Controladores de Carga MPPT

Los sistemas solares fotovoltaicos aislados, autónomos o tipo isla tienen como parte fundamental el sistema de regulación o control, que puede estar compuesto por uno o varios reguladores de voltaje o controladores de carga.

Los reguladores de voltaje o controladores de carga para sistemas solares fotovoltaicos cumplen la función de proteger a la batería o bancada de baterías de plomo ácido de ciclo profundo, iones de litio u otras tecnologías de acumuladores, de sobrecargas, por parte del panel solar fotovoltaico, y de descargas profundas, de los consumos en corriente directa que salgan de su etapa de consumo.

El control del flujo de energía se realiza mediante el control de los parámetros de intensidad (I) y voltaje (V) al que se inyecta en la batería. Este flujo de energía depende del estado de carga de la batería o bancada de baterías, y de la energía generada por el campo fotovoltaico. El regulador de carga o controlador solar revisa constantemente el estado de carga de las baterías para hacer el llenado óptimo y así alargar su vida útil.

El controlador por lo general utiliza tres estados de carga:

Fase BULK: la batería está descargada y toda la corriente producida en el campo fotovoltaico es inyectada en las baterías, incrementándose la tensión en la batería a medida que ésta se va llenando.

Fase ABSORCIÓN: cuando la tensión de la batería alcanza la tensión de absorción (en las baterías de plomo-ácido abiertas 14,4V y en las baterías AGM y en las baterías GEL 14,1V), el regulador de carga solar mantiene la tensión ligeramente por debajo de dicho valor y va reduciendo la corriente hasta que la batería está prácticamente llena.

Fase de FLOTACIÓN: en esta fase la tensión se reduce a la tensión de flotación (generalmente 13,5 V) y la corriente inyectada se reduce hasta que la batería se llena por completo.

Toda la energía que se genere mayor a la energía que es posible inyectar en la batería se pierde por efecto Joule (calor) en el regulador.

El regulador de carga solar o controlador es un dispositivo que protege la batería contra sobrecargas, cargándola según le resulte más conveniente en cada momento.

Los reguladores de voltaje o controladores de carga de marcas como Victron Energy, Phocos o Zimperec, necesitan programarse para indicarle el tipo de baterías, la capacidad de estas y las tensiones de funcionamiento.

Reguladores de voltaje o controladores de carga.

Los últimos criterios técnicos disponibles que debe incorporar el regulador de voltaje para sistemas solares autónomos o tipo isla son:

Sistema de señalización o visualización del estado de la batería de ciclo profundo, puede ser un display, señalización por medio de LED o mixtas.

Función de desconexión por bajo voltaje de la batería de ciclo profundo, con tecnología inteligente adaptativa al usuario.

Debe ser programable en cuanto al tipo de baterías de ciclo profundo que utilice, y tener la posibilidad de operar con baterías de litio.

Función nocturna de prendido y apagado.

Un sistema incorporado de registro de datos.

Manejo de exceso de energía.

arios tipos de protecciones electrónicas

El controlador de carga o regulador de voltaje protege a la batería de ciclo profundo contra posibles sobrecargas por parte del módulo fotovoltaico o panel solar fotovoltaico y evita que sea fuertemente descargada durante los consumos en corriente directa.

Las características de carga comprenden diversos estados que incluye la adaptación automática a la temperatura ambiente.

El controlador de carga o regulador de voltaje para sistemas solares fotovoltaicos debe operar en varios voltajes, por lo regular se ajusta automáticamente o detecta automáticamente el tipo de voltaje al conectarse a la bancada de baterías de ciclo profundo o la batería de ciclo profundo si es en 12Vdc, 24Vdc o 48Vdc. Los reguladores de voltaje o controladores de carga para sistemas solares fotovoltaicos se los clasifica por su voltaje de operación, (la mayoría son bitensión o multitensión) trabajan tanto en 12Vdc como en 24Vdc, y algunos modelos más grandes pueden trabajar tanto en 24Vdc como en 48Vc o voltajes intermedios.

Por lo general el controlador de carga o regulador de voltaje para sistemas solares autónomos proporciona una salida para consumos que operen en corriente continua en el mismo voltaje que el sistema opere, algunos controladores profesionales no incluyen la salida de consumo en corriente continua.

El regulador de voltaje o controlador de carga para sistemas solares fotovoltaicos debe tener varios modos diferentes para proteger a la batería de ciclo profundo de la descarga profunda, permitiendo al instalador jugar con los umbrales de voltaje para desconexión, para reconexión y para corte por alto voltaje.

Debido a que los sistemas solares fotovoltaicos autónomos se instalan en zonas remotas, y el acceso de mantenimiento no puede ser continuo, es muy necesario que el regulador de voltaje o controlador de carga almacene la información básica de operación del sistema, los datos mínimos que debe recoger son: rendimiento anual del sistema solar fotovoltaico, voltaje de batería de ciclo profundo máximo y mínimo, el estado de carga de la batería de ciclo profundo, la corriente de carga máxima y la máxima corriente de consumo. Con esta información se puede analizar las causas de daños prematuros de baterías de ciclo profundo, generación real de los paneles solares fotovoltaicos bajo las condiciones de radiación y temperatura en la zona, esta información nos ayuda a corregir problemas anticipadamente y a diseñar sistemas solares fotovoltaicos autónomos más ajustados a la realidad en condiciones reales.

Existen dos tipos de reguladores de carga para instalaciones fotovoltaicas: los reguladores PWM (Modulación por anchura de pulsos) y los reguladores MPPT (Seguidor del Punto de Máxima Potencia).

Reguladores de voltaje o controladores de carga PWM.

Los reguladores PWM (Pulse-width modulation, modulación por ancho de pulsos), controlan la cargar la batería mediante un algoritmo programado internamente. Básicamente limitan la corriente de entrada a la batería dependiendo de los estados de carga de esta. La tensión de la batería nos dice en qué estado de carga está la batería o bancada de baterías. Así por ejemplo, una batería estacionaria de 12 voltios llegará a los 14,4v en absorción, se mantendrá en flotación a unos 13,6v y se considerará descargada a unos 11,8v.

A diferencia de los reguladores MPPT, los reguladores PWM no separan la tensión de funcionamiento de los paneles de la de la batería, por lo tanto, es imprescindible utilizar con estos reguladores, paneles de 36 células con baterías de 12v y paneles de 72 células con baterías de 24v (se entiende que 2 paneles de 12v en serie forman un panel de 24v). De esta forma, la tensión de trabajo del panel será suficiente para realizar la carga completa de la batería. Panel 36 células trabaja a 18v para cargar la batería de 12v hasta los 14,4v. Panel de 72 células trabaja a unos 37v para cargar la batería de 24v hasta los 28,8v.

Dentro de los reguladores solares PWM podemos encontrar los que incorporan display digital, señalización por medio de LED, o mixtos.

El funcionamiento básico de un regulador solar PWM es simple, se encarga de dejar pasar la corriente de los paneles a la batería en la primera fase de carga llamada bulk, posteriormente limita la corriente de carga para completar la carga de la batería en la segunda fase llamada absorción. Una vez cargada la batería reduce la corriente a un 1% o 2% para mantener la batería cargada y compensar la autodescarga, esta fase se llama flotación. Sin este control de inyección de corriente controlado por la tensión de la batería, se podría producir una sobrecarga y dañar la batería.

El regulador solar también se encarga de bloquear la corriente desde la batería hacia los paneles solares para evitar que se descargue y cortar la salida de consumo de corriente continua cuando la tensión de la batería es baja para protegerla. Además, incorporan protecciones contra sobretensión, inversión de polaridad, cortocircuito y sobredescarga.

Es muy importante no dejar los paneles solares conectados al regulador solar sin estar conectada la batería. Por eso, siempre se conecta primero la batería y posteriormente los paneles. Para desinstalar se realizará a la inversa, desconectar primero los paneles solares y posteriormente la batería.

Reguladores de voltaje o controladores de carga MPPT.

Los reguladores MPPT (Maximum power point tracking, seguidor punto de máxima potencia), independiza la tensión de funcionamiento de los paneles solares de la tensión de la batería, por tanto, al no depender de la tensión de la batería, el algoritmo MPPT puede variar la tensión de funcionamiento de los paneles comprobando en cada momento cual es el punto en el que el panel entrega la máxima potencia disponible.

Se utilizan para poder cargar baterías con paneles de 60 células. Estos paneles trabajan en su punto de máxima potencia a unos 31 voltios que no son suficientes para cargar una batería de 24v a su tensión de absorción 28,8V si no se utiliza un regulador MPPT.

Lo normal es aprovechar la capacidad de independencia de tensión de un regulador MPPT para configurar el campo fotovoltaico a la mayor tensión posible del regulador, así por ejemplo, si podemos configurar la tensión a unos 90 voltios, reduciremos a más de la mitad la sección de cable a utilizar para conectar los paneles al regulador, ya que hemos reducido la corriente de paso enormemente.

Es importante tener en cuenta la tensión máxima de entrada al regulador solar MPPT, si el arreglo fotovoltaico supera el límite se dañará el regulador. Normalmente los reguladores solares MPPT diseñados para conectar 2 paneles en serie a 60V aceptan una tensión máxima de 100V y los reguladores MPPT diseñados para conectar 3 paneles en serie a 90V aceptan un máximo de 150V. EN NINGÚN CASO deben conectarse 3 paneles en serie a 90V en un regulador solar MPPT que soporta una tensión máxima de 100V ya que la tensión de los paneles solares se ve fuertemente afectada por la temperatura, a mayor temperatura menor tensión y a menor temperatura mayor tensión. Pudiendo aumentar fácilmente 4 voltios por panel solar a primera hora de la mañana o por la noche en un día de invierno superando los 100V y dañando el regulador solar.

El seguidor de máxima potencia del regulador solar es capaz de modificar la tensión de trabajo de los paneles solares dependiendo de las condiciones de temperatura y radiación solar para situarla en el punto de trabajo que mayor producción tienen los paneles solares. Como esta tensión de trabajo de los paneles solares es independiente de la tensión de la batería, el MPPT es libre de situarla donde sea más conveniente.

Diferencias entre regulador solar MPPT y PWM

En los reguladores solares PWM el cálculo de la corriente de carga era simplemente la suma de la corriente de cada panel conectado en paralelo. La corriente de carga en un regulador solar MPPT se calcula dividiendo la potencia total de paneles solares dividida por la tensión de la batería. Por ejemplo, 1500Wp de paneles solares en una batería de 24V tendría una corriente de carga de 1500Wp / 24V = 62,5 amperios. Para este caso sería necesario un regulador MPPT de 60 amperios. Según la fórmula de la corriente de carga es fácil deducir que, para un mismo regulador mppt, podemos instalar el doble de paneles solares con una batería de 24v que con una batería de 12v.

En un regulador solar PWM no se puede exceder la corriente de carga máxima del regulador solar. Si la suma de corrientes de cada panel es 12 amperios no se puede utilizar un regulador solar PWM de 10 amperios. El excedente de corriente debe ser disipado en forma de calor y normalmente los radiadores de refrigeración de los reguladores PWM son pequeños y existe el riesgo de que resulten dañados. En un regulador solar MPPT es posible exceder un poco la corriente máxima de carga del regulador, ya que estos reguladores pueden modificar el punto de funcionamiento de los paneles solares fotovoltaicos, reduciendo la corriente de carga al valor esperado.

Con los reguladores solares MPPT pse puede obtener hasta un 30% más de eficiencia de producción solar, ya que la tensión de trabajo de los paneles solares no depende de la tensión de la batería y siempre trabajan en su punto de funcionamiento óptimo. Los reguladores solares PWM unen la tensión de funcionamiento de los paneles solares a la de la batería. Por lo tanto, la tensión de trabajo de los paneles solares dependerá de la carga de la batería, siendo mayor la tensión a mayor carga, y variando el punto de trabajo de los paneles solares sacándolo continuamente del punto óptimo de funcionamiento para las condiciones de radiación solar.

Los reguladores MPPT tienen mayor costo que los reguladores PWM, aunque los paneles de 60 células utilizados con los reguladores MPPT son más económicos que los paneles de 12v y 24 voltios utilizados con los reguladores PWM. Normalmente para una instalación solar con pocos paneles solares es más rentable utilizar paneles solares de 12v y 24v con reguladores PWM, para instalaciones solares de mayor potencia es más rentable utilizar paneles de 60 células con reguladores MPPT.

¿Cuándo usar un regulador solar MPPT o un PWM?

Se deben utilizar reguladores solares PWM con paneles solares de 12v y 36 células o paneles solares de 24v y 72 células y controladores de voltaje MPPT con paneles solares de 60 células. Para paneles solares con otro número de células es necesario hacer cálculos de como configurarlos en combinaciones serie-paralelo y con un poco de suerte se podrá utilizar un regulador MPPT pero en la mayoría de los casos no es posible y es fácil que la mejor opción sea no utilizarlos.

Con más de 43 años de experiencia, Victron Energy goza de una reputación sin igual en cuanto a innovaciones técnicas, fiabilidad y calidad. Victron es líder mundial en el sector de la generación autónoma de electricidad. Los productos Victron Energy han sido diseñados para hacer frente a las situaciones más difíciles en las que se pueda encontrar cualquier instalación. La capacidad de Victron de satisfacer las demandas personalizadas de sistemas de generación aislada no tiene precedentes.

Modelo: Controladores de carga MPPT BlueSolar y SmartSolar

Los cargadores solares recogen energía de sus paneles solares y la almacenan en sus baterías. Utilizando la tecnología más rápida y novedosa, el SmartSolar maximiza esta recogida de energía, gestionándola de forma inteligente para alcanzar la carga máxima en el menor tiempo posible. El SmartSolar cuida de la salud de la batería, ampliando su vida útil.

Principales características comunes a todos los modelos

Seguimiento ultrarrápido del Punto de Máxima Potencia (MPPT).

Detección avanzada del Punto de Máxima Potencia en caso de nubosidad parcial.

Excepcional eficiencia de conversión.

Refrigeración por convección natural.

Reconocimiento automático de la tensión de la batería.

Algoritmo de carga flexible.

Protección de sobretemperatura y reducción de potencia en caso de alta temperatura

Opciones de dimensiones:

Adecuados para baterías de distinta tensión. La mayoría de los modelos se conectan a baterías de 12, 24 y 48 V, algunos solo se conectan a baterías de 12 y 24 V, o solo a baterías de 48 V.

Tensiones de carga desde 10 A hasta 100 A.

Máximas tensiones Voc del conjunto FV de entre 75 V y 250 V.

Se pueden usar múltiples cargadores en paralelo, para sistemas grandes recomendamos el uso de modelos con puerto de comunicación VE.Can.

Opciones de terminal FV:

TR – un borne de tornillo positivo y otro negativo.

MC4 – 3 pares de conectores MC4 en paralelo.

Opciones de Bluetooth:

Los modelos SmartSolar disponen de Bluetooth.

Los modelos BlueSolar no disponen de Bluetooth. Se pueden adaptar para que tengan Bluetooth conectando la mochila VE.Direct Bluetooth Smart. Ventaja: los productos nos son accesibles mediante Bluetooth si no tienen una mochila conectada. Tenga en cuenta que en los modelos SmartSolar se puede deshabilitar el Bluetooth.

Opciones de pantalla:

Aplicación VictronConnect. Se conecta por Bluetooth o mediante la interfaz VE.Direct – USB

Control MPPT. Se conecta a todos los modelos mediante un cable VE.Direct.

Pantalla de control SmartSolar. Se enchufa directamente en la carcasa de los modelos grandes

Dispositivo GX

Sitio web VRM (se necesita un dispositivo de control GX)

Puertos de comunicación:

Direct – todos los modelos

Direct y VE.Can – algunos modelos. VE.Can está especialmente indicado para sistemas con múltiples cargadores solares. Simplemente se conectan todas las unidades en cadena entre sí con un solo cable RJ45 entre cada unidad y también entre la última unidad de la cadena y el dispositivo de control GX.

Opciones de sensor de temperatura:

Internamente (todos los modelos).

Externamente mediante Smart Battery Sense (solo los modelos SmartSolar).

Opciones de salida de carga:

Salida física – en los modelos de 10, 15 y 20 A.

Salida virtual – c el cable de salida VE.Direct TX digital y el BatteryProtect o un relé de estado sólido.

Activación y desactivación remota del cargador:

Las unidades más grandes disponen de terminales estándar de encendido/apagado remoto de Victron. Todos los modelos que no cuentan con una terminal de encendido/apagado remoto integrada se pueden controlar de forma remota con el cable on-off remoto no inversor VE.Direct – ASS030550310. Tenga en cuenta que esto impide que se pueda usar el puerto VE.Direct para otra cosa.

Opciones de actualización de firmware:

Actualizaciones locales a través de la aplicación VictronConnect (por Bluetooth o la interfaz USB-VE.Direct)

Actualizaciones remotas a través del sitio web de VRM o un dispositivo GX

Accesorios opcionales:

Aplicación VictronConnect (descarga gratuita)

Cajas de conexiones para cubrir y proteger las conexiones. Los tipos de cajas de conexiones se pueden ver en la tabla de la página 2

Paneles de control y pantallas: Control MPPT o control SmartSolar)

Dispositivo de control GX (CCGX Venus GX o Octo GX)

Cables de datos: Cable VE.Direct, cable RJ45 (solo en modelos CanBus) interfaz USB-VE.Direct

Cables de control externo: Cable TX, cable no inversor

Mochila Bluetooth (para modelos que no sean Smart)

Más información:

Para acceder a los documentos indicados anteriormente: pulse el botón de búsqueda de nuestro sitio web e introduzca la palabra de búsqueda adecuada.

Para conexión a un Color Control GX u otro dispositivo GX, véase:

https://www.victronenergy.com/live/venus-os:start.

Phocos es un fabricante líder mundial de controladores de carga a alimentación solar y diversos componentes para fuentes de alimentación sin conexión a la red. Nuestro espectro de productos es amplio, y va desde controladores de carga, pasando por sistemas de iluminación hasta dispositivos de CD tales como refrigeradores y freezers. Los productos desarrollados y producidos por Phocos son amigables con el ambiente, ahorran energía y son la solución perfecta para sistemas de energía solares sin conexión a la red de distribución.

Modelo: ECO-N (10 A)

El controlador de carga solar ECO-N de Phocos es la opción perfecta para cualquier aplicación de bajo consumo que requiera una resistencia superior a los elementos. Su pequeño tamaño, confiabilidad y precio lo convierten en una excelente solución para una amplia gama de proyectos.

Modelo: Serie ECO-N-T (10-20 A)

El ECO-N-T de Phocos es una solución económica para muchas aplicaciones solares. Su tamaño compacto le permite encajar bien en espacios pequeños. El grado industrial ECO-N-T está completamente encapsulado, lo que protege la placa de circuito de la corrosión. Esta unidad también cuenta con UL y otras certificaciones, lo que demuestra que es un controlador de carga robusto que funcionará bien en diferentes entornos hostiles.

El ECO-N-T es versátil y ofrece la flexibilidad de operar con sistemas de 12 o 24 V. Este controlador de carga confiable es simple de usar, ya que no requiere programación y tiene LEDs fáciles de interpretar. El ECO-N-T protegerá sus baterías contra la sobrecarga y sobre la descarga, logrando un fuerte retorno de inversión.

Modelo: Serie CXNup (10-40 A)

La serie CXNup es una familia de controladores de carga altamente inteligentes para una amplia gama de aplicaciones. Cuenta con una interfaz de usuario intuitiva y almacena hasta dos (2) años de valiosos datos de rendimiento del sistema, a los que se puede acceder a través de la pantalla LCD y el software PhocosLink.

El voltaje de la batería en tiempo real, estado de carga de la batería (SOC) en porcentaje, corriente de carga y estado del sistema se muestran claramente en la pantalla LCD retroiluminada. Además cuenta con una alarma de batería acústica y programación para alumbrado público. El CXNup2B ofrece la posibilidad de cargar dos baterías independientes de hasta 20 A. Todas las otras variantes ofrecen un puerto USB para cargar teléfonos móviles, tabletas y otros dispositivos USB.

Zimpertec es un fabricante Alemán de sistemas solares integrados y controladores de carga a alimentación solar que incluyen el sistema pre pago.

Modelo: LI/Pb-CC-SL

Controlador de carga CC con carga PWM con compensación de temperatura de 4 etapas para baterías plomo ácido o monitoreo de celda única para baterías LiFEPO4 con equilibrio integrado con opciones sobresalientes para una larga vida útil de la batería y protección de la batería. Las diversas opciones de protección contra descargas profundas pueden permitir que el Proyecto se ajuste de acuerdo con los requisitos del sistema y la batería. A través de la interfaz de la computadora, la mayoría de los parámetros del sistema se pueden ajustar según la demanda.

El datalogger integrado de un año puede ayudar a analizar los sistemas en las aplicaciones de campo. Monitoree los consumos permitiendo la detección temprana de problemas.

5 ranuras de tiempo con atenuación individual permiten una alta flexibilidad para aplicaciones de alumbrado público u otras aplicaciones de carga con temporizador. Opción de atenuación de batería baja.