Paneles de energía
solar fotovoltaica

Reguladores de carga

Aunque en principio parece que en una instalación de energía solar fotovoltaica sólo necesitamos los módulos solares y las baterías, hay un elemento clave en estas instalaciones que es el que se encarga de que, tanto en el proceso de carga como en el de descarga de los acumuladores, se haga de manera que estos estén siempre dentro de las condiciones correctas de funcionamiento: el regulador de carga.

Los paneles solares se diseñan para que puedan dar una tensión más elevada que la tensión de final de carga de las baterías . Así se asegura que los paneles solares siempre están en condiciones de cargar la batería, incluso cuando la temperatura de las celdas de la batería sea alta y se produzca una disminución del voltaje generado.

Esta sobretensión tiene dos inconvenientes:

  • Por un lado, se pierde una pequeña parte de la energía máxima teórica que puede dar el panel fotovoltaico (10%), que se obtendría si trabajara a tensiones un poco más altas que las que impone la batería.
  • Por otra parte, cuando la batería llegue a su estado de plena carga, no llegará a su potencial máximo que puede dar teóricamente el panel solar, y éste seguirá intentando inyectar energía a los terminales de la batería, lo que producirá una sobrecarga que perjudicará la batería que la puede dañar.

Regulador de cargaSe puede solucionar este último inconvenientemente, de forma manual: desconectando la batería cuando se detecta plena carga, pero obviamente no es el método más fiable ni práctico.

El regulador de carga tiene la misión de regular la corriente que absorbe la batería para que nunca se sobrecargue peligrosamente. Por este motivo, detecta y mide constantemente el voltaje de la batería, mide su estado de carga y, si éste llega a un valor de consigna previamente establecido que corresponda al valor de tensión máxima admitida, actúa cortando el flujo de corriente hacia la batería o bien deja que pase sólo una parte para mantenerla en estado de plena carga, sin sobrepasarse. Esta corriente mínima se denomina corriente de flotación y se da cuando la batería está a plena carga y recibe sólo la energía suficiente para mantenerla en ese estado (que, en periodos largos, compensará la autodescarga).

Los parámetros que definen un regulador son:

  • Voltaje máximo admitido o voltaje máximo de regulación: es el valor de voltaje máximo que el regulador permite aplicar a la batería.
  • Intervalo de histéresis superior: es la diferencia entre el voltaje máximo de regulación y el voltaje al que el regulador permite el paso de toda la corriente producida por los paneles solares. Para un valor de voltaje intermedio, el regulador deja pasar una fracción de la corriente producida por los paneles fotovoltaicos, que es más pequeño cuanto más se acerca el voltaje de los terminales de la batería al valor máximo de regulación.
  • Voltaje de desconexión: voltaje al que se desconectan automáticamente las cargas de consumo a fin de evitar una sobredescàrrega de la batería.
  • Intervalo de histéresis inferior: es la diferencia entre el voltaje de desconexión y el voltaje al que se permite que los consumos se conecten de nuevo a la batería.

Los siguientes parámetros definen las prestaciones más habituales de los reguladores de carga que se utilizan en las instalaciones solares fotovoltaicas autónomas:

  • Protección contra sobrecargas del acumulador (corte por alta): esta es la función básica del regulador. Evita que la batería se caliente, que se pierda agua del electrolito y que las placas se oxiden.
  • Alarma por batería baja: indicadores sonoros / luces que indican que el acumulador está bastante descargado. A partir de este momento, el usuario puede moderar el consumo, lo que evitará una descarga dañina y excesiva del acumulador.
  • Desconexión por batería baja (corte por baja): esta función hace que el regulador corte el suministro de corriente hacia los consumos si el nivel de carga del acumulador es demasiado bajo y, por tanto, corre el peligro de una descarga profunda, hecho que originaría problemas de sulfatación.
  • Protección contra cortocircuitos: esta función permite, mediante un fusible, proteger el regulador, así como la salida del acumulador de sufrir intensidades elevadas en caso de cortocircuito en alguno de los circuitos de consumo de la instalación.
  • Visualización de funciones: la mayoría de reguladores tienen algún sistema visual que permite obtener información sobre el estado de la instalación, simplemente con unos indicadores diciendo que los paneles están dando corriente, si la batería está cargada o descargada, o bien más cuidadosamente por medio de indicadores de los niveles actuales de carga, voltaje de baterías ...

Hay diferentes tipos de reguladores en función del principio de funcionamiento que tengan:

Reguladores de carga tipo paralelo (shunt)

Regulador de carga tipo paraleloBasan su funcionamiento en un transistor que deriva la corriente procedente de los módulos hacia una carga resistiva de disipación. Permite establecer valores de voltaje de batería para los que esta desviación se hace de manera intermitente a fin de lograr mantener el acumulador en el nivel de máxima carga (flotación).

Este sistema provoca calentamiento del mismo regulador, lo que provoca desgaste y pérdidas y, por tanto, los reguladores de este tipo tienen limitado la corriente de trabajo a pocos amperios y, por tanto, serán válidos para instalaciones fotovoltaicas pequeñas.

Reguladores de carga tipo serie

Este tipo de reguladores basan su funcionamiento en la interrupción de la corriente hacia la batería, en función de su voltaje. Gracias a las tecnologías actuales, este interruptor es progresivo, por lo que se puede mandar para poder tener diferentes niveles de carga. La corriente de flotación se puede hacer manteniendo un nivel bajo de intensidad de carga o bien conmutando momentos de carga y momentos de no-carga para favorecer la no gasificación de la batería.

Este tipo de reguladores se conectan en serie entre los paneles y la batería y, como no disipan calor, pueden ser más bien pequeños y pueden ir montados en lugares cerrados si fuera necesario.

Otros modelos de reguladores de este mismo tipo, usados ​​en grandes instalaciones, desvían la corriente de los paneles en otros circuitos cuando las baterías están cargadas para utilizar esta energía para otros usos.

Otros modelos desconectando automáticamente los paneles solares o grupos de paneles fotovoltaicos a medida que la tensión de la batería crece, para dejar pasar sólo la corriente necesaria y nunca en exceso.

Controlador de cargaMuchos reguladores de carga llevan incorporadas otras funciones para la visualización y control del funcionamiento de la instalación solar fotovoltaica como pueden ser: voltio milímetros y amperímetros; alarmas por baja tensión de batería; sensor de temperatura que regula automáticamente el valor de la tensión máxima de carga; desconectadores automáticos del circuito de consumo por baja tensión; contadores de amperios por hora; visualizadores digitales; módulo de adquisición de datos; módulo de regulación con seguidor de punto de máxima potencia, etc.

Un elemento especialmente importante que incorporan muchos reguladores es un diodo de bloqueo, que permite el paso de corriente en un solo sentido desde los paneles en la batería y no en sentido contrario. Este diodo es necesario cuando la radiación solar es baja y la tensión de la batería es superior a la de los paneles fotovoltaicos, así se evita que la batería se descargue por los paneles solares fotovoltaicos. Es importante no confundir este diodo de bloqueo con el diodo de bypass (variante) de los modulos fotovoltaicos, ya que las funciones que realizan son muy diferentes.

Si por accidente o por defecto de aislamiento hay un error en el sistema de protección de toma de tierra, la corriente puede circular en sentido contrario al normal y pasar a través de un panel solar o grupo de paneles solares antes de huir por la toma de tierra. En estos casos, la presencia del diodo de bloqueo es muy importante para evitar daños en los módulos fotovoltaicos.

Un muy buen aislamiento y una buena toma de tierra segura podrían evitar la necesidad de instalar el diodo de bloqueo. Como el diodo de bloqueo produce una caída de tensión adicional de 0,5 a 1 V, resulta una razón más para diseñar la tensión de los paneles superior a la necesaria para cargar las baterías.

Reguladores de carga con seguimiento de máxima potencia

Esta es la versión más sofisticada de los reguladores que hay en el mercado, ya que incorpora un convertidor ce coriente contínua a corriente alterna a la salida de los módulos solares, lo que permite aislar el voltaje de trabajo de los módulos fotovoltaicos del voltaje de las baterías . De esta manera, los módulos pueden trabajar en su punto de máxima potencia y, por tanto, el máximo rendimiento posible.

Si tomamos como ejemplo un módulo fotovoltaico en el que los datos que aporta el fabricante son: 53 Wp a 17,4 V y 3,05 A.

Cuando conectamos el módulo directamente a un acumulador con un voltaje entre bornes que, en este momento, es de 12 V, el módulo está entregando realmente una potencia de:

P real = 12 V · 3,05 A = 36,6 W

Es decir, que de los 53 W disponibles, cuando se carga directamente una batería con 12 V en bornes, sólo aprovechamos 36,6 W, lo que implica un 30% de pérdida de potencia.

La pregunta es: ¿dónde están el resto de Watts que faltan?

La respuesta es: ninguna parte, ya que la generación del módulo es de corriente y no de potencia.

La solución: conseguir la máxima potencia del módulo fotovoltaico mediante reguladores de carga con un buscador de máxima potencia. En este buscador, se desarrolla la compensación posterior de tensión por intensidad.

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Última revisión: 8 de abril de 2016