Cómo dimensionar un controlador de carga MPPT

El controlador de carga es un regulador que limita la tasa de corriente hacia y desde el paquete de baterías. Los controladores de carga son fundamentales para evitar sobrecargar o descargar completamente una batería. Esta acción puede reducir drásticamente el rendimiento y la vida útil de la batería. Existen varios tipos de controladores de carga. Se diferencian en tamaño, pantallas, características y cómo regulan los voltajes. Este breve artículo se centra en los criterios para dimensionar un controlador de carga en función de la capacidad de producción del panel solar y la carga CC total del sistema.

Los dos tipos de controladores de carga fotovoltaica

El controlador de carga es el dispositivo que gestiona el flujo de energía desde los paneles solares hasta la batería. Los controladores de carga garantizan que las baterías se carguen correctamente y no se sobrecarguen, lo cual es importante para la longevidad del banco de baterías. Hay dos tipos principales de controladores de carga, MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia) y PWM (modulación de ancho de pulso).

Los controladores de carga MPPT pueden ser un componente poderoso de su sistema solar fotovoltaico. No sólo gestionan la carga del banco de baterías desde los paneles solares, sino que también son capaces de convertir el voltaje más alto del campo solar al voltaje más bajo del banco de baterías. Esto le permite diseñar sistemas solares altamente eficientes.

Diferencias entre controladores PWM y MPPT

Los controladores de carga PWM utilizan modulación de pulso para activar y desactivar la velocidad a la que se envía la energía de los paneles solares a las baterías. Cuando se utilizan controladores de carga PWM es fundamental que la tensión nominal de los paneles coincida con la tensión nominal de las baterías. Por ejemplo, si su sistema utiliza paneles de 12 voltios, el banco de baterías debe ser de 12 voltios.

No hay mucho control sobre la gestión de la energía proveniente de los paneles usando un PWM, esencialmente vierte la energía en las baterías. Los PWM ofrecen una entrada limitada en comparación con un controlador MPPT. Los controladores de carga MPPT se diferencian en que el voltaje de entrada de los paneles solares debe ser un 30% mayor que el voltaje de la batería (hasta el límite del controlador de carga), por lo que no importa tanto qué voltaje del panel solar se use con el sistema .

Los controladores de carga MPPT son más eficientes debido a su capacidad de rastrear el punto máximo de energía proveniente de los paneles solares y entregarlo a las baterías. Toma una entrada de voltaje más alto/corriente más baja y la convierte en una salida de voltaje más bajo/corriente más alta para la misma cantidad de energía.

Teniendo en cuenta este hecho, los MPPT controlan con mucho cuidado la cantidad de energía enviada a las baterías, lo cual es importante a medida que las baterías se llenan e intentan satisfacer las cargas del sistema. El principal punto de venta del uso de un controlador MPPT es su capacidad para capturar la mayor parte de la energía del panel solar en un momento dado, a diferencia de la entrada limitada de un controlador PWM.

Dimensionamiento de un controlador de carga MPPT

Es posible que un PWM proporcione la misma potencia que un MPPT, pero nunca proporcionará más potencia que un MPPT. Por estas razones, los MPPT suelen ser la norma a la hora de elegir un controlador de carga para un proyecto de sistema solar. Un controlador de carga MPPT se clasifica en 3 clasificaciones principales:

1. El voltaje de la batería para el que está diseñado el controlador de carga.
2. La entrada de voltaje.
3. La corriente de salida.

Veamos con más detalle los dos últimos, que merecen una mayor investigación.

La entrada de voltaje del controlador MPPT.

Es fundamental permitir el funcionamiento adecuado y no dañar el controlador de carga. Generalmente se proporciona una ventana de voltaje, por ejemplo entre 18 V y 150 V para un banco de baterías de 12 V. Si dimensiona el conjunto por debajo de 18 V, no habrá suficiente voltaje de los paneles solares para cargar correctamente la batería. Pero si excede el alto voltaje, puede dañar permanentemente el controlador de carga.

A la hora de determinar la tensión de entrada correcta también se debe tener en cuenta el clima frío. La mayoría de los paneles solares están hechos de silicio. A medida que el silicio se enfría, el voltaje aumenta. Cuando ve una clasificación de voltaje en un equipo, generalmente se refiere a condiciones de prueba estándar (STC), que se realizan a 25 °C.

Obviamente, en invierno, en climas más fríos, hace notablemente más frío que en invierno. Por lo tanto, es necesario tener en cuenta la temperatura más fría que experimentarán los paneles solares durante el día. Por ejemplo, si el Voc de un panel solar es 38V, y hay tres en serie, y hace -18°C en una mañana fría, usarías la ecuación 38 Voc x 3 en serie x 1,12 = 127, 68V con compensación de temperatura. Esto es excelente para un controlador de carga de 150 V, pero demasiado alto para uno de 100 V.

La corriente de salida del controlador MPPT.

Esto lo proporciona una ecuación simple: Watts ÷ Volts = Amperios. Se toman los vatios totales del panel solar y se dividen por el voltaje del banco de baterías. Esto le dará la corriente de salida del controlador de carga. Por ejemplo, un panel solar de 1000 W dividido por el voltaje de un banco de baterías de 24 V = 41,6 A. Por lo tanto, la potencia del controlador de carga debe ser de al menos 40 A.

Es posible "sobrealimentar" un controlador de carga, poniendo más potencia en el controlador de carga de la que tiene nominal. Esto permitirá que la matriz produzca más durante el día cuando no esté produciendo su cantidad máxima. Sin embargo, durante la salida máxima, el controlador de carga “cortará” la salida. Lo limitará a su clasificación de 40 A. Pero el resto del día, cuando la salida esté por debajo de 40 A, funcionará a plena potencia.

Otra escuela de pensamiento es reducir el tamaño de la matriz, de modo que el controlador de carga no funcione a plena potencia durante todo el día, prolongando así la vida.

Si la salida del sistema es más de lo que un solo controlador de carga puede manejar, se pueden usar varios controladores de carga para administrar la matriz. Las salidas de cada controlador de carga pasarán por su propio interruptor en paralelo al banco de baterías. Los controladores de carga de alta gama se comunicarán entre sí, formando una red inteligente para una carga ideal.