Mientras que los inversores convierten la corriente continua en corriente alterna, los controladores convierten corriente continua en corriente continua. ¿Por qué?
Los paneles solares producen corriente continua a un voltaje variable dependiendo de varios factores (nubes, sombras, temperatura…). Esta variabilidad hace imposible su uso por lo que el controlador de carga se encarga de transformar este voltaje variable en un voltaje constante apto para su uso, por ejemplo para su almacenamiento en baterías.
Además, permiten regular el ciclo de carga y descarga de las baterías controlando así las descargas profundas y sobrecargas. De esta forma se evitan posibles averías y se consigue alargar al máximo su vida útil.
Se puede decir que el controlador de carga para baterías solares es el dispositivo encargado de regular las baterías según los parámetros que se definan para asegurar su óptimo funcionamiento.
¿Cómo funciona un regulador de carga?
El funcionamiento típico de los controladores de baterías es el siguiente:
- Cuando se conecta una batería (o banco de baterías), el controlador deja pasar la máxima corriente admisible de los paneles solares hacia las baterías hasta que la carga de la batería se acerca a su máximo de capacidad.
- En este momento, la corriente se reduce de manera gradual hasta que la batería se encuentra cargada al máximo.
- Una vez cargada, y en el caso de no estar consumiendo energía, el controlador corta el suministro de corriente desde los paneles solares.
Si se consume más energía de la que se produce, la batería llegará a descargarse por completo. El mismo regulador es el encargado de controlar el punto máximo de descarga, evitando así descargas profundas que reducirían drásticamente la vida útil de la batería.
Como se explicó en la entrada ¿Qué instalaciones solares de autoconsumo existen?, los controladores se instalan entre los paneles fotovoltaicos y las baterías, tal y como muestra el siguiente esquema:
Controladores de carga PWM
El tipo de controlador de carga más extendido actualmente se denomina PWM (Pulse Width Modullation o Modulación por Ancho de Pulso), son los controladores más simples. La función de este tipo de cargador de batería solar es suministrar corriente a las baterías mientras el voltaje producido por los paneles solares se encuentre dentro del rango de carga de las baterías.
Para una batería de 12V, el rango útil de voltaje se encuentra aproximadamente entre 10V y 13,5V. A 10V la batería se encuentra descargada y a 13,5V se encuentra cargada por completo. El controlador de carga PWM, por lo tanto, sólo suministrará corriente a la batería mientras el voltaje producido por los paneles solares se encuentre dentro de este rango útil.
Los controladores PWM solo tienen la función de controlar el suministro de energía, esto significa que cortan o dejan paso de corriente desde los paneles a las baterías. Por lo tanto, para que un sistema con regulador PWM funcione correctamente el voltaje de los paneles debe ser equivalente al voltaje de las baterías. Por ejemplo, si los paneles funcionan a una tensión de 12V, las baterías también deben ser de 12V o, si los paneles funcionan a 24V, las baterías deberán ser de 24V.
Controladores de carga MPPT
MPPT significa Seguimiento del Punto de Máxima Potencia (por sus siglas en inglés, Maximum Power Point Tracking), estos cargadores de batería solar son más avanzados y mucho más eficientes.
La tecnología MPPT consiste en un algoritmo que se encarga de controlar la entrega de potencia de los paneles fotovoltaicos, optimizándola para que siempre se libere la mayor cantidad de energía posible aún sin trabajar en condiciones óptimas.
A la hora de obtener energía usando paneles solares, la potencia máxima obtenida varía dependiendo de la radiación solar, la temperatura ambiental y la temperatura de los paneles. El ejemplo más claro de las bajadas de producción es la aparición de sombras debido a las nubes, las cuales provocan una disminución en la potencia suministrada por los paneles.
La ventaja de los controladores de carga MPPT es que siempre aportan la potencia máxima a las baterías independientemente de las condiciones. Además, no necesitan que el voltaje de las placas solares y de la batería sean el mismo.
El funcionamiento de los controladores MPPT es simple, el controlador comprueba la salida de tensión del panel fotovoltaico y la compara con el voltaje óptimo de la batería. A continuación, optimiza la producción de los paneles solares modificando su voltaje y, paralelamente, adaptando el voltaje de salida al voltaje óptimo para la carga de la batería.
Controlador de carga PWM v/s controlador de carga MPPT
En el siguiente gráfico se puede comparar la potencia aprovechada por un cargador de batería PWM y la potencia aprovechada por un cargador de batería MPPT en diversas condiciones usando baterías de 12V.
Las distintas líneas corresponden a distintas condiciones de trabajo para las mismas placas solares, como se observa:
- El controlador PWM está obligado a trabajar siempre sobre los 13V ya que no es capaz de modificar el voltaje de entrada.
- El controlador MPPT busca siempre el punto óptimo de trabajo, en este caso entre 19V-20V, aprovechando al máximo la producción de los paneles.
Veamos un ejemplo práctico
Para ello se comparan ambos tipos de controladores con un panel solar en el que el fabricante nos da las siguientes especificaciones:
- Potencia nominal: 150W
- Corriente en el punto de máxima potencia (Imp): 8,41A
- Tensión en el punto de máxima potencia (Vmp): 17,84V
Y una batería:
- Vmin: 10V
- Vmax: 13,5V
Usando la ley de Ohm, calculamos la potencia producida por los paneles en el punto máximo:
Pmáx = V · I = 17,84V · 8,41A = 150,03W
Pero recordemos que no podemos suministrar a la batería una tensión superior a 13,5 voltios, por lo que la potencia máxima que el controlador PWM aprovechará será:
P = 13,5V · 8,41A = 113,53W
Por lo tanto, usando un controlador de carga PWM estamos desechando 150,03W – 113,53W = 36,5W, que no serán aprovechables para cargar nuestra batería. Esto supone una pérdida de rendimiento del 25%.
En cambio, un controlador de carga MPPT permite aprovechar toda la potencia suministrada por los paneles ya que adapta el voltaje de salida para que sea aprovechable por la batería, pudiendo así utilizar la totalidad de los 150,03W suministrados por los paneles.
El siguiente gráfico muestra este ejemplo, se compara la potencia máxima aprovechada por los dos tipos de controlador:
En este gráfico se muestra el rango de potencia aprovechable por la batería (entre 10V y 13,5V). El punto amarillo muestra el pico de potencia que puede suministrar un controlador PWM, que es la potencia que entrega el panel a 13,5V y, por último, el punto azul muestra la potencia total suministrada a la batería por un controlador MPPT, que coincide con la máxima que ofrece el panel solar.
¿Son los cargadores de batería solar MPPT los más adecuados para todos los casos?
No exactamente. En el caso que la entrega máxima de potencia de los paneles solares no exceda el voltaje máximo de las baterías, podría ser recomendable usar un controlador PWM ya que en general son más económicos que los MPPT y no habría diferencia a nivel práctico.
Esto también depende de las condiciones meteorológicas, un lugar con condiciones muy variables provocaría que el controlador PWM perdiera eficacia con la aparición de nubes o poca luz solar. Por lo que en estos casos, aún no excediendo el voltaje máximo, sería más recomendable el controlador MPPT.
Por último, y sea cual sea el tipo de controlador elegido, cabe recordar que siempre hay que asegurarse bien del voltaje y corriente máxima de producción de los paneles solares y verificar que el controlador de carga y las baterías admiten dichas especificaciones. De esta manera aseguraremos un correcto funcionamiento y evitaremos posibles averías en el sistema.
Si después de leer este artículo te han quedado dudas sobre los cargadores de batería solar en DIRENERGY estaremos encantados de asesorarte y darte la mejor solución posible para tu instalación.
