Un controlador de càrrega solar és un equip que controla el voltatge i el corrent elèctric que les plaques solars subministren a una bateria. Els reguladors de càrrega verifiquen l'estat de càrrega de la bateria per optimitzar el procés de càrrega i la vida útil del dispositiu
Un regulador de càrrega solar està dissenyat especialment per a un sistema fotovoltaic.
El regulador de càrrega es pot subministrar en forma d‟un dispositiu separat (per exemple, una unitat electrònica en un aerogenerador eòlic o en un sistema d‟energia solar fotovoltaica) o en forma d‟un microcircuit per a la seva integració en una bateria o carregador.
Els panells solars es dissenyen perquè puguin donar una tensió més elevada que la tensió 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.
Per què serveix un controlador de càrrega?
Els reguladors de càrrega realitzen les funcions següents:
-
Verifiquen l'estat de càrrega de la bateria.
-
Optimitzen el procés de càrrega limitant la velocitat de càrrega i descàrrega.
-
Allarguen la vida útil del dispositiu.
-
Protegeixen el banc de bateries de possibles sobrecàrregues.
-
Subministrar un corrent més gran que el corrent d'autodescàrrega però inferior al corrent de càrrega màxima per evitar la destrucció de la bateria.
-
Compensació de les diferències en els fluxos denergia quan se subministra energia al consumidor al mateix temps que es carrega la bateria.
-
Mesurament de temperatura (usant un sensor de temperatura) per a l'apagat d'emergència de la càrrega en fred o durant el sobreescalfament.
-
Mesura de pressió per a l'apagat d'emergència de la càrrega en cas de fugida de gas.
Per què cal controlar la sobretensió de les bateries?
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 potencial màxim que pot donar teòricament el panell solar, i aquest seguirà intentant injectar energia als terminals de la bateria, cosa que produirà una sobrecàrrega que perjudicarà la bateria que la pot fer malbé.
Paràmetres d'un controlador de càrrega solar
Els paràmetres que defineixen un regulador són:
-
Voltatge màxim admès o voltatge màxim de regulació: és el valor de la tensió nominal màxima 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 produït pels panells solars. Per a un valor de voltatge intermedi, el regulador deixa passar una fracció del corrent produït 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 per evitar una sobrecàrrega 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 tornin a connectar a la bateria.
Prestacions habituals dels reguladors de càrrega
Els paràmetres següents defineixen les prestacions més habituals dels reguladors de càrrega que s'utilitzen a 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 s'escalfi, 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 força descarregat. A partir d'aquest moment, l'usuari pot moderar el consum, cosa que evitarà una descàrrega nociu 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 de indicadors dels nivells actuals de càrrega, voltatge de bateries ...
Tipus de reguladors de càrrega solar
Hi ha dos tipus de controladors de càrrega solars:
Controlador de càrrega solar PWM
Els reguladors PWM fan una modulació del corrent per polsos. Només talla el flux de corrent entre els mòduls fotovoltaics i les bateries quan aquestes bateries estan totalment carregades.
Aquest tipus de regulador de bateria ha de treballar amb la mateixa tensió nominal entre plaques solars i bateries. Per això, les plaques solars no sempre treballen a la potència màxima, per la qual cosa baixa el rendiment de la instal·lació fotovoltaica ja que es perd part de l'energia generada. Per contra, són més econòmics.
Hi ha controladors PWM dissenyats per treballar amb voltatges de 12V, 24V i 48V.
Controlador de càrrega solar MPPT
Els reguladors MPPT (maximum power point tracking) estan dissenyats per aprofitar la màxima producció del panell fotovoltaic.
Aquest tipus de controlador solar ajusta aquest voltatge a què requereix la bateria de forma eficient, guanyant intensitat i conservant la potència total de producció.
Aquesta opció és més cara que els reguladors PWM, però la millor capacitat d'aprofitar la producció elèctrica de les cel·les solars compensa el sobrecost.
El controlador solar MPPT inclou un transformador CC-CC i un controlador del punt de màxima potència. El transformador CC-CC transforma el corrent continu d'alta tensió a corrent continu a una tensió més baixa durant la càrrega de la bateria.
Sistemes de seguretat
El regulador de càrrega té la missió de regular el corrent que absorbeix la bateria perquè mai no se sobrecarregui perillosament. Per aquest motiu, detecta i mesura constantment el voltatge de la bateria i l'estat de càrrega.
Si aquests paràmetres arriben a un determinat valor actua de dues maneres possibles:
-
Tallant el flux de corrent cap a la bateria
-
Deixant passar-ne només una part per mantenir-la en estat de plena càrrega, sense sobrepassar-se.
Aquest corrent mínim 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.
Què és un díode de bloqueig?
Un element especialment important que incorporen molts reguladors és un díode de bloqueig.
El díode de bloqueig permet el pas de corrent en un sol sentit des dels panells de 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.