Visión general del controlador de carga

Por el equipo de experiencia del usuario de Renogy 20 de abril de 2023

En general, los controladores de carga regulan la energía de los paneles solares y cargan las baterías de forma segura. Tienen sensores que determinan el estado de la batería y evitan la sobrecarga o ajustan la carga cuando el entorno juega un papel. Algunos también vienen con algoritmos predeterminados para los principales tipos de baterías de uso común, como las de plomo-ácido selladas, de gel y de electrolito líquido.

Existen dos tipos principales de controladores para su uso en la industria de la energía solar: PWM (modulación de ancho de pulso) y MPPT (seguimiento del punto de máxima potencia). Para que estos controladores comiencen a cargar una batería, el voltaje que entra al controlador debe ser mayor que el de la batería para que los controladores de carga puedan regular el voltaje. Tanto los controladores PWM como los MPPT cargan baterías de ciclo profundo, pero manejan el algoritmo de carga de manera diferente, lo que contribuye a sus diferencias de eficiencia. Las principales diferencias entre PWM y MPPT son la eficiencia de carga y el costo. Los controladores MPPT (90% y más de eficiencia) son más eficientes que los PWM (70%-80% de eficiencia) en la carga de la batería, y los controladores PWM son más económicos que los controladores MPPT (aproximadamente 1/3 del precio).

Resumen

Los controladores de carga son un equipo electrónico complejo que es esencial para el funcionamiento de un sistema solar fuera de la red.

A continuación se resumen los puntos clave de esta sección:

Los controladores de carga suelen venir en dos variedades principales: modulación de ancho de pulso (PWM) y seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).
Los controladores MPPT son mucho más eficientes que los controladores PWM y a veces son la única opción lógica, especialmente para evitar pérdidas de energía excesivas en sistemas más grandes.
Los controladores PWM funcionan mejor cuando los voltajes de la matriz de paneles coinciden estrechamente con los voltajes de carga de la batería.
El emparejamiento de la batería con los controladores es importante para garantizar la salud de la batería.
Los controladores de carga suelen exhibir una carga de tres etapas, lo que permite la mejor compensación de la salud de la batería y la conservación de energía para la carga.

Controladores de carga PWM

Los controladores de carga PWM son los controladores menos eficientes de los dos tipos principales utilizados en la industria solar. La razón de esto es el método de regulación. Para un controlador PWM, actúa como un regulador de voltaje constante para reducir el voltaje requerido a un banco de baterías. Dado que el controlador PWM es un regulador de voltaje, no cambia la corriente de salida hasta que la batería está casi llena. Además, el voltaje de salida dependerá del voltaje de carga requerido por una batería. Al igual que con la corriente de salida, esto varía a lo largo del ciclo de carga, pero durante la mayor parte de este ciclo, permanece constante. Los controladores PWM emiten una señal pulsante a la batería para determinar el nivel de carga (punto de ajuste) para cargar completamente la batería y mantenerla.

Basado en los puntos de ajuste dentro del controlador, puede determinar el estado general de carga de la batería, cargarla por completo y mantenerla. En PWM, una vez que el controlador alcanza el punto de ajuste, cesa el control proporcional y entra en la modulación de ancho de pulso. El ancho de pulso es un tipo de control de encendido/apagado, lo que significa que una vez que se alcanza el punto de ajuste, la señal se apaga hacia la planta. Sin embargo, enciende y apaga la señal con frecuencia en lugar de apagarse por completo. Esta es una excelente característica para el control de carga de la batería porque una vez que cesa la carga, una batería tenderá a descargarse lentamente. Al pulsar continuamente una señal a la batería una vez que está llena, la mantendrá en el punto de ajuste. Esto sería similar a sostener una taza debajo de un grifo que tiene una fuga en la parte inferior.

Entonces intentarías mantener el nivel de agua lleno cerrando y abriendo rápidamente el grifo. Esencialmente, esta señal se aproxima a mantener la batería a un voltaje constante mientras se asegura de que no se sobrecargue. Cuando los PWM regulan el voltaje, el descenso para igualar el banco de baterías se pierde en calor, de ahí que sean menos eficientes. Los controladores PWM generalmente tienen un voltaje de entrada más bajo, lo que significa que tienes que conectar los paneles solares en paralelo.

Por último, los controladores PWM se utilizan normalmente en sistemas más pequeños donde las aplicaciones no son tan críticas. Una regla general es que 400W o menos deben usar un controlador de carga PWM.

Controladores de carga MPPT

Con un controlador MPPT, en lugar de regular el voltaje, en realidad se comporta como un convertidor de voltaje de CC. Al hacer esto, actúa esencialmente como un regulador de potencia. Esto permite que el controlador acepte cualquier entrada de energía (dentro de su rango de voltaje/corriente) y la convierta al voltaje apropiado para el banco de baterías.

Los convertidores de voltaje de CC suelen tener una eficiencia superior al 90%, dependiendo del nivel al que se opere el convertidor. Dependiendo de la entrada, la eficiencia puede variar del 90% al 99%. La corriente de salida de un controlador MPPT siempre producirá más flujo de corriente a la batería que un controlador PWM. Como sabemos que, en promedio, los controladores PWM tienen una eficiencia promedio de alrededor del 79% (máx.) y los MPPT tienen una eficiencia promedio del 94%, un MPPT producirá una corriente de aproximadamente 1.2 veces la corriente de la matriz o un 20% más que la matriz. Mantiene una mayor eficiencia y aumenta la corriente de la matriz para cargar la batería más rápidamente en lugar de desperdiciar energía en forma de calor.

Además, el controlador MPPT suele admitir una entrada de voltaje más alta, lo que permite el cableado de los paneles en serie. Esto puede ser ventajoso en sistemas con largos tendidos de cables de panel a controlador, ya que superará las pérdidas de voltaje en el cableado. Los controladores MPPT intentan garantizar la máxima conversión de energía y, por esa razón, se utilizan normalmente en aplicaciones de energía crítica y son esenciales para sistemas más grandes. Los sistemas de energía solar de 500W o más deben utilizar un controlador de carga MPPT.