Panells d'energia
solar fotovoltaica

Regulador de càrrega

Regulador de càrrega

Encara que en principi sembla que en una instal·lació d'energia solar fotovoltaica només necessitem els mòduls solars i les bateries, hi ha un element clau en aquestes instal·lacions que és el que s'encarrega que, tant en el procés de càrrega com en el de descàrrega de els acumuladors, es faci de manera que aquests estiguin sempre dins de les condicions correctes de funcionament: el regulador de càrrega.

Els panells solars es dissenyen perquè puguin donar una tensió més elevada que la tensió de final de càrrega de les bateries. Així s'assegura que els panells solars sempre estan en condicions de carregar la bateria, fins i tot quan la temperatura de les cel·les de la bateria sigui alta i es produeixi una disminució del voltatge generat.

Aquesta sobretensió té dos inconvenients:

  • D'una banda, es perd una petita part de l'energia màxima teòrica que pot donar el panell fotovoltaic (10%), que s'obtindria si treballés a tensions una mica més altes que les que imposa la bateria.
  • D'altra banda, quan la bateria arribi al seu estat de plena càrrega, no arribarà al seu potencial màxim que pot donar teòricament el panell solar, i aquest seguirà intentant injectar energia als terminals de la bateria, la qual cosa produirà una sobrecàrrega que perjudicarà la bateria que la pot danyar.

Es pot solucionar aquest últim inconvenientment, de forma manual: desconnectant la bateria quan es detecta plena càrrega, però òbviament no és el mètode més fiable ni pràctic.

El regulador de càrrega té la missió de regular el corrent que absorbeix la bateria perquè mai es sobrecarregui perillosament. Per aquest motiu, detecta i mesura constantment el voltatge de la bateria, mesura el seu estat de càrrega i, si aquest arriba a un valor de consigna prèviament establert que correspongui al valor de tensió màxima admesa, actua tallant el flux de corrent cap a la bateria o bé deixa que passi només una part per mantenir-la en estat de plena càrrega, sense sobrepassar. Aquest corrent mínima s'anomena corrent de flotació i es dóna quan la bateria està a plena càrrega i rep només l'energia suficient per mantenir-la en aquest estat (que, en períodes llargs, compensarà la autodescàrrega).

Els paràmetres que defineixen un regulador són:

  • Voltatge màxim admès o voltatge màxim de regulació: és el valor de voltatge màxim que el regulador permet aplicar a la bateria.
  • Interval d'histèresi superior: és la diferència entre el voltatge màxim de regulació i el voltatge al qual el regulador permet el pas de tot el corrent produïda pels panells solars. Per a un valor de voltatge intermedi, el regulador deixa passar una fracció del corrent produïda pels panells fotovoltaics, que és més petit com més s'acosta el voltatge dels terminals de la bateria al valor màxim de regulació.
  • Voltatge de desconnexió: voltatge al qual es desconnecten automàticament les càrregues de consum a fi d'evitar una sobredescàrrega de la bateria.
  • Interval d'histèresi inferior: és la diferència entre el voltatge de desconnexió i el voltatge al qual es permet que els consums es connectin de nou a la bateria.

Els següents paràmetres defineixen les prestacions més habituals dels reguladors de càrrega que s'utilitzen en les instal·lacions solars fotovoltaiques autònomes:

  • Protecció contra sobrecàrregues de l'acumulador (tall per alta): aquesta és la funció bàsica del regulador. Evita que la bateria es calenta, que es perdi aigua de l'electròlit i que les plaques s'oxidin.
  • Alarma per bateria baixa: indicadors sonors / llums que indiquen que l'acumulador està bastant descarregat. A partir d'aquest moment, l'usuari pot moderar el consum, el que evitarà una descàrrega nociva i excessiva de l'acumulador.
  • Desconnexió per bateria baixa (tall per baixa): aquesta funció fa que el regulador talli el subministrament de corrent cap als consums si el nivell de càrrega de l'acumulador és massa baix i, per tant, corre el perill d'una descàrrega profunda, fet que originaria problemes de sulfatació.
  • Protecció contra curtcircuits: aquesta funció permet, mitjançant un fusible, protegir el regulador, així com la sortida de l'acumulador de patir intensitats elevades en cas de curtcircuit en algun dels circuits de consum de la instal·lació.
  • Visualització de funcions: la majoria de reguladors tenen algun sistema visual que permet obtenir informació sobre l'estat de la instal·lació, simplement amb uns indicadors dient que els panells estan donant corrent, si la bateria està carregada o descarregada, o bé més acuradament per mitjà d'indicadors dels nivells actuals de càrrega, voltatge de bateries ...

Hi ha diferents tipus de reguladors en funció del principi de funcionament que tinguin:

Reguladors de càrrega tipus paral·lel (shunt)

Regulador de càrrega tipus paral·lel Basen el seu funcionament en un transistor que deriva el corrent procedent dels mòduls cap a una càrrega resistiva de dissipació. Permet establir valors de voltatge de bateria per als quals aquesta desviació es fa de manera intermitent a fi d'aconseguir mantenir l'acumulador en el nivell de màxima càrrega (flotació).

Aquest sistema provoca escalfament del mateix regulador, el que provoca desgast i pèrdues i, per tant, els reguladors d'aquest tipus tenen limitat el corrent de treball a pocs ampers i, per tant, seran vàlids per a instal·lacions fotovoltaiques petites.

Reguladors de càrrega tipus sèrie

Aquest tipus de reguladors basen el seu funcionament en la interrupció del corrent cap a la bateria, en funció del seu voltatge. Gràcies a les tecnologies actuals, aquest interruptor és progressiu, de manera que es pot enviar per poder tenir diferents nivells de càrrega. El corrent de flotació es pot fer mantenint un nivell baix d'intensitat de càrrega o bé commutant moments de càrrega i moments de no càrrega per afavorir la no gasificació de la bateria.

Aquest tipus de reguladors es connecten en sèrie entre els panells i la bateria i, com no dissipen calor, poden ser més aviat petits i poden anar muntats en llocs tancats si fos necessari.

Altres models de reguladors d'aquest mateix tipus, usats â € <â €

Altres models desconnectant automàticament els panells solars o grups de panells fotovoltaics a mesura que la tensió de la bateria creix, per deixar passar només el corrent necessari i mai en excés.

Controlador de càrrega Molts reguladors de càrrega porten incorporades altres funcions per a la visualització i control del funcionament de la instal·lació solar fotovoltaica com poden ser: volt mil·límetres i amperímetres; alarmes per baixa tensió de bateria; sensor de temperatura que regula automàticament el valor de la tensió màxima de càrrega; desconnectadors automàtics del circuit de consum per baixa tensió; comptadors de amperes per hora; visualitzadors digitals; mòdul d'adquisició de dades; mòdul de regulació amb seguidor de punt de màxima potència, etc.

Un element especialment important que incorporen molts reguladors és un díode de bloqueig, que permet el pas de corrent en un sol sentit des dels panells a la bateria i no en sentit contrari. Aquest díode és necessari quan la radiació solar és baixa i la tensió de la bateria és superior a la dels panells fotovoltaics, així s'evita que la bateria es descarregui pels panells solars fotovoltaics. És important no confondre aquest díode de bloqueig amb el díode de bypass (variant) dels mòduls fotovoltaics, ja que les funcions que realitzen són molt diferents.

Si per accident o per defecte d'aïllament hi ha un error en el sistema de protecció de presa de terra, el corrent pot circular en sentit contrari al normal i passar a través d'un panell solar o grup de panells solars abans de fugir per la presa de terra. En aquests casos, la presència del díode de bloqueig és molt important per evitar danys en els mòduls fotovoltaics.

Un molt bon aïllament i una bona presa de terra segura podrien evitar la necessitat d'instal·lar el díode de bloqueig. Com el díode de bloqueig produeix una caiguda de tensió addicional de 0,5 a 1 V, resulta una raó més per dissenyar la tensió dels panells superior a la necessària per carregar les bateries.

Reguladors de càrrega amb seguiment de màxima potència

Aquesta és la versió més sofisticada dels reguladors que hi ha al mercat, ja que incorpora un convertidor ce coriente contínua a corrent alterna a la sortida dels mòduls solars, el que permet aïllar el voltatge de treball dels mòduls fotovoltaics del voltatge de les bateries. D'aquesta manera, els mòduls poden treballar en el seu punt de màxima potència i, per tant, el màxim rendiment possible.

Si prenem com a exemple un mòdul fotovoltaic en el qual les dades que aporta el fabricant són: 53 Wp a 17,4 V i 3,05 A.

Quan connectem el mòdul directament a un acumulador amb un voltatge entre borns que, en aquest moment, és de 12 V, el mòdul està lliurant realment una potència de:

P real = 12 V · 3,05 A = 36,6 W

És a dir, que dels 53 W disponibles, quan es carrega directament una bateria amb 12 V en borns, només vam aprofitar 36,6 W, el que implica un 30% de pèrdua de potència.

La pregunta és: on són la resta de Watts que falten?

La resposta és: enlloc, ja que la generació del mòdul és de corrent i no de potència.

La solució: aconseguir la màxima potència del mòdul fotovoltaic mitjançant reguladors de càrrega amb un cercador de màxima potència. En aquest cercador, es desenvolupa la compensació posterior de tensió per intensitat.

valoración: 2.6 - votos 8

Última revisió: 8 de abril de 2016