Artículo: Home Power Magazine.

Traducción y Redacción: Jorge Ávalos @ Energía Amiga.

Diseño, Formato e Imágenes: JA Social Media Marketing & Graphic Design.

Reguladores de Carga

REGULADORES DE CARGA

 

Cuando el Sol está brillando, un panel solar está listo para producir electricidad. Todo lo que se necesita para que los electrones circulen en los cables, es un circuito completo. Sin embargo, si en un sistema aislado las baterías se llenan y se genera más energía de la que se consume, se sobrecargarán, lo que podría dañarlas permanentemente.

Es ahí donde los reguladores protegen a las baterías. El regulador más simple es un interruptor manual que desconecta el panel solar cuando el banco de baterías está lleno. Sin embargo, como el daño hacia la batería puede suceder rápidamente, se necesita una solución automatizada. Los reguladores de carga modernos pueden:

 

  • Evitar la sobrecarga con un régimen estricto de ciclos de carga saludables.

  • Ecualizar las baterías en un periodo establecido.

  • Registrar, almacenar y enviar información a una computadora o a Internet.

  • Controlar automáticamente otro equipo en el sistema de acuerdo a la tensión del banco de baterías.

  • Comunicarse con los otros componentes del sistema para obtener un buen desempeño.

AVANCES EN REGULADORES

 

Anteriormente, los reguladores de carga eran interruptores que controlaban el voltaje y se desconectaban del panel solar al llegar a cierto voltaje. Cuando la tensión disminuía a un punto más bajo, se reconectaba al generador. Estos reguladores protegían a las pilas de una sobrecarga, pero eran incapaces de proporcionar el régimen de carga de tres etapas para una mayor duración de la batería.

El régimen de carga de tres etapas pudo lograrse gracias a la llegada de los reguladores de ancho de pulso modulado (PWM). Esta tecnología carga las baterías con pulsos eléctricos de alta frecuencia, y puede cambiar continuamente la intensidad de corriente mediante el cambio de longitud de los pulsos. Cuando las baterías se descargan, el regulador PWM lo detecta desde el voltaje de las baterías y se mantiene encendido para transmitir totalmente la corriente que se encuentre disponible; esta etapa del régimen se llama “carga”.

La siguiente etapa se llama “absorción” y ocurre cuando las baterías están a punto de llenarse. El regulador mantiene constante el voltaje de las baterías durante un período de tiempo, y se incrementa el tiempo de apagado para reducir gradualmente la corriente mientras se llenan las baterías.

La etapa de “flotación” ocurre cuando las baterías se llenan, el banco de baterías recibe suficiente corriente para mantenerla a una tensión constante, pero por debajo del punto en el que se produce la gasificación excesiva. El gas producido es hidrógeno y si esto ocurre, el nivel del electrolito en una batería desciende, por lo que es fundamental controlar cuidadosamente la etapa de flotación de la carga. Si el nivel del electrolito queda debajo de la parte superior de las placas de plomo, la batería se dañará.

 

DESVIACIÓN DE CARGA

 

Algunos reguladores incluyen un “modo de desvío”, lo que les permite conectarse directamente al banco de baterías y enviar una tasa variable de intensidad de corriente de las baterías a los elementos de calefacción u otras cargas. Esto se utiliza sobre todo en turbinas eólicas o hidroeléctricas conectadas al sistema, las cuales deben tener siempre una carga llena conectada porque si no, podrían aumentar su velocidad demasiado y dañarían la turbina. El modo de desvío rara vez se utiliza con sistemas fotovoltaicos, ya que los módulos no tienen que estar siempre cargados.

CONTROL DE CARGA

Algunos reguladores tienen un modo “control de carga”, que se utiliza a veces como una “desconexión de bajo voltaje”. Cuando el voltaje de la batería disminuye por debajo de cierto valor, el regulador de carga desconecta las cargas de corriente continua del sistema. Este modo se utiliza sólo en sistemas de corriente continua con cargas pequeñas para prevenir daños en la batería.

SEGUIMIENTO DEL MÁXIMO PUNTO DE POTENCIA (MPPT)

 

Una innovación reciente en los reguladores de carga se llama seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT). Escanea la tensión del banco de baterías y de los módulos fotovoltaicos a intervalos regulares, y calcula el ajuste óptimo entre los módulos y el banco de baterías. MPPT es capaz de jugar con el valor de los volts y los amperes. Bajo ciertas condiciones, tales como clima frío, días nublados o luz cuando el sol está cerca del horizonte, es posible tener ganancias de energía de hasta un 35%.

Los reguladores MPPT tienen otra gran ventajapermiten a los sistemas fotovoltaicos de mayor voltaje que operen de manera más eficiente y requieran menor calibre de cable. En algunos casos, especialmente cuando el sistema se encuentra lejos de las baterías, el costo adicional de MPPT se compensa con los ahorros del uso de cable de menor calibre.

Tenga en cuenta las siguientes recomendaciones al elegir entre reguladores MPPT y reguladores comunes. En primer lugar, todos los módulos fotovoltaicos que alimentan un regulador MPPT deben ser idénticos. Se debe evitar la mezcla de módulos de diferentes fabricantes; diferente tecnología fotovoltaica; módulos con potencia y voltaje diferentes, ya que podrían dañarse los paneles.

Tenga cuidado al dimensionar series de módulos fotovoltaicos que alimentan un regulador MPPT. Si se excede el máximo voltaje permitido, el regulador se puede dañar permanentemente. Recuerde que los módulos producen voltajes más altos en un clima frío, por lo que tres módulos de 45 V en series de 135 V, podría ser muy bueno durante el verano para un regulador MPPT con un voltaje máximo de 150 V, pero pude dañarlo cuando hace frío y está soleado.

Es necesario tener un cuidado especial​ en el diseño y la instalación de sistemas fotovoltaicos superiores a 48 V. Todas las cajas de conexiones e interruptores automáticos deben soportar el voltaje máximo del sistema de corriente continua, pues los arcos eléctricos de corriente continua son difíciles de eliminar y pueden causar un incendio. Las descargas eléctricas accidentales durante la instalación que son dolorosas a menos de 48 V, pueden ser letales a voltajes más altos. Contrate a un profesional si tiene la más mínima duda de su habilidad para instalar el sistema de forma segura.

LA ELECCIÓN DE UN REGULADOR

 

En primer lugar, debe limitar sus opciones a los reguladores que funcionan con el voltaje de las baterías, que normalmente es de 12, 24 o 48 V. A continuación, calcule el amperaje máximo que su controlador tendrá que manejar. Divida los watts entre los volts del sistema para obtener el amperaje. A continuación, añada un 25% de margen de seguridad para tener en cuenta las condiciones de irradiación superiores. Por ejemplo, un regulador nominal de 40 A posiblemente podría manejar 480 W en un banco de 12 V de la batería; 960 W en un banco de 24 V; y 1 920 W en un banco de 48 V. Después de tener el 25% adicional, los valores máximos se convierten en 384 W, 768 W y 1 536 W, respectivamente.

Amperios = Watts / Voltios

A continuación, elija el voltaje del sistema fotovoltaico. Si va con un regulador sin MPPT, la tensión del campo nominal debe coincidir con la tensión nominal de la batería. Si utiliza un regulador MPPT, muchos fabricantes tienen una hoja de cálculo en línea pre-cargado con las especificaciones de muchos módulos fotovoltaicos populares. La hoja de cálculo también tendrá en cuenta la temperatura en función del rendimiento de la tensión de los módulos; requerido para proteger el regulador de altos voltajes durante el clima frío.

Si no incluye una hoja de cálculo, usted necesitará utilizar la hoja de especificaciones del fabricante de módulos fotovoltaicos (junto con el registro de temperaturas mínimas en su área) para determinar qué tan alta podría llegar la tensión del módulo durante el clima frío. Utilice esta cifra para calcular cuántos módulos se pueden colocar de forma segura en serie.

OTRAS CARACTERÍSTICAS

 

Un display digital puede ser útil para mirar el regulador y ver como el panel solar se está desempeñando, qué etapa de carga del regulador se está llevando a cabo, y cuál es el voltaje de las baterías.

En vez de ir a la ubicación del regulador para comprobar el rendimiento, algunos tienen pantallas remotas opcionales que se pueden montar en cualquier lugar que sea conveniente, utilizando un cable de bajo costo para conectarlas al regulador.

Las baterías varían en su capacidad de recarga en función de la temperatura, por lo que un regulador puede utilizar la temperatura de la batería para ajustar la carga. Pero debido a que un controlador nunca debe ser montado dentro del compartimiento de las baterías, los sensores de temperatura a control remoto están disponibles para algunos controladores.

 

Un regulador de carga que puede realizar otras tareas en función del voltaje de las baterías puede ser útil. Puede controlar mandos para la ventilación del banco de baterías que se encienden sólo cuando las baterías estén desprendiendo gas. Los mandos de control sólo manejan cargas muy pequeñas. Las más grandes pueden requerir una mayor potencia de mando externo separado.

Si sus baterías requieren ecualización regular, algunos reguladores le permiten igualar usando la electricidad solar en un día soleado, en lugar de quemar combustible con un generador de motor. Las ecualizaciones automáticas programadas están disponibles en algunos reguladores. Si su batería puede dañarse por la igualación (por ejemplo, como muchas baterías de plomo-ácido), verifique y vuelva a comprobar que esta función está desactivada. Además, tenga en cuenta que algunos generadores fotovoltaicos no pueden entregar los amperios necesarios para igualar plenamente un banco de baterías, por lo que se puede requerir un generador.