8️⃣ Regulador de carga solar: Cómo dimensionar uno para una instalación (PDF gratis)

El regulador de carga solar, también llamado controlador de carga, es un elemento muy importante para una instalación fotovoltaica. Su función principal es la de controlar el proceso de carga y descarga de la batería (el acumulador de energía del sistema) monitoreando la intensidad de corriente que proviene de los paneles solares.

En este módulo aprenderemos más sobre las funciones de los reguladores de carga, los tipos que existen y a cómo seleccionarlos correctamente para que cumplan su propósito en nuestra instalación fotovoltaica.

Funciones un regulador de carga solar

Un regulador de carga puede cumplir muchas funciones, sobre todo si es muy sofisticado. Pero las principales tareas que cumplen, hasta los más elementales, son las siguientes:

• Evitar la sobrecarga de la batería: A medida que aumenta el voltaje de entrada de los paneles solares por distintas cuestiones, el controlador de carga regula la carga de las baterías evitando cualquier sobrecarga. Una vez que la batería ha alcanzado el 100% de su carga, esta no debe continuar cargándose. De esta manera, se evita la generación de gases o la disminución del líquido electrolítico que se tiene en el interior, aumentando la vida útil de la misma.
• Evitar la sobredescarga de la batería: Durante los periodos de luz solar insuficiente, el controlador de carga desconecta la batería de los consumos para protegerla de que se descargue de forma excesiva hasta el punto de que pueda dañarse. Esta función también aumenta la vida útil de la batería, por ello un buen regulador de carga es siempre recomendado debido a que los más baratos no suelen cumplir esta función adicional.
• Asegurar el funcionamiento del sistema en el punto de máxima eficacia.

Tipos de reguladores de carga solares

Como explicamos en el primer módulo de este curso, existen en el mercado dos tipos de reguladores de carga comúnmente utilizados en los sistemas de energía fotovoltaica: Los reguladores de modulación de ancho de pulso (PWM) y los reguladores de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT).

Retomaremos aquí las especificaciones sobre el funcionamiento de ambos y en las cuestiones que definen la selección de uno por sobre otro para una instalación fotovoltaica.

Comparación rendimiento PWM vs MPPT

Con un regulador PWM, la corriente se extrae del panel justo por encima del voltaje de la batería, mientras que con un controlador MPPT, la corriente se extrae del panel a la tensión de alimentación máxima del panel (V_mp). 

Para ilustrar este concepto, tomemos como ejemplo una instalación compuesta por un Panel Solar Renogy de 100 W con una corriente (I_mp) de 4,91 A y un voltaje (Vmp) de 20,40 V conectado a una batería de plomo-ácido de 12 V.

Regulador PWM

Con un controlador PWM, el voltaje del panel se reduciría cerca del voltaje de la batería (12 V), pero la corriente permanece igual en 4,91 amperios. Esto sucede porque los paneles solares se comportan como una fuente de corriente, por lo que la corriente estará determinada por la luz solar disponible.

Ahora la potencia (P)= V_bat x I_mp = 12V x 4.91A = 58.92W. Eso quiere decir que, el panel solar ahora se comporta como un panel de 59 watts.

Regulador MPPT

Con un controlador MPPT, el voltaje del panel funcionará a un voltaje cercano al punto de máxima potencia (MPP) y la corriente permanecerá igual en 4,91 amperios.

Ahora la potencia (P) = V_mp x I_mp = 20.4 x 4.91 =100W

Esto equivale a una pérdida con respecto al otro tipo de controlador de carga de 100 W – 59 W = 41 W.

Sin embargo, el cálculo anterior es demasiado optimista ya que el voltaje cae a medida que aumenta la temperatura; por lo tanto, suponiendo que la temperatura del panel aumenta hasta 30 °C por encima de la temperatura de las condiciones de prueba estándar (STC) de 25 °C y el voltaje cae un 4 % por cada 10 °C, es decir, un total de 12 %.

Entonces la potencia consumida por el MPPT será 4.91A x 17.95V = 88 W

Pérdida de potencia (P) = 88 W – 59 W = 29 W, es decir, un 21 % más de potencia que el controlador PWM.

¿Cuál regulador debo elegir?

Cuando se encuentre en la situación de elegir qué tipo de controlador de carga solar comprar, necesita conocer su funcionalidad y características. Resumiendo todo lo visto podemos decir:

1. El regulador PWM es mejor para pequeñas aplicaciones de energía fuera de la red que no necesitan otras funciones y no requieran mucho presupuesto. Si solo desea el controlador de carga básico y económico, el controlador PWM sería la mejor opción para usted.
2. El regulador MPPT, en cambio, es mejor para un sistema más grande (como centrales eléctricas fuera de la red, energía solar para vehículos recreativos, barcos, energía solar híbrida, etc). Cuando el voltaje del panel solar es sustancialmente más alto que el voltaje de la batería, MPPT es el mejor controlador, por ejemplo, conectar un panel solar de 72 celdas (24 o 48V), para cargar una batería de 12V.

Puede consultar la tabla de comparación anterior para los controladores de carga solar PWM y MPPT.

Criterios para la selección del regulador de carga

De forma práctica, a la hora de elegir un regulador de carga para una instalación deberemos tener en cuenta estos aspectos:

1. Que el regulador incorpore protección de la batería contra sobrecarga, esto es fundamental;
2. Protección de la batería contra descargas excesivas, mediante desconexión automática de la carga;
3. Reconexión automática o manual, una vez que ha pasado la sobrecarga o sobredescarga que reconecte tanto el generador fotovoltaico como los consumos al sistema;
4. Sistema de alarma por baja carga de la batería;
5. Protección contra sobretensiones como un simple fusible o algo más, algo también muy recomendable.

Datos importantes en la etiqueta del regulador de carga

El regulador de carga debe estar etiquetado con la siguiente información. Los dos primeros datos son los más importantes, ya que los utilizaremos en los cálculos de dimensionamiento.

1. Tensión nominal, que indica el valor de la tensión de trabajo (12, 24 o 48 V) y es algo que vamos a necesitar para calcular. Algunos reguladores son específicos de voltaje, lo que significa que el voltaje no se puede cambiar ni sustituir. Otros reguladores más sofisticados incluyen una función de detección automática de voltaje, que permite su uso con diferentes configuraciones de voltaje.
2. Corriente máxima, la máxima intensidad que soportará el regulador. Para seleccionar el regulador de carga adecuado, debe conocer la corriente de salida máxima del panel solar y el voltaje de la batería.
3. Información que nos proporciona el fabricante.
4. El modelo del regulador que estamos utilizando.
5. El logotipo y el número de serie.
6. Y, por último, debe venir serie grafiadas las conexiones y la polaridad de las diferentes conexiones.

Cálculo de las dimensiones del regulador de carga solar

A la hora de dimensionar el regulador de carga solar necesario para la instalación se necesitará conocer el Voltaje nominal (V_nom) al que trabajará el aparato (muchos reguladores pueden trabajar a dos voltajes como 12/24V como ya explicamos anteriormente) y la máxima intensidad de corriente que soporta el equipo.

Para dimensionar correctamente el equipo, se debe a tener en cuenta un factor de seguridad del 30%. Esto es para que el regulador no trabaje a la intensidad límite que soporte (que se tenga un margen de maniobra a ese límite que soporta) y, por otro lado, se debe estar seguros de que nuestro regulador se ajusta a la tensión del sistema.

En base a los cálculos previos que hemos hecho con los paneles solares, para calcular ahora el regulador de carga necesitaremos la tensión del sistema y la intensidad de corriente máxima de los paneles.

El regulador de carga solar tiene que funcionar al mismo voltaje y además ser capaz de trabajar con una intensidad de corriente mínimo un 30% superior a la intensidad máxima de los paneles fotovoltaicos. Para ello, multiplicamos 1,3 a la intensidad de corriente máxima de los paneles.

Cuando se seleccione el controlador de carga, la intensidad de corriente de los paneles debe ser inferior a la intensidad máxima del regulador. Habitualmente se busca aumentar el voltaje del sistema para que circule menos corriente y el controlador con intensidad de corriente baja puede soportarlo. Sin embargo, no hay que olvidar del voltaje al que trabaja el controlador, si supera la del sistema, entonces no se puede utilizar. Repita los cálculos hasta encontrar un regulador de carga que cumpla con los dos criterios anteriores.

Dimensionamiento del regulador con la Calculadora Solar Online

Al igual de como ya lo hicimos con otros de los componentes de la instalación fotovoltaica, aquí también le sugeriremos un método rápido de dimensionamiento de su regulador de carga utilizando nuestra Calculadora Solar Online. Siga las siguientes instrucciones:

Descargar PDF Gratis: Cómo dimensionar un regulador de carga para una instalación

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