo.
Además, en sistemas con paneles pequeños o sistemas de batería de gran tamaño, es posible que no obtenga la corriente suficiente como para hacer mucho burbujeo. En muchos sistemas fuera de la red, las baterías también se pueden ecualizar con un generador + cargador.
Que es PWM?
Bastantes controladores de carga tienen un modo “PWM”. PWM significa Pulse Width Modulation. PWM se usa a menudo como un método de carga flotante.
En lugar de una salida constante del controlador, envía una serie de pulsos de carga cortos a la batería, un interruptor “on-off” muy rápido.
El controlador comprueba constantemente el estado de la batería para determinar qué tan rápido enviar pulsos y cuánto tiempo (ancho) serán los pulsos.
En una batería completamente cargada sin carga, puede simplemente “marcar” cada pocos segundos y enviar un pulso corto a la batería. En una batería descargada, los pulsos serían muy largos y casi continuos, o el controlador podría entrar en modo “lleno”. El controlador verifica el estado de carga de la batería entre impulsos y se ajusta cada vez.
La desventaja de PWM es que también puede crear interferencias en radios y televisores debido a los pulsos agudos que genera.
¿Qué es una salida de carga, o “desconexión de bajo voltaje”?
Algunos controladores también tienen una salida “LOAD” o LVD, que se puede usar para cargas más pequeñas, como pequeños electrodomésticos y luces. La ventaja es que los terminales de carga tienen una desconexión de baja tensión, por lo que desconectará todo lo que esté conectado a los terminales de carga y evitará que la batería se descargue demasiado.
No use la salida LOAD para ejecutar inversores pequeños, pero muy pequeños. Los inversores pueden tener corrientes de sobretensión muy altas y pueden hacer volar el controlador.
La mayoría de los sistemas no necesitan la función LVD, ya que solo pueden conducir cargas más pequeñas.Dependiendo de la clasificación del controlador, esto puede ser de 6 a 60 amperios. No puede ejecutar cualquier inversor, excepto el más pequeño, desde la salida LOAD. En algunos controladores, como la serie Morningstar SS, la salida de carga se puede utilizar para controlar un relevador de servicio pesado para control de carga, arranque de generador, etc.
La salida LOAD o LVD se usa con mayor frecuencia en RV y sistemas remotos, como cámara, monitor y sitios de teléfonos celulares donde la carga es pequeña y el sitio no está vigilado.
¿Cuáles son los terminales “Sense” en mi controlador?
Algunos controladores de carga tienen un par de terminales de “detección”. Los terminales de detección llevan una corriente muy baja, alrededor de 1/10 de un miliamperio como máximo, por lo que no hay caída de voltaje.
Lo que hace es “mirar” el voltaje de la batería y lo compara con lo que el controlador está emitiendo. Si hay una caída de voltaje entre el controlador de carga y la batería, elevará ligeramente la salida del controlador para compensar.
Estos solo se usan cuando tiene un cable largo entre el controlador y la batería. Estos cables no tienen corriente y pueden ser muy pequeños: # 20 a # 16 AWG. Preferimos usar el # 16 porque no se puede cortar o aplastar fácilmente por accidente. Se conectan a los terminales SENSE del controlador y a los mismos terminales que los dos cables de carga en el extremo de la batería.
¿Qué es un “Monitor de sistema de batería”?
Los monitores del sistema de batería, como Bogart Engineering TriMetric 2025A no son controladores.
En cambio, monitorean su sistema de batería y le dan una idea bastante buena del estado de la batería y de lo que está usando y generando.
Realizan un seguimiento de las horas-amperios totales dentro y fuera de las baterías, y el estado de carga de la batería, y otra información. Pueden ser muy útiles para sistemas medianos a grandes para rastrear exactamente lo que su sistema está haciendo con varias fuentes de carga. Son algo exagerados para sistemas pequeños, pero son un juguete divertido si quieres ver lo que hace cada amplificador :-).
