Controlador de carga de batería solar: circuito, principio de funcionamiento, métodos de conexión.

La energía solar se limita hasta ahora (a nivel doméstico) a la creación de paneles fotovoltaicos de potencia relativamente baja.Pero independientemente del diseño del convertidor fotoeléctrico de luz solar en corriente, este dispositivo está equipado con un módulo llamado controlador de carga de batería solar.

De hecho, la instalación de fotosíntesis solar incluye una batería recargable, un dispositivo de almacenamiento de la energía recibida del panel solar. Es esta fuente de energía secundaria la que recibe principalmente el controlador.

En el artículo que presentamos, comprenderemos el diseño y los principios de funcionamiento de este dispositivo, así como también consideraremos cómo conectarlo.

Controladores solares

Un módulo electrónico llamado controlador solar está diseñado para realizar una serie de funciones de control durante el proceso de carga/descarga. batería de la batería solar.

Cuando la luz del sol incide sobre la superficie de un panel solar instalado, por ejemplo, en el tejado de una casa, las fotocélulas del dispositivo convierten esta luz en corriente eléctrica.

De hecho, la energía resultante podría suministrarse directamente a la batería de almacenamiento. Sin embargo, el proceso de carga/descarga de una batería tiene sus propias sutilezas (ciertos niveles de corrientes y voltajes). Si descuida estas sutilezas, la batería simplemente fallará después de un corto período de funcionamiento.

Para evitar consecuencias tan tristes, se ha diseñado un módulo llamado controlador de carga para una batería solar.

Además de controlar el nivel de carga de la batería, el módulo también controla el consumo de energía.Dependiendo del grado de descarga, el circuito controlador de carga de la batería solar regula y establece el nivel de corriente requerido para la carga inicial y posterior.

Dependiendo de la potencia del controlador de carga de la batería solar, los diseños de estos dispositivos pueden tener configuraciones muy diferentes

En general, en términos simples, el módulo proporciona una "vida" sin preocupaciones a la batería, que periódicamente acumula y libera energía a los dispositivos de consumo.

Tipos utilizados en la práctica.

A nivel industrial se han lanzado y se están produciendo dos tipos de dispositivos electrónicos cuyo diseño es apto para su instalación en un sistema de energía solar:

1. Dispositivos de la serie PWM.
2. Dispositivos de la serie MPPT.

El primer tipo de controlador para una batería solar se puede llamar "viejo". Estos sistemas se desarrollaron y pusieron en funcionamiento en los albores del desarrollo de la energía solar y eólica.

El principio de funcionamiento del circuito controlador PWM se basa en algoritmos de modulación de ancho de pulso. La funcionalidad de estos dispositivos es algo inferior a la de los dispositivos más avanzados de la serie MPPT, pero en general también funcionan con bastante eficacia.

Uno de los modelos de controlador de carga de batería de estación solar más populares en la sociedad, a pesar de que el circuito del dispositivo está realizado con tecnología PWM, que se considera obsoleta.

Los diseños que utilizan la tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (seguimiento del límite de potencia máxima) se distinguen por un enfoque moderno de las soluciones de circuitos y proporcionan una mayor funcionalidad.

Pero si comparamos ambos tipos de controladores y, sobre todo, con un sesgo hacia el ámbito doméstico, los dispositivos MPPT no lucen con la luz color de rosa en la que tradicionalmente se anuncian.

Controlador tipo MPPT:

• tiene un costo mayor;
• tiene un algoritmo de configuración complejo;
• Da una ganancia de potencia solo en paneles de un área grande.

Este tipo de equipo es más adecuado para sistemas globales de energía solar.

Un controlador diseñado para funcionar como parte de una instalación de energía solar. Es un representante de la clase de dispositivos MPPT: más avanzados y eficientes.

Para las necesidades de un usuario común de un entorno doméstico, que, por regla general, tiene paneles de área pequeña, es más rentable comprar y operar un controlador PWM (PWM) con el mismo efecto.

Diagramas de bloques de controladores.

Los diagramas esquemáticos de los controladores PWM y MPPT para considerarlos a simple vista son un punto demasiado complejo asociado con una comprensión sutil de la electrónica. Por tanto, es lógico considerar únicamente diagramas estructurales. Este enfoque es comprensible para una amplia gama de personas.

Opción n.º 1: dispositivos PWM

El voltaje del panel solar viaja a través de dos conductores (positivo y negativo) hasta el elemento estabilizador y el circuito resistivo separador. Gracias a esta parte del circuito, se obtiene la ecualización potencial del voltaje de entrada y, hasta cierto punto, organizan la protección de la entrada del controlador para que no exceda el límite de voltaje de entrada.

Cabe destacar aquí: cada modelo de dispositivo individual tiene un límite de voltaje de entrada específico (indicado en la documentación).

Así es aproximadamente como se ve el diagrama de bloques de los dispositivos fabricados con tecnologías PWM.Para el funcionamiento como parte de pequeñas estaciones domésticas, este enfoque de circuito proporciona una eficiencia bastante suficiente.

A continuación, el voltaje y la corriente se limitan al valor requerido mediante transistores de potencia. Estos componentes del circuito son a su vez controlados por el chip controlador a través del chip controlador. Como resultado, la salida de un par de transistores de potencia establece el valor normal de voltaje y corriente para la batería.

El circuito también contiene un sensor de temperatura y un controlador que controla el transistor de potencia, que regula la potencia de carga (protección contra descarga profunda de la batería). El sensor de temperatura monitorea el estado de calentamiento de elementos importantes del controlador PWM.

Generalmente el nivel de temperatura dentro de la caja o en los disipadores de calor de los transistores de potencia. Si la temperatura supera los límites establecidos en la configuración, el dispositivo apaga todas las líneas eléctricas activas.

Opción n.º 2: dispositivos MPPT

La complejidad del circuito en este caso se debe a la adición de una serie de elementos que construyen con más cuidado el algoritmo de control necesario, en función de las condiciones de funcionamiento.

Los niveles de voltaje y corriente se monitorean y comparan mediante circuitos comparadores y, según los resultados de la comparación, se determina la potencia de salida máxima.

Diseño de circuitos en forma estructural para controladores de carga basados ​​en tecnologías MPPT. Aquí ya se menciona un algoritmo más complejo para monitorear y controlar dispositivos periféricos.

La principal diferencia entre este tipo de controladores y los dispositivos PWM es que son capaces de ajustar el módulo de energía solar a la máxima potencia, independientemente de las condiciones climáticas.

El circuito de dichos dispositivos implementa varios métodos de control:

• perturbaciones y observaciones;
• aumento de la conductividad;
• barrido actual;
• Voltaje constante.

Y en el segmento final de la acción general también se utiliza un algoritmo para comparar todos estos métodos.

Métodos de conexión del controlador

Teniendo en cuenta el tema de las conexiones, cabe señalar de inmediato: para la instalación de cada dispositivo individual, un rasgo característico es trabajar con una serie específica de paneles solares.

Entonces, por ejemplo, si se utiliza un controlador diseñado para un voltaje de entrada máximo de 100 voltios, una serie de paneles solares deben generar un voltaje no mayor que este valor.

Cualquier instalación de energía solar funciona según la regla de equilibrar los voltajes de entrada y salida de la primera etapa. El límite superior del voltaje del controlador debe corresponder al límite superior del voltaje del panel.

Antes de conectar el dispositivo, debe decidir la ubicación de su instalación física. Según las reglas, el lugar de instalación debe elegirse en áreas secas y bien ventiladas. Evite la presencia de materiales inflamables cerca del dispositivo.

Es inaceptable la presencia de fuentes de vibración, calor y humedad en las inmediaciones del dispositivo. El lugar de instalación debe estar protegido de las precipitaciones y la luz solar directa.

Tecnología de conexión para modelos PWM

Casi todos los fabricantes de controladores PWM exigen que los dispositivos se conecten en la secuencia exacta.

La técnica de conectar controladores PWM a dispositivos periféricos no es particularmente complicada. Cada placa está equipada con terminales etiquetados. Aquí simplemente necesitas seguir la secuencia de acciones.

Los dispositivos periféricos deben conectarse en total conformidad con las designaciones de los terminales de contacto:

1. Conecte los cables de la batería a los terminales de la batería del dispositivo de acuerdo con la polaridad indicada.
2. Conecte el fusible de protección directamente en el punto de contacto del cable positivo.
3. Conecte los conductores provenientes de la batería del panel solar a los contactos del controlador destinados al panel solar. Observe la polaridad.
4. Conecte una lámpara de prueba del voltaje apropiado (generalmente 12/24 V) a los terminales de carga del dispositivo.

No se debe violar la secuencia especificada. Por ejemplo, está estrictamente prohibido conectar primero los paneles solares cuando la batería no está conectada. Al hacer esto, el usuario corre el riesgo de “quemar” el dispositivo. EN este material El diagrama de montaje de paneles solares con batería se describe con más detalle.

Además, para los controladores de la serie PWM, no está permitido conectar un inversor de voltaje a los terminales de carga del controlador. El inversor debe conectarse directamente a los terminales de la batería.

Procedimiento para conectar dispositivos MPPT

Los requisitos generales de instalación física para este tipo de dispositivos no difieren de los sistemas anteriores. Pero la configuración tecnológica suele ser algo diferente, ya que los controladores MPPT suelen considerarse dispositivos más potentes.

Para controladores diseñados para niveles de potencia altos, se recomienda utilizar cables de sección transversal grande equipados con tapas metálicas en los extremos para las conexiones del circuito de alimentación.

Por ejemplo, para sistemas potentes, estos requisitos se complementan con el hecho de que los fabricantes recomiendan utilizar un cable para las líneas de conexión de alimentación diseñado para una densidad de corriente de al menos 4 A/mm.². Es decir, por ejemplo, para un controlador con una corriente de 60 A, necesitará un cable con una sección transversal de al menos 20 mm para conectarlo a la batería.².

Los cables de conexión deben estar equipados con terminales de cobre, firmemente engarzados con una herramienta especial. Los terminales negativos del panel solar y de la batería deben estar equipados con adaptadores con fusibles e interruptores.

Este enfoque elimina las pérdidas de energía y garantiza un funcionamiento seguro de la instalación.

Diagrama de bloques para conectar un potente controlador MPPT: 1 – panel solar; 2 – controlador MPPT; 3 – bloque de terminales; 4,5 – fusibles; 6 – interruptor de alimentación del controlador; 7.8 – bus de tierra

Antes de conectar paneles solares Al realizar la conexión al dispositivo, asegúrese de que el voltaje en los terminales corresponda o sea menor que el voltaje que se puede suministrar a la entrada del controlador.

Conexión de periféricos al dispositivo MTTP:

1. Cambie los interruptores del panel y de la batería a la posición "apagado".
2. Retire los fusibles de protección del panel y de la batería.
3. Conecte los terminales de la batería con un cable a los terminales del controlador de la batería.
4. Conecte los terminales del panel solar con un cable a los terminales del controlador indicados con el cartel correspondiente.
5. Conecte el terminal de tierra al bus de tierra con un cable.
6. Instale el sensor de temperatura en el controlador de acuerdo con las instrucciones.

Después de estos pasos, debe volver a insertar el fusible de la batería que quitó anteriormente y girar el interruptor a la posición "encendido". Aparecerá una señal de detección de batería en la pantalla del controlador.

Luego, después de una breve pausa (1-2 minutos), reemplace el fusible del panel solar que quitó anteriormente y gire el interruptor del panel a la posición "encendido".

La pantalla del dispositivo mostrará el valor de voltaje del panel solar. Este momento indica el lanzamiento exitoso de la instalación de energía solar.

Conclusiones y vídeo útil sobre el tema.

La industria produce dispositivos multifacéticos en términos de diseños de circuitos. Por tanto, es imposible dar recomendaciones inequívocas sobre la conexión de todas las instalaciones sin excepción.

Sin embargo, el principio fundamental para cualquier tipo de dispositivo sigue siendo el mismo: sin conectar la batería a los buses del controlador, la conexión a paneles fotovoltaicos es inaceptable. Se aplican requisitos similares para la inclusión en el plan. inversor de voltaje. Debe considerarse como un módulo independiente conectado a la batería mediante contacto directo.

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