Un controlador de carga de batería es un componente absolutamente vital de un sistema completo de paneles solares. Está diseñado para proteger las baterías solares de varias maneras, por ejemplo, cortando automáticamente la corriente de carga cuando hay una sobrecarga o interrumpiendo la descarga cuando se produce un cortocircuito.
Hay un par de tipos diferentes de controladores de carga. Entre ellos, los controladores de carga PWM y MPPT son las opciones más populares. Sobre los dos tipos de controladores de carga, hemos escrito artículos relacionados que presentan la diferencia entre los controladores de carga MPPT y PWM y los controladores de carga solar MPPT hace mucho tiempo, pero creemos que sigue siendo necesario ofrecer a nuestros ávidos lectores una guía fácil de entender que explique qué es la tecnología MPPT y qué es PWM.
Aquí vamos.
¿Qué significa PWM?
PWM es el acrónimo de Pulse Width Modulation (Modulación por Ancho de Pulso), una tecnología digital eficaz para controlar circuitos analógicos mediante la salida digital de un microprocesador. Al modular el ancho de una serie de pulsos, puede producir la forma de onda requerida en forma y amplitud. En otras palabras, altera el ciclo de trabajo, que es la relación entre el ancho del pulso y el período del pulso, para obtener el voltaje y la frecuencia requeridos. La tecnología PWM se utiliza ampliamente en mediciones, comunicaciones, la industria solar y más.
¿Qué significa MPPT?
MPPT, o Maximum Power Point Tracking (seguimiento del punto de máxima potencia) –no es difícil de adivinar por su nombre completo– es una tecnología para maximizar la extracción de energía a pesar de las condiciones cambiantes. Siempre esperamos que nuestro conjunto solar pueda funcionar con la mejor potencia de salida. Sin embargo, la potencia de salida puede variar a medida que la irradiancia solar y la temperatura cambian constantemente, así como debido a la influencia del voltaje de carga. Si no se adoptan métodos de control, el conjunto solar nunca podrá producir la máxima potencia. Por eso, la tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia está llegando. La tecnología puede mantener siempre el conjunto solar funcionando en el punto de máxima potencia.
¿Cómo funciona el controlador de carga PWM?
El controlador PWM, o el diseño modulado por ancho de pulso, es muy útil para sistemas pequeños donde la salida de voltaje de los paneles coincide estrechamente con el voltaje de las baterías. Es particularmente útil donde la luz solar es brillante y continua, y las baterías generalmente se mantienen bien cargadas cerca de la parte superior de su capacidad.
Los PWM funcionan suministrando la corriente completa disponible a las baterías hasta que se acercan al estado de carga máxima. En ese punto, la conmutación electrónica interna reduce la corriente a un nivel de mantenimiento para mantener las baterías en su punto máximo, evitando daños por sobrecarga.
Más específicamente, la cantidad de energía que se entrega al sistema de baterías a menudo está limitada por un pequeño pero robusto chip de circuito integrado (IC) DIP llamado 555 Timer, aunque existen otros métodos. Este IC puede enviar una señal para controlar cuándo el control de carga aplica corriente a la batería y por cuánto tiempo.
Imaginemos que tiene un ciclo de trabajo (el tiempo entre el encendido y el apagado justo antes de que se repita esa acción) de un segundo. Durante un segundo, imaginaremos que el conjunto fotovoltaico podría entregar cinco amperios de corriente de los paneles a las baterías. Sin embargo, si se apagara durante medio segundo, cada segundo, el sistema de almacenamiento solo recibiría el 50 % (2.5 amperios) de la corriente disponible. Si solo estuviera encendido durante 1/10 de segundo, solo proporcionaría el 10 % (0.5 amperios) de la energía disponible.
Los PWM no son ajustables por el propietario, ya que se optimizan en fábrica. Tampoco se pueden utilizar con otras fuentes de energía muy variables, como las turbinas eólicas, estrictamente paneles solares. Cuando las baterías están completamente cargadas, los PWM disipan la energía extra en forma de calor.
La entrega de energía se vería como la siguiente imagen, proporcionando energía de carga directamente proporcional al tiempo que el dispositivo está encendido electrónicamente.
Óptimamente, el PWM se adapta a un clima brillante y cálido, y aunque este es el estilo menos eficiente de controlador de carga, simplemente no importa en un sistema más pequeño. Es ideal para casas móviles, furgonetas convertidas e incluso la fascinación moderna por las "casas diminutas".
¿Cómo funciona el controlador de carga MPPT?
Los MPPT son controladores más sofisticados que los PWM, y adecuados para sistemas de al menos 400 vatios. Son convertidores de CC a CC que equilibran voltajes y corrientes entre la fuente fotovoltaica y el sistema de almacenamiento (baterías). La eficiencia de los MPPT siempre es igual o superior al 92%, por lo que generarán la máxima energía disponible para las condiciones en las que se encuentre.
Imagina que estás usando un controlador de carga PWM y tus baterías están bajas por la mañana debido al uso nocturno, digamos 11 voltios. Tu panel de 17.5 voltios * 7.5 amperios (130 vatios) solo podrá enviar 82 vatios a tu almacenamiento porque está a 11 voltios. ¡Estás perdiendo 48 vatios!
Estos desajustes de voltaje entre componentes se resuelven fácilmente con un MPPT. Estos controladores de carga superiores (en este caso) reducirán el voltaje a 12 voltios, aumentando la corriente a casi 11 amperios, lo que resultará en que obtendrás la máxima potencia disponible para tus baterías sin desperdicio.
Para ser claros: los MPPT leen la salida del conjunto fotovoltaico, comparándola con los voltajes actuales de la batería; luego alteran el voltaje de la salida fotovoltaica para maximizar la corriente al sistema de la batería. Si el voltaje es significativamente más alto que el sistema de la batería, puede disminuir el voltaje y aumentar la corriente; si el voltaje es más bajo que el sistema de la batería (por ejemplo, porque está parcialmente sombreado por la mañana), puede disminuir la corriente para aumentar el voltaje.
Existen varios métodos para lograr esto, como aumentar gradualmente el voltaje para ver si aumenta la transferencia de corriente. Si lo hace, puede aumentar aún más el voltaje y volver a medir. Continúa haciendo esto hasta que la corriente ya no aumente. Si el nivel de potencia cambia nuevamente, realiza más comprobaciones hasta que alcanza el punto ideal.
Alternativamente, métodos como la Conductancia Incremental dependen más del cálculo de la relación voltaje/corriente, lo cual es muy efectivo, pero más costoso ya que se necesita una computadora a bordo bastante potente.
La conclusión
Decidir entre controladores de carga PWM y MPPT es importante, ya que el costo varía significativamente. No querrás comprar en exceso más allá de tus necesidades, pero un controlador MPPT ofrece más versatilidad para expandir tu sistema. Si esperas agregar más paneles, el MPPT puede ser el camino a seguir.
Seleccionar entre las implementaciones de MPPT es igualmente importante. Si su arreglo no está sombreado, un sistema mucho más simple puede ser suficiente para sus necesidades. Si parte de él está parcialmente sombreado en algunos momentos del día, un sistema más sofisticado le ayudará a maximizar la energía que puede extraer de su sistema.
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