Regulador-Controlador de Carga de baterías

El regulador de carga es uno de los dispositivos fundamentales en cualquier sistema fotovoltaico aislado de la red, pues será el encargado de controlar el proceso de carga y descarga de la batería.

Funcionamiento:

La función del regulador de carga es proteger a la batería para que no entre en situaciones de comportamiento extremo que puedan llegar a dañarla. Su funcionamiento consiste en tomar información del estado de carga del sistema, por ejemplo usando el voltaje de la batería, y compararlo con los valores mínimos y máximos admisibles para que la batería no entre en procesos de sobrecarga o descarga extrema que puedan dañarla.

Historia:

Los primeros reguladores de carga que aparecieron en el mercado realizaban el control de carga de la batería según un sistema “todo-nada”, mediante la conmutación de elementos electromecánicos (relés), y se les podría denominar reguladores de una etapa.

El regulador permitía el paso de toda la corriente disponible en el generador FV (los paneles solares) hasta que la tensión en la batería alcanzaba un valor predeterminado (~ 14,5 V), momento en el cual se interrumpía el paso de corriente hacia la misma.

Con el transcurso del tiempo y el consumo del sistema, la tensión de la batería disminuía progresivamente y, cuando se alcanzaba otro valor prefijado (~ 12,5 V), se volvía a permitir el paso de toda la corriente disponible, repitiéndose el ciclo. Con estos reguladores, la batería mantenía un estado de carga promedio entre el 55 y el 60 %.

Avances:

El siguiente avance fue reducir la diferencia entre los dos valores de desconexión y reconexión antes mencionados, llamada histéresis del regulador. Con esto se consiguió elevar el estado de carga promedio de la batería hasta un 70 %.

El estado de carga promedio de la batería entre cada ciclo, es un aspecto fundamental en el tiempo de vida de batería y del material que la compone, hasta el punto que se ha comprobado que una batería con un estado de carga promedio del 90% puede proporcionar dos o tres veces más ciclos de carga-descarga que otra en la que se permita alcanzar un estado de carga del 50 % antes de iniciar la recarga.

Podemos dividir los reguladores de carga en dos grupos:

Regulador de carga Paralelo

Para pequeñas potencias la solución que suele adoptarse es poner en paralelo un diodo zener. Actualmente esta bastante en desuso, el incremento de potencia en los sistemas actuales, haría que los reguladores fueran extremadamente grandes por las dimensiones de sus disipadores.

Regulador de carga Serie

Este tipo de reguladores disponen de dos interruptores, uno de generación y otro de consumo. El interruptor de generación actúa desconectando el generador de las placas fotovoltaicas de la batería cuando ésta alcanza un valor a partir del cual entraría en sobrecarga.

Los voltajes característicos de este tipo de regulación son:

• Voltaje umbral de sobrecarga V_sc, que es la tensión máxima que el regulador permite alcanzar a la batería. Cuando V es mayor que V_sc la batería queda desconectada del generador.
• Voltaje de rearme de carga V_rc, que es el valor de la tensión del acumulador que permite reconectar el generador para volver a cargarlo.

El interruptor de consumo colocado entre la batería y el consumo como se puede ver en la figura posterior, corta el suministro de energía cuando el voltaje de la batería llega a un umbral mínimo.

Curva de regulación de un regulador de carga:

La carga rápida inicial es, de hecho, una sobrecarga controlada.

Sin embargo, para que la carga resulte completa y eficiente, es decir, para eliminar el sulfato depositado en las placas de la batería durante la descarga anterior, debería permitirse el paso de corriente durante un cierto tiempo (manteniendo la tensión constante).

Esto supone la aparición de otra etapa, entre la carga rápida inicial y la de flotación, llamada de absorción, y en consecuencia la aparición de los reguladores de tres etapas.

Podemos ver la curva del ciclo de carga de un regulador de tres etapas.

Por último, comentar los reguladores de carga MPPT, o de seguimiento del punto de máxima potencia, MPPT (Maximun Power Point Tracking), que cada vez son más habituales su uso.

Mediante el uso de un regulador de carga MPPT se puede aumentar la potencia entregada por los módulos fotovoltaicos en un 30% y usar paneles solares que eran de uso típicamente para conexión a red.

Si quieres ver un caso real de cómo calcular paso a paso una instalación fotovoltaica aislada, no olvides visitar nuestro tutorial para calcular un sistema aislado paso a paso.

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Artículo elaborado por el departamento técnico de SunFields Europe