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Controladores de carga solar: diferentes tipos y cómo elegirlos

Los sistemas fotovoltaicos (PV) generalmente se instalan con sistemas de respaldo de batería y requieren un dispositivo para controlar cómo se cargan y descargan las baterías, regulando la corriente y el voltaje. El mejor dispositivo para esta tarea es el controlador de carga solar.

Si desea obtener más información sobre los controladores de carga solar, los diferentes tipos disponibles y cómo elegirlos, este artículo es para usted. Aquí aprenderá todo lo que necesita saber sobre ellos, incluidas sus mejores características y una gran lista de consejos para ayudarlo a elegir el mejor controlador de carga solar.

La guía definitiva de controladores de carga solar

¿Qué es un controlador de carga solar? ¿Por qué lo necesitas?

El controlador de carga solar es un dispositivo que funciona como un sistema de protección para baterías solares y cargas en sistemas solares fotovoltaicos. Sin este dispositivo, debido a la inestabilidad de la salida del panel solar, el voltaje podría exceder los valores permitidos para las cargas o la batería, causando daños a cualquiera de estos. Brindar esta protección es el propósito más importante de los controladores de carga, sin embargo, existen otras razones por las que es necesario, como se puede ver a continuación.

Compensación de la temperatura

Algunos controladores de carga solar modernos incluyen un sistema de compensación de temperatura de voltaje de batería. Dado que el voltaje ideal para una batería varía cuando la temperatura aumenta de 25 ºC, el controlador de carga solar puede medir la diferencia de temperatura y compensar en consecuencia. Según el dispositivo, el controlador de carga puede compensar -3 mV/°C/celda, -4 mV/°C/celda o -5 mV/°C/celda.

Monitoreo

Los controladores de carga solar le permiten controlar las especificaciones de la batería. Con esta información, podrás conocer fácilmente el estado de carga de tus baterías e incluso detectar si existe alguna anomalía.

Protección contra corrientes inversas

Los sistemas fotovoltaicos con baterías que carecen de un controlador de carga solar tendrían regularmente corrientes inversas, especialmente durante la noche. Esto ocurre cuando el voltaje de las baterías es mayor que el de los paneles solares, lo que ocurre principalmente durante la noche cuando los módulos no están generando electricidad. En otras palabras, tener corrientes inversas en un sistema fotovoltaico significa que las baterías se descargarían para “cargar” los paneles, lo que no tendría ningún sentido.

Con la instalación de este dispositivo protegerás tu sistema de este fenómeno, alargando la vida útil de tus paneles y manteniendo una carga óptima de tus baterías. Algunos paneles están diseñados para soportar pequeñas corrientes inversas, pero en circunstancias normales, podrían dañarse peligrosamente.

Puntos de ajuste de la batería

Los controladores de carga solar utilizan un sistema de carga de etapas múltiples diseñado para cargar baterías con el voltaje y la corriente correctos para cada etapa. Dependiendo del electrolito de la batería, el controlador de carga puede usar diferentes etapas de carga:

  • Baterías de plomo ácido: (1) a granel, (2) absorción, (3) flotación y (4) ecualización (solo para baterías inundadas)
  • Baterías de iones de litio: (1) Carga lenta, (2) Corriente constante, (3) Voltaje constante y (4) Terminación de carga
  • Baterías NiMH: (1) Carga lenta, (2) Corriente constante, (3) Top-off y (4) Terminación de carga

Además de cargar correctamente las baterías, un controlador de carga protege las baterías al incluir una serie de sistemas de protección. La mayoría de los controladores de carga protegerá las baterías de sobrecarga, sobrecarga, sobre descargas, y los cortarán debido al bajo voltaje.

Controladores de carga solar MPPT vs. PWM: ¿Cuál es la diferencia?

Con tantos controladores de carga solar diferentes en el mercado, es difícil saber cuál es la mejor opción, pero en realidad, cada modelo pertenece a uno de dos tipos: MPPT o PWM. A continuación, explicamos cómo funciona cada una de estas tecnologías.

¿Cómo funcionan los controladores de carga solar PWM?

Una modulación de ancho de pulso (PWM) funciona como un interruptor que conecta los paneles solares a las baterías, y no como un convertidor de CC a CC, razón por la cual este controlador de carga no aprovecha al máximo la curva IV de los paneles. Este controlador de carga modula un pulso proveniente de los paneles hacia la batería, limitando el voltaje según el estado de carga de la batería, en lugar de convertirlo.

Dado que el controlador de carga PWM solo limita el voltaje máximo, esto se traduce en pérdidas de energía. La razón de las pérdidas de energía es que el punto de ajuste de voltaje para la batería puede no ser el punto más óptimo en la curva IV o PV del panel solar. En otras palabras, establecer el voltaje en 12 V sin ajustar la corriente para que coincida con el punto de máxima potencia de la curva dará como resultado pérdidas de potencia.

Los controladores de carga solar PWM son bastante baratos y ideal para sistemas fotovoltaicos de pequeña escala. Dado que estos controladores de carga funcionan con una eficiencia del 75 al 80 %, pueden producir pérdidas de energía del 25 al 20 % en el sistema.

¿Cómo funcionan los controladores de carga solar MPPT?

El controlador de carga solar de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) maximiza la extracción de energía de los paneles solares siguiendo un algoritmo que le permite rastrear el punto de máxima potencia de la curva IV (punto generalmente marcado como Pm en la curva IV). Para igualar este valor de Pm (que varía a lo largo del día) con el voltaje de la batería, se aumenta la corriente eléctrica. En otras palabras, este tipo de controlador de carga siempre entregará la máxima cantidad de energía posible desde los paneles.

Mediante el uso de un controlador de carga MPPT, es posible obtener un 92-95% Conversión de CC a CC eficiencia. Con este controlador de carga, no tiene que hacer coincidir el voltaje de la batería, ya que maximizará la energía solar independientemente del voltaje de la batería con la que esté trabajando.

Controladores de carga solar PWM frente a MPPT

Los controladores de carga PWM y MPPT siempre se comparan. Si bien los controladores PWM son más baratos, MPPT es mucho más avanzado, lo que los hace mejores a largo plazo. Aquí comparamos algunos de los pros y contras de cada uno:

Eficiencia

La mejor ventaja de los controladores de carga solar MPPT frente a PWM es la eficiencia. Mientras que el controlador de carga solar PWM reduce el voltaje de la curva IV, provocando pérdidas de energía de hasta un 25 %, MPPT utiliza microcontroladores avanzados para rastrear el punto de máxima potencia en la curva IV. Esto se puede hacer haciendo una conversión de CC a CC que haga coincidir este valor de potencia con los valores de voltaje y corriente correspondientes para las baterías, lo que apenas causa pérdidas de potencia del 5 al 8 % en el sistema.

Esta diferencia en la eficiencia está altamente asociada con la capacidad de los controladores de carga solar MPPT de rastrear el punto de operación de máxima potencia, funcionalidad que los modelos PWM no tienen.

Precio

Los controladores de carga solar PWM son más baratos porque son una tecnología mucho más simple; sin embargo, dejan atrás mayores pérdidas de energía. El controlador de carga solar PWM se usa mejor para sistemas fotovoltaicos pequeños y portátiles, donde las pérdidas no son tan considerables como en los sistemas grandes y las reducciones de costos son importantes. Mientras tanto, para tipos de sistemas grandes o de tamaño doméstico, definitivamente se requiere un MPPT a pesar del aumento del precio.

Voltaje de los Paneles

En los controladores de carga solar PWM, el voltaje de la matriz debe estar lo suficientemente cerca del voltaje de las baterías para evitar pérdidas de energía sustanciales. Este no es el caso de los controladores MPPT, en los que el voltaje de los paneles solares puede superar con creces al de las baterías.

Compensación de temperatura

La mayoría de los controladores de carga solar MPPT incluyen sistemas de compensación de temperatura incorporados, que regulan el voltaje de salida del dispositivo al voltaje ideal para cargar la batería. Solo los controladores de carga PWM modernos incluyen esta opción, pero generalmente requieren un sensor de temperatura de batería externo.

Diagrama: controlador de carga solar en un sistema fotovoltaico solar
© SolarBuy.com

¿Cómo elegir un controlador de carga solar? Cosas para considerar

Al buscar elegir el mejor controlador de carga solar para usted, es importante tener en cuenta varios aspectos:

Tipo de sistema

El tipo de controlador de carga que deberá elegir puede depender del tipo de sistema solar que vaya a instalar.

¿Sistema solar fuera de la red? ¿Sistema conectado a la red?

Los sistemas solares fuera de la red siempre requerirán un controlador de carga solar. Según el tamaño del sistema solar fotovoltaico, es posible que deba optar por un modelo MPPT o, si el sistema es muy pequeño, puede optar por un controlador de carga PWM. Si está pensando en convertir su sistema conectado a la red en un sistema conectado a la red con respaldo de batería, definitivamente necesitará un MPPT.

Luz solar (¿Luz de jardín o farola?)

Las luces solares generalmente vienen con un panel solar adicional para alimentar una luz LED, para este tipo de sistema, un controlador de carga PWM probablemente hará el trabajo bastante bien. Las farolas solares generalmente no son componentes sensibles a la electrónica y demandan cantidades bajas de electricidad, además, dado que la fuente es solo un módulo, son perfectas para la tecnología PWM. Pero para un rendimiento robusto y una vida útil más larga, muchas farolas solares modernas han cambiado a controladores MPPT ya que sus costos han disminuido.

¿RV (vehículo recreativo)?

Los vehículos recreativos siempre requerirán un controlador de carga solar. Si tiene un sistema fotovoltaico muy pequeño (quizás 1-2 paneles) con un voltaje de salida cercano al voltaje de la batería, podría ser bueno tener un controlador de carga PWM, sin embargo, si el sistema pretende cubrir una gran parte de las cargas. en el RV, entonces un MPPT sería una mejor opción.

Tiempo

A diferencia de las creencias populares, los sistemas fotovoltaicos son más eficientes en temperaturas frías. Esto se debe a que el voltaje aumenta con las bajas temperaturas y, por lo tanto, la potencia también aumenta. De manera similar, los controladores de carga generalmente funcionan mejor en condiciones de temperatura fría. Elegir uno u otro en función únicamente del clima puede ser una decisión difícil, pero lo más importante es verificar que la temperatura ambiente esté dentro de las condiciones de temperatura de funcionamiento del controlador de carga.

El voltaje de los paneles y la batería

La mayoría de los sistemas de almacenamiento de baterías funcionan con un voltaje que oscila entre 12 y 48 V. Si está buscando instalar un controlador de carga PWM, debe hacer coincidir el voltaje de los paneles con el banco de baterías. Si desea instalar una matriz solar con un voltaje mucho más alto, debe elegir un controlador de carga solar MPPT.

Tamaño de las cargas a potencia

Al elegir un controlador de carga solar, debe considerar el tamaño de la carga con respecto a cuántos amperios puede manejar el controlador de carga. La mayoría de los controladores PWM son más adecuados para sistemas fotovoltaicos pequeños, manejan cargas pequeñas de hasta 240 W y funcionan a 20 A 24 V. Los controladores de carga solar MPPT, por otro lado, pueden manejar cargas más altas, siendo una mejor opción para hogares fuera de la red.

Especificaciones y características adicionales para controladores de carga solar

Si bien los aspectos mencionados anteriormente son algunos de los más importantes, también debe considerar otras especificaciones, como se puede ver a continuación.

  • Salida de corriente máxima
  • Voltaje nominal de la batería
  • Voltaje abierto fotovoltaico
  • Rango de voltaje MPPT (solo para controladores de carga MPPT)
  • Potencia máxima de matriz fotovoltaica bajo STC
  • Eficiencia
  • Parámetros de compensación de temperatura
  • Tecnología.
  • Temperaturas operativas
  • Etapas de regulación de tensión
  • Tipo de batería compatible
  • Dimensiones

Aparte de las especificaciones técnicas, hay otras características que debes considerar:

  • Tipo de pantalla e interfaz de usuario
  • Funciones de protección adicionales para las baterías y la carga
  • Control remoto
  • Garantía

Conclusión

El controlador de carga solar es uno de los componentes más vitales para los sistemas solares basados ​​en baterías y fuera de la red. Este dispositivo protegerá sus baterías, paneles solares y controlará muchos aspectos del sistema. Al instalar un controlador de carga solar, siempre considere entre PWM y MPPT, según el tamaño de su sistema, el presupuesto y las pérdidas de energía que espera para el sistema.

Para elegir el mejor controlador de carga solar para usted, compare cada opción con los aspectos y consejos de la última sección del artículo. Esta sección te ayudará a elegir un controlador de carga solar que se adapte perfectamente a tus necesidades, mostrándote el mejor rendimiento y alargando la vida de tus baterías.

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