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Artículo: Home Power Magazine.

Traducción y Redacción: Jorge Ávalos @Energía Amiga.

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obtén tu energía al máximo con controladores MPPT

OBTÉN TU ENERGÍA AL MÁXIMO CON CONTROLADORES MPPT

¿Está usted interesado en aumentar la producción de su sistema fotovoltaico, sin tener que añadir más paneles? Un controlador de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT, por sus siglas en inglés) le permitirá aprovechar más energía del sol bajo la mayoría de las condiciones, así que, si busca optimizar el rendimiento de su sistema, le gustará conocer más de cerca a la tecnología detrás del MPPT.

Los MPPT disponibles en el mercado han existido al menos desde la década de 1980. Ahora se están integrando en el equipo estándar de casi todos los sistemas fotovoltaicos. Nuevos diseños de controladores con mejoras, componentes electrónicos de menor costo, transistores y microprocesadores han hecho de los reguladores de carga MPPT una realidad.

CARGA FOTOVOLTAICA SIMPLE

Cuando un panel solar se conecta a una batería descargada y se expone a la luz solar, la tensión del panel será más alto que el voltaje de la batería, y ésta se empezará a cargar. Así como el agua fluye hacia abajo desde un nivel superior a un nivel inferior, la energía fluye desde la fuente de energía fotovoltaica con voltaje superior a la batería con voltaje inferior.

Tan pronto como se conecta el panel a la batería, las dos tensiones serán iguales. El sistema fotovoltaico todavía suele tener un potencial de tensión más alta, pero el voltaje operativo está sujeto a la tensión de la batería. Si el estado de carga de la batería es bajo, el voltaje de carga inicialmente será bajo también. A medida que la batería se carga, la tensión aumentará, y la velocidad de carga (amperaje) disminuirá.

Las baterías de plomo-ácido comunes necesitan mantenerse a un voltaje relativamente alto (14.4 VCC para un sistema de 12 VCC) durante una hora o dos para recibir una carga completa. Esto se llama “absorción” o etapa de carga "finalizada". Se recomienda que algunas veces al año usted balancee su banco de baterías. Para esto deberá cargar y mantener las baterías a un voltaje mayor (hasta 16 VCC para un sistema de 12 VCC) durante varias horas. Estos son sólo dos razones por las que la tensión de funcionamiento real de un panel es superior a lo que se conoce como su voltaje nominal. Un sistema fotovoltaico nominal de 12 VCC en realidad operaría gran parte de su ciclo de carga a aproximadamente 17 VCC, si la batería (o el regulador de carga) lo permitiera.

LA REVOLUCIÓN PWM

Si solamente se conecta un sistema fotovoltaico a una batería de plomo-ácido, se puede llegar a la sobrecarga y a una disminución radical de la vida útil de la batería, si el proceso de carga no se controla. La sobrecarga destruirá y posiblemente provocará explosiones en las baterías selladas. De ahí la importancia de mantener el control de tensión tanto para proteger la batería como para cargarla correctamente.

Un simple controlador puede proporcionar una protección básica. Cuando la batería alcanza un voltaje predeterminado, el controlador la desconecta. Cuando la tensión cae por debajo de un punto de ajuste inferior predeterminado, el controlador la enciende de nuevo. Algunos controladores tales como el viejo modelo Trace C30 y los relevadores de desplazamiento de mercurio funcionan de esta manera.

Un controlador de ancho de pulso modulado (PWM) es el siguiente paso en avance tecnológico. Se desconecta automáticamente y se vuelve a conectar al generador fotovoltaico a un ritmo muy rápido, por lo general cientos de veces por segundo. Este enfoque de diseño permite que el controlador mantenga la batería a una tensión constante durante la regulación, lo que resulta en una carga de mayor calidad y ayuda a prolongar la vida útil de la batería.

Si nos fijamos en la potencia de un generador fotovoltaico, podemos ver cómo su producción se podría mejorar mediante el MPPT. La potencia (Watts) de los paneles fotovoltaicos puede ser fácilmente calculada multiplicando la tensión (Voltios) por la corriente (Amperios).

Watts = Voltios x Amperios

 

Cero amperios por cualquier voltaje son cero watts. Cualquier corriente por cero voltios todavía es igual a cero watts. En algún lugar entre el circuito abierto y el corto circuito, tenemos un punto de máxima potencia (PMP). Aquí es donde el módulo nos dará la salida más alta.

Un controlador de MPPT opera el sistema fotovoltaico a este voltaje del punto de máxima potencia, y lo convierte de forma eficiente a medida que éste disminuye hasta el punto mínimo de voltaje de la batería. La idea es que este convertidor opere eficientemente y pierda poca energía al calentarse, por lo que obtendremos la máxima energía posible.

También es deseable un buen algoritmo de MPPT. Si el controlador funciona demasiado a la izquierda o a la derecha del pico, la energía se desperdicia. Aunque la tensión de punto de máxima potencia normalmente cambia lentamente, al menos se debe comprobar de vez en cuando. Los controladores pueden hacer esto de muchas maneras diferentes. Normalmente, se pierde un poco de energía en la búsqueda del punto de máxima potencia, pero por lo general es muy poca.

Un controlador MPPT permitirá a una serie de paneles solares generar más energía que un controlador normal, a un menor costo, en comparación con la adición de más paneles para compensar la diferencia. El aumento de la producción por encima y más allá de la conexión directa fotovoltaica se denomina "impulso". La cantidad de aumento logrado no siempre es fácil de predecir, puede depender de varios factores, principalmente la temperatura y estado de carga de la batería. Por ejemplo, altas cantidades de impulso pueden suceder en un día soleado frío en invierno, después de una tormenta, cuando las baterías están muy descargadas y que necesita la energía al máximo.

EL PUNTO MÁXIMO DE VOLTAJE PUEDE VARIAR

La temperatura del módulo fotovoltaico juega un papel importante en la determinación de la cantidad de impulso que obtendrá. Entre más caliente esté el sistema, menor es el voltaje del punto de máxima potencia y la potencia. Esto puede, a veces, llevar el punto de máxima potencia a un valor igual o incluso por debajo de la tensión de la batería. En este caso, no se obtendrá el impulso, y un controlador PWM funcionará igual que un controlador MPPT.

En general, cuando los módulos están fríos, la salida y el voltaje del punto de máxima potencia suben, y un cargador de tipo PWM no será capaz de aprovechar toda la potencia disponible.

Una forma de asegurarse de que la tensión del punto de máxima potencia se mantenga más alta que el voltaje de la batería, si el controlador lo permite, es simplemente conectar más módulos fotovoltaicos en serie que aumentan la tensión del generador. Normalmente, cableando el módulo a una tensión nominal superior a la batería hará el truco, como si una matriz nominal de 36 voltios cargara una batería nominal de 24 voltios. Más tensión fotovoltaica también puede mejorar el rendimiento cuando hay poca luz en la mañana o en la noche.

REDUZCA SUS PÉRDIDAS

¡Pero espere! ¡Hay más! Mientras que estamos elevando la tensión fotovoltaica un poco, ¿por qué detenerse ahí? Como se mencionó antes, la potencia (watts) es igual a la tensión por el amperaje. Cuando hablamos de una pérdida de energía en los cables fotovoltaicos, utilizamos la ecuación:

P = I2 x R

 

Donde P es la potencia perdida, I2 es corriente al cuadrado (amperios x amperios), y R es la resistencia del cable.

Si reducimos el amperaje a la mitad (duplicando la tensión), se reduce la potencia perdida a un cuarto. Si reducimos el amperaje a la cuarta parte, podemos reducir la potencia perdido a la 1/16, etc. Hacemos esto mediante el aumento de la tensión al doble o al cuádruple, respectivamente. Para instalaciones con longitud de cableado muy larga, esto puede representar un ahorro real muy rápidamente.

AQUÍ ESTÁ EL PUNTO

Los controladores MPPT vienen en diferentes amperajes, desde unos pocos amperios hasta 60 o 70. La potencia mínima de un sistema fotovoltaico para considerar la compra de un controlador MPPT es de aproximadamente 250 watts. Por supuesto, es posible que desee comprar uno, incluso para un sistema más pequeño, si considera ampliar su sistema en el futuro. El tamaño aproximado máximo del sistema fotovoltaico (en watts) que se puede conectar a la entrada de un controlador se puede calcular multiplicando el voltaje de la batería por la salida nominal de corriente del controlador.

MPPT es una forma inmediata para aumentar el rendimiento del sistema sin tener que invertir en la adición de paneles adicionales. A menudo, se desperdicia parte de su inversión fotovoltaica si usted no está utilizando un controlador de carga MPPT. Agregar un controlador MPPT le ayudará a cargar con mayor eficiencia, girar su medidor de energía hacia atrás más rápido y ahorrar dinero mientras el sol brille.