Los controladores de carga para paneles solares aislados han evolucionado, obtén tu energía al máximo con MPPT
Está usted interesado en aumentar la producción de su panel solar, sin tener que añadir más. Un controlador de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) le permitirá cosechar más energía del sol bajo la mayoría de las condiciones. Así que si el rendimiento óptimo del sistema es su objetivo, eche un vistazo más de cerca a la tecnología detrás de MPPT.
Los controladores MPPT disponibles en el mercado han existido al menos desde la década de 1980. Ahora se están convirtiendo en parte del 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.
¿Cómo se cargan las baterías?
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 se empezará a cargar la batería. 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". Varias veces al año, usted querrá igualar el 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 gastaría gran parte de su ciclo de carga en aproximadamente 17 VCC, si la batería (o el regulador de carga) lo dejara.
La revolución de los controladores con tecnología 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 operativa de la batería si el proceso de carga no se controla. La sobrecarga de baterías selladas las destruirá y posiblemente provocará explosiones. Así que usted puede ver por qué es necesario 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. Controladores tales como el viejo Trace C30 y los de desplazamiento de mercurio funcionan de esta manera.
Un controlador de ancho de pulso modulado (PWM) es el siguiente paso en sofisticación. Se desconecta automáticamente y vuelve a conectar el 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 la carga una mayor calidad y mayor duración de batería.
La tecnología de Máximo punto de seguimiento de ruta MPPT (Maximum Point Path Tracking) es mucho mejor.
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 * Amperios
Si nos fijamos en la parte derecha de la gráfica, donde se desconectan los cables, hay tensión en circuito abierto (V), pero no hay amperaje (corriente). Cero amperios por cualquier voltaje son cero watts. En el lado izquierdo de la gráfica, los cables fotovoltaicos están conectados directamente entre sí, y aunque tenemos un montón de amperios (corriente de cortocircuito), tenemos cero voltios a través de este corto circuito. Cualquier corriente por cero voltios todavía es igual a cero watts. En algún lugar entre el circuito abierto y corto, tenemos un punto de máxima potencia (PMP), que se muestra por el alto pico. Aquí es donde el módulo nos dará la salida más alta
Un controlador de MPPT opera el campo fotovoltaico a este voltaje del punto de máxima potencia, y de manera eficiente se traduce en que hasta el voltaje de la batería baja. La idea es que este convertidor opere eficientemente y pierda poca energía al calentar, por lo que tendremos tanta energía como sea posible.
Un buen algoritmo de MPPT también es deseable. 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 cambiar lentamente, al menos se debe comprobar de vez en cuando. Los controladores pueden hacer esto de muchas maneras diferentes. Normalmente, un poco de energía se pierde en la búsqueda del punto de máxima potencia, pero por lo general es muy pequeño.
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 módulos 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 durante el día
La temperatura del módulo fotovoltaico juega un papel importante en la determinación de la cantidad de impulso que usted conseguirá. Entre más caliente estén los módulos, menor es la tensión del punto de máxima potencia y habrá energía. Esto puede, a veces, poner el punto de máxima potencia igual o incluso por debajo de la tensión de la batería. En este caso, se obtendrá sin refuerzo, y un controlador PWM podría funcionar igual de bien como un controlador MPPT.
En general, cuando los módulos son fríos, la salida y el voltaje del punto de máxima potencia suben, y un cargador de tipo PWM no será capaz de tomar ventaja de 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 y lleve sus paneles solares a su máxima eficiencia
¡Pero espere! ¡Hay más! Mientras que estamos elevando la tensión fotovoltaica un poco, ¿por qué detenerse ahí? Como se mencionó antes, la energía (watts) es igual a la tensión de amperaje. Cuando estamos hablando de una pérdida de energía en los cables fotovoltaicos, utilizamos la ecuación:
P = I2*R
Cuando se pierde la alimentación P, I2 es corriente al cuadrado (amperios x amperios), y R es la resistencia del cable. Si reducimos el amperaje por dos (con la duplicación de la tensión), se reduce el poder perdido por cuatro. Si reducimos el amperaje por cuatro, podemos reducir el poder perdido por dieciséis, etc. Hacemos esto mediante el aumento de la tensión por dos o cuatro veces, respectivamente. Durante un recorrido de cable muy largo, esto puede añadir hasta un ahorro real muy rápidamente.
Eligiendo el ideal controlador / cargador de baterías.
Los controladores MPPT vienen en diferentes amperajes, desde unos pocos amperios hasta 160 o 200. La matriz de potencia mínima para considerar la compra de un controlador MPPT es de al menos 100 vatios para que permita conectar en serie al menos 2 paneles solares. Por supuesto, es posible que desee comprar uno, incluso para una matriz más pequeña si va a ampliar su sistema más tarde. El tamaño aproximado máximo de la matriz (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 ir a la molestia o el costo de la adición de módulos fotovoltaicos adicionales.
A menudo, se desperdicia parte de su inversión fotovoltaica si usted no está utilizando un controlador de carga SPMP. Agregar un controlador MPPT le ayudará a cargar con más fuerza, girar su contador de servicios hacia atrás más rápido y ahorrar dinero mientras el sol brilla.
Referencias
Gudgel, B. (2005). Get Maximum Power From Your Solar Panels with MPPT. Home Power, 58-62.