Cómo elegir el controlador solar adecuado para el sistema de energía solar

how to choose solar charge controller

En el ámbito de la energía solar, el controlador de carga solar es un dispositivo vital. Asegura un flujo de energía eficiente entre los paneles y las baterías, protegiéndolos de daños.

El tema de esta publicación es la selección del controlador y comenzará con el tipo de controlador de carga solar(PWM vs MPPT) y las especificaciones del tamaño del controlador.



¿Qué son los controladores de carga solar?

En el ámbito de los sistemas eléctricos, los reguladores desempeñan un papel crucial en el control de voltaje. Sin embargo, cuando se trata de configuraciones de energía solar, un dispositivo específico toma protagonismo: el controlador de carga solar.

Un controlador solar es un dispositivo automatizado vital en los sistemas de energía solar. En el corazón de los sistemas de energía solar, el controlador de carga solar cumple dos funciones principales.

En primer lugar, facilita el flujo suave de energía desde los paneles solares a las baterías durante el proceso de carga. En segundo lugar, regula la descarga de las baterías al inversor cuando se necesita energía.

 

¿Para qué sirve un controlador de carga solar?

Para gestionar el flujo de energía entre los paneles solares y las baterías, los controladores de carga solar realizan las siguientes tareas principales para garantizar el funcionamiento eficiente y seguro de todo el sistema fotovoltaico.

Controlar las etapas de carga de la batería

El controlador de carga gestiona la carga de la batería a través de diferentes etapas, como la carga a granel, la carga de absorción y la carga flotante.

  • Carga Bulk
    Proporciona la corriente máxima hasta que la batería alcance un umbral de voltaje determinado.
  • Carga de absorción
    Mantiene un voltaje constante mientras reduce la corriente para alcanzar la capacidad de carga completa.
  • Carga flotante
    Suministra una carga continua y baja para mantener las baterías al 100% de capacidad sin sobrecargarlas.
  • Ecualización de baterías

    La ecualización de baterías es una etapa de mantenimiento periódica que equilibra la carga de las células individuales dentro de un banco de baterías. Ayuda a mantener un rendimiento consistente en todas las células, evitando desequilibrios de capacidad y prolongando la vida útil de las baterías.

    Protección de baterías

    Al combinar la regulación de voltaje y la regulación de corriente, el controlador de carga mantiene un control preciso sobre el proceso de carga, protegiendo las baterías de diversos problemas potenciales. Incluye:

    Protección contra sobrecarga
    Evita daños a la batería controlando la carga para evitar exceder los límites seguros de voltaje durante el proceso de carga.

    Protección contra descarga excesiva
    Preserva la salud de la batería cortando la energía cuando el voltaje desciende a un nivel crítico, evitando la descarga profunda.

    Protección contra cortocircuitos
    Protege las baterías apagando instantáneamente el circuito en caso de un evento de cortocircuito.

    Protección contra polaridad inversa
    Evita daños a las baterías bloqueando el flujo de corriente cuando los terminales de la batería están conectados en la dirección equivocada.

    Desconexión de voltaje bajo
    La función LVD apaga las cargas de CC cuando el voltaje de la batería baja a un nivel especificado, evitando la descarga profunda que puede dañar las baterías.

    Protección contra sobrecarga
    La protección contra sobrecarga protege el controlador de carga y los componentes del sistema del exceso de corriente. Detecta y gestiona altas corrientes, evitando daños y posibles peligros causados por condiciones de sobrecarga.

    Compensación de temperatura
    Algunos controladores de carga tienen sensores de temperatura para ajustar el voltaje de carga según la temperatura de la batería. Esta característica optimiza el proceso de carga y protege aún más las baterías contra daños debido a las variaciones de temperatura.

     

    ¿Qué tipo de controlador de carga solar se debe usar?

    Controlador de carga solar PWM

    Los controladores de carga solar PWM utilizan un conmutador de salida rápida para regular eficazmente el voltaje de salida promedio. Ajustando el ancho del pulso (ciclo de trabajo), el voltaje o la corriente de salida se pueden ajustar finamente, asegurando un control confiable y eficiente.

    Durante la carga de la batería, los controladores PWM adaptan la forma de onda para satisfacer las necesidades específicas de la batería, permitiendo una carga optimizada según su estado actual.

    Al alcanzar la carga completa, los controladores PWM cambian a un estado de goteo (carga flotante), proporcionando un flujo constante y pequeño de corriente para mantener la batería en su estado completamente cargado.

    Sin embargo, el voltaje y la corriente de salida de los paneles solares variarán constantemente debido a factores externos como la intensidad de la luz. Como resultado, al utilizar un controlador de carga solar PWM, se produce cierto desperdicio.

    Por lo tanto, se aplica el algoritmo MPPT (Seguimiento del Punto de Máxima Potencia) a los sistemas de carga solar para mejorar la eficiencia de utilización de la energía.

    Cambio del ángulo solar durante un día


    Controlador de carga solar MPPT

    En un sistema fotovoltaico solar, cada módulo fotovoltaico tiene un punto de trabajo determinado por su carga conectada. A medida que cambia la irradiancia que incide en el módulo, el punto de trabajo también varía a lo largo del día cuando la carga permanece constante.

    Los controladores solares MPPT (Seguimiento del Punto de Máxima Potencia) pueden detectar el voltaje y la corriente de los paneles solares en tiempo real y calcular continuamente la corriente de salida actual (P = U * I).

    Al comparar la potencia actual con los valores anteriores, el controlador de carga solar MPPT puede determinar si el punto de trabajo actual está por encima o por debajo del punto de máxima potencia. Luego ajusta el voltaje de salida en consecuencia, acercando el punto de trabajo al punto de máxima potencia, lo que permite extraer y suministrar la máxima potencia disponible desde el conjunto fotovoltaico a la carga.

    Seguimiento del punto de máxima potencia y punto de trabajo del módulo fotovoltaico


    ¿Cuál es el mejor controlador de carga solar para su sistema solar?

    Conclusión

    Basándonos en los diferentes principios de funcionamiento de estos dos controladores, es fácil identificar la diferencia clave entre ellos:

    Comparados con los controladores PWM, los controladores MPPT tienen una clasificación de voltaje de entrada significativamente más alta que los bancos de baterías que cargan. Esto se debe a que los controladores MPPT poseen la capacidad única de reducir el voltaje para que coincida con el voltaje del banco de baterías y luego aumentar la corriente para compensar cualquier pérdida de potencia.


    Los diferentes principios de funcionamiento de los controladores PWM y MPPT conducen a áreas de aplicación específicas para cada tipo.

    Si te encuentras en las siguientes situaciones, un controlador solar PWM sería una mejor opción:

  • Sistemas pequeños de energía solar, como instalar baterías de plomo-ácido en un vehículo recreativo, donde el voltaje del panel solar coincide estrechamente con el voltaje de la batería.
  • Cuando la eficiencia de carga no es una preocupación principal, como mantener la carga de baterías marinas.
  • Instalaciones que ahorran costos, ya que los controladores PWM generalmente son más económicos.

  • Por otro lado, los controladores solares MPPT son más adecuados para los siguientes escenarios:

  • Regiones con clima variable o ambientes difíciles, ya que pueden adaptarse a la variación en la salida de los paneles solares y optimizar la captura de energía durante todo el día.
  • Matrices fotovoltaicas solares con un voltaje más alto que el banco de baterías, asegurando una carga y descarga seguras.
  • Cuando se busca maximizar la eficiencia y la salida de energía para ser rentable, como en proyectos comerciales e industriales o configuraciones solares residenciales con almacenamiento de baterías. Los controladores MPPT tienen una tasa de conversión más alta para los paneles solares en comparación con los controladores PWM y pueden absorber al menos un 30% más de electricidad.

  • Cómo dimensionar un controlador de carga para mi sistema solar

    En cuanto al tamaño adecuado del controlador de carga solar para paneles solares de 200/300/400/600/800/1000W, no hay una respuesta unificada.

    Al elegir un controlador solar, hay cuatro puntos claveque debes tomar en cuenta:

    • Tipo(s) de batería compatibles y voltaje de la batería.
    • Potencia máxima de entrada de los paneles solares.
    • Voltaje máximo de entrada de los paneles solares.
    • Corriente máxima de carga de la batería.


    Nota:

    Ambos controladores de carga solar en los ejemplos a continuación son compatibles con todos los tipos de baterías. Pero al comprar un controlador, aún es necesario revisar las especificaciones y el manual del controlador de carga solar para determinar su compatibilidad con el tipo de batería solar que se va a utilizar.

    Dimensionamiento del controlador de carga solar MPPT

    Usando el controlador MPPT POW-M60-PRO de PowMr como ejemplo:

    Cómo dimensionar el controlador de carga solar MPPT según sus especificaciones

    Punto clave 1.

    EL controlador MPPT de 60 amperios puede reconocer automáticamente sistemas de voltaje de batería de 12V/ 24V/36V/48V, lo que lo hace compatible con las cuatro opciones de voltaje.

    Punto clave 2.

    Según la tabla de especificaciones anterior, el voltaje máximo de entrada de los paneles solares no debe exceder los 160V CC, lo que significa que el voltaje de circuito abierto de los paneles solares conectados en serie debe ser igual o inferior a 160V.

    Punto clave 3.

    En un sistema de 48V, la potencia máxima de entrada de los paneles solares es de 2800W. La potencia total del conjunto de paneles solares conectado al controlador no debe exceder los 2800W, ya que esto podría dañar el controlador.

    Punto clave 4.

    Para garantizar un funcionamiento adecuado, la corriente de carga nominal del controlador no debe superar la capacidad máxima de corriente de carga de la batería. Con el POW-M60-PRO con una corriente nominal de la batería de 60A, la batería conectada debe tener una corriente de carga máxima de al menos 60A o más.

    Por ejemplo, la batería de litio de 48V y 100Ah de PowMr puede manejar una corriente de carga continua máxima de 100A, lo que la convierte en una opción compatible para su uso con el controlador POW-M60-PRO.


    Dimensionamiento del controlador de carga solar PWM

    Cómo dimensionar el controlador de carga solar PWM según sus especificaciones

    Usando el controlador PWM Pstar 30A de PowMr como ejemplo:

    Punto clave 1.

    Este controlador PWM está diseñado para funcionar con sistemas de baterías de 12V/24V/36V/48V, reconociendo automáticamente el voltaje apropiado.

    Punto clave 2.

    El voltaje máximo de entrada para paneles solares es de 100V CC, asegurando que el voltaje de circuito abierto de los paneles solares conectados se mantenga por debajo de 100V.

    Punto clave 3.

    Para sistemas de baterías de 12V, la potencia máxima de entrada para paneles solares no debe exceder los 360W. Es esencial evitar superar este límite para evitar cualquier daño al controlador.

    Punto clave 4.

    Es crucial asegurarse de que la corriente de salida del controlador no supere la corriente máxima de carga de la batería permitida. El controlador Pstar 30A de PowMr tiene una corriente nominal de batería de 30A. Si la corriente de carga continua máxima de las baterías en el sistema es de 20A, puede ser necesario conectar en paralelo dos baterías con esta especificación para adaptarse al controlador.

     

    Cómo Elegir Controllador de Carga Solar - Vídeo Tutorial

    Preguntas frecuentes sobre la elección del controlador de carga solar

    ¿Puedo conectar dos controladores de carga solar?

    En situaciones donde existen dos o más conjuntos de paneles solares y la potencia de salida fotovoltaica supera la capacidad de un solo controlador de carga, usar dos o más controladores de carga con un banco de baterías puede ser una solución práctica. Este enfoque es especialmente efectivo con controladores de carga MPPT, ya que diferentes conjuntos pueden tener puntos de potencia máxima diversos, permitiendo una potencia de salida óptima.

    Sin embargo, es esencial conectar los controladores de carga en paralelo para asegurar una distribución uniforme de voltaje y corriente en todas las baterías. Este equilibrio de voltaje y resistencia dentro del banco de baterías ayuda a evitar la sobrecarga y el daño potencial a las baterías.

    Para mantener la compatibilidad y la seguridad del sistema, asegúrese de que la capacidad combinada de los controladores de carga no supere la capacidad de carga máxima del banco de baterías. Para una integración más suave, es recomendable utilizar el mismo tipo de controladores de carga solar al emplear múltiples unidades.

     

    ¿Siempre necesito un controlador de carga solar?

    No siempre, pero generalmente, los paneles solares producen más que su voltaje nominal. Solo los paneles más pequeños, como los cargadores de goteo de 1 o 5 vatios, pueden funcionar sin un controlador.

    Los paneles solares están diseñados para las condiciones de prueba estándar (STC), que incluyen una temperatura de la celda de 25°Cy una irradiación solar incidente de 1000 vatios por metro cuadrado. Sin embargo, en situaciones del mundo real, experimentan fluctuaciones de voltaje por encima y por debajo de su voltaje nominal. Los controladores de carga solar son esenciales para gestionar las salidas de voltaje más altas, garantizando la seguridad del sistema.

     

    ¿Qué sucede con un controlador de carga solar sobredimensionado?

    Usar un controlador de carga solar sobredimensionado puede tener ventajas y desventajas. En el lado positivo, un controlador sobredimensionado permite que fluya más corriente, lo que puede ser beneficioso si planeas expandir tu conjunto de paneles solares en el futuro. También puede resultar en una caída de voltaje reducida y una mayor eficiencia del sistema.

    Sin embargo, las desventajas incluyen costos más altos y posibles ineficiencias a capacidades de paneles solares más bajas. Además, un controlador sobredimensionado podría no operar en su nivel óptimo de eficiencia, lo que resultaría en una energía desperdiciada. Por lo tanto, es esencial considerar cuidadosamente los requisitos de su sistema y equilibrar los pros y los contras antes de elegir un controlador de carga solar.

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