Un controlador de carga solar es un equipo que controla el voltaje y la corriente eléctrica que las placas solares suministran a una batería. Los reguladores de carga verifican el estado de carga de la batería para optimizar el proceso de carga y la vida útil del dispositivo
Un regulador de carga solar está diseñado especialmente para un sistema fotovoltaico.
El regulador de carga se puede suministrar en forma de un dispositivo separado (por ejemplo, una unidad electrónica en un aerogenerador eólico o en un sistema de energía solar fotovoltaica) o en forma de un microcircuito para su integración en una batería o cargador.
Los paneles solares se diseñan para que puedan dar una tensión más elevada que la tensión 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.
¿Para qué sirve un controlador de carga?
Los reguladores de carga realizan las siguientes funciones:
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Verifican el estado de carga de la batería.
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Optimizan el proceso de carga limitando la velocidad de carga y descarga.
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Alargan la vida útil del dispositivo.
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Protegen al banco de baterías de posibles sobrecargas.
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Suministrar una corriente mayor que la corriente de autodescarga pero inferior a la corriente de carga máxima para evitar la destrucción de la batería.
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Compensación de las diferencias en los flujos de energía cuando se suministra energía al consumidor al mismo tiempo que se carga la batería.
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Medición de temperatura (usando un sensor de temperatura) para el apagado de emergencia de la carga en frío o durante el sobrecalentamiento.
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Medición de presión para el apagado de emergencia de la carga en caso de fuga de gas.
¿Por qué debe controlarse la sobretensión de las baterías?
Esta sobretensión tiene dos inconvenientes:
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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.
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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.
Parámetros de un controlador de carga solar
Los parámetros que definen un regulador son:
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Voltaje máximo admitido o voltaje máximo de regulación: es el valor de la tensión nominal máxima que el regulador permite aplicar a la batería.
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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.
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Voltaje de desconexión: voltaje al que se desconectan automáticamente las cargas de consumo a fin de evitar una sobrecarga de la batería.
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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.
Prestaciones habituales de los reguladores de carga
Los siguientes parámetros definen las prestaciones más habituales de los reguladores de carga que se utilizan en las instalaciones solares fotovoltaicas autónomas:
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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.
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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.
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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.
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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.
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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 ...
Tipos de reguladores de carga solar
Existen dos tipos de de controladores de carga solares:
Controlador de carga solar PWM
Los reguladores PWM realizan una modulación de la corriente por pulsos. Solo corta el flujo de corriente entre los módulos fotovoltaicos y las baterías cuando estas baterías están totalmente cargadas.
Este tipo de regulador de batería debe trabajar con la misma tensión nominal entre las placas solares y las baterías. Para ello, las placas solares no siempre trabajan a la potencia máxima por lo que baja el rendimiento de la instalación fotovoltaica ya que se pierde parte de la energía generada. Por contra, son más económicos.
Existen controladores PWM diseñados para trabajar con voltajes de 12V, 24V y 48V.
Controlador de carga solar MPPT
Los reguladores MPPT (maximum power point tracking) están diseñados para aprovechar la máxima producción del panel fotovoltaico.
Este tipo de controlador solar ajusta ese voltaje al que requiere la batería de forma eficiente, ganando intensidad y conservando la potencia total de producción.
Esta opción es más cara que los reguladores PWM pero la mejor capacidad de aprovechar la producción eléctrica de las celdas solares compensa el sobrecoste.
El controlador solar MPPT incluye un transformador CC-CC y un controlador del punto de máxima potencia. El transformador CC-CC transforma la corriente continua de alta tensión a corriente continua a una tensión más baja durante la carga de la batería.
Sistemas de seguridad
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 y estado de carga.
Si estos parámetros llegan a un determinado valor actúa de dos formas posibles:
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Cortando el flujo de corriente hacia la batería
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Dejando pasar 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.
¿Qué es un diodo de bloqueo?
Un elemento especialmente importante que incorporan muchos reguladores es un diodo de bloqueo.
El diodo de bloqueo permite el paso de corriente en un solo sentido desde los paneles de 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.