REGULADORES DE CARGA

REGULADORES DE CARGAREGULADORES DE CARGA

Curso de Energía Solar FotovoltaicaCurso de Energía Solar FotovoltaicaÚbeda, Septiembre-Octubre 2.008Úbeda, Septiembre-Octubre 2.008

Jaime Moles Pérez

JUSTIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTOJUSTIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTO

LosLos módulosmódulos fotovoltaicosfotovoltaicos tienentienen unauna tensióntensión nominal nominal superiorsuperior aa lala tensióntensión nominalnominal dede laslas bateríasbaterías oo acumuladores acumuladores usados en las instalaciones.usados en las instalaciones.Este hecho es debido fundamentalmente a dos causas:Este hecho es debido fundamentalmente a dos causas:

LaLa tensióntensión nominalnominal deldel panelpanel debedebe serser másmás elevada,elevada, parapara paliarpaliar la la disminucióndisminución queque sese puedepuede producirproducir debidodebido alal aumentoaumento de de temperatura.temperatura.LaLa tensióntensión aa circuitocircuito abiertoabierto deldel panelpanel fotovoltaicofotovoltaico debedebe ser ser siempresiempre mayormayor queque lala tensióntensión máximamáxima dede batería,batería, parapara poder poder cargarla adecuadamente. cargarla adecuadamente.

Para alcanzar un pleno estado de carga en una batería de 12 V nominales, necesitamos una tensión mínima de

14 V (2.34 V por elemento de batería).

JUSTIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTOJUSTIFICACIÓN DE FUNCIONAMIENTO

La misión del regulador:La misión del regulador:Evitar que, debido a unaEvitar que, debido a una sobrecargasobrecarga excesiva excesiva proporcionadaproporcionada porpor elel panel,panel, ésteéste puedapueda en en algúnalgún momentomomento causarcausar perjuiciosperjuicios al al acumulador, acortando la vida del mismo.acumulador, acortando la vida del mismo.Limita la tensión de la bateríaLimita la tensión de la batería aa unosunos valores valores adecuadosadecuados parapara elel mantenimiento,mantenimiento, enen estado estado de flotación, del grupo.de flotación, del grupo.

ESQUEMA DE FUNCIONAMIENTOESQUEMA DE FUNCIONAMIENTO

SISTEMA FOTOVOLTAICO

REGULADOR DE CARGA

ACUMULADOR

CARGA


SISTEMA FOTOVOLTAICO

REGULADOR DE CARGA

ACUMULADOR CARGA

FUNCIONAMIENTO DEL REGULADORFUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR

Habitualmente,Habitualmente, elel controlcontrol deldel estadoestado de de cargacarga dede laslas bateríasbaterías sese realizarealiza mediante mediante lala medidamedida dede lala tensióntensión enen bornas,bornas, usando usando loslos datosdatos proporcionadosproporcionados porpor los los diferentesdiferentes fabricantes,fabricantes, yaya queque existeexiste una una relaciónrelación entreentre estosestos dosdos parámetros.parámetros. De De estaesta forma,forma, elel circuitocircuito dede controlcontrol del del reguladorregulador dede cargacarga sabesabe cuándocuándo ésteéste debe debe empezarempezar aa actuaractuar limitandolimitando lala corriente corriente proporcionada por el grupo fotovoltaico.proporcionada por el grupo fotovoltaico.

FUNCIONAMIENTO DEL REGULADORFUNCIONAMIENTO DEL REGULADOR

CuandoCuando lala tensióntensión alcanzaalcanza unun valorvalor parapara elel cualcual sese considera considera queque lala bateríabatería sese encuentraencuentra cargadacargada (aproximadamente(aproximadamente 14.1 14.1 VoltsVolts parapara unauna bateríabatería dede plomoplomo ácidoácido dede 1212 Volts Volts nominales) el regulador interrumpe el proceso de carga. nominales) el regulador interrumpe el proceso de carga. EstoEsto puedepuede lograrlolograrlo abriendoabriendo elel circuitocircuito entreentre loslos módulos módulos fotovoltaicosfotovoltaicos yy lala bateríabatería (( controlcontrol tipotipo serieserie )) o o cortocircuitandocortocircuitando loslos módulosmódulos fotovoltaicosfotovoltaicos (control(control tipo tipo shunt).shunt).CuandoCuando elel consumoconsumo hacehace queque lala bateríabatería comiencecomience a a descargarsedescargarse yy porpor lolo tantotanto aa bajarbajar susu tensión,tensión, elel regulador regulador reconectareconecta elel generadorgenerador aa lala bateríabatería yy vuelve avuelve a comenzarcomenzar el el ciclo.ciclo.

REGULADOR SHUNTREGULADOR SHUNT

LosLos dispositivosdispositivos dede esteeste tipo,tipo, colocados colocados enen paraleloparalelo concon elel grupogrupo solarsolar yy elel sistema sistema dede baterías,baterías, detectandetectan lala tensióntensión dede los los bornesbornes dede lala batería,batería, yy cuandocuando ese ese potencialpotencial alcanzaalcanza unun valorvalor establecidoestablecido de de antemano,antemano, creancrean unauna víavía dede baja baja resistenciaresistencia aa travéstravés deldel grupogrupo solar, solar, derivandoderivando concon elloello lala corrientecorriente y y apartándola de las baterías.apartándola de las baterías.


UnUn diododiodo enen serie,serie, situadosituado entreentre elel reguladorregulador en en derivaciónderivación yy lala batería,batería, impideimpide queque lala corrientecorriente del del acumuladoracumulador retorneretorne aa travéstravés deldel reguladorregulador oo del del grupo solar.grupo solar.ComoComo elel sistemasistema alal queque sese estáestá dandodando energíaenergía toma toma corrientecorriente dede lala batería,batería, susu tensióntensión enen loslos bornes bornes descenderádescenderá hastahasta queque sese desconectedesconecte elel regulador regulador en derivación y se reanude la carga.en derivación y se reanude la carga.


LosLos reguladoresreguladores deldel tipotipo shuntshunt hanhan dede disipardisipar toda toda lala corrientecorriente dede salidasalida deldel grupogrupo solarsolar cuandocuando el el sistemasistema dede bateríasbaterías alcanzaalcanza elel estadoestado dede plena plena carga.carga.EstoEsto resultaresulta unauna tareatarea razonablerazonable cuandocuando los los sistemassistemas eléctricoseléctricos solaressolares sonson pequeños,pequeños, pero pero concon loslos grandesgrandes sistemassistemas sese requierenrequieren disipadores disipadores térmicostérmicos dede grandesgrandes dimensionesdimensiones oo disipadores disipadores menoresmenores múltiples,múltiples, lolo queque conduceconduce aa problemasproblemas de de fiabilidad y de coste elevado.fiabilidad y de coste elevado.


EsteEste tipotipo dede reguladores,reguladores, muymuy utilizadoutilizado enen los los iniciosinicios deldel desarrollodesarrollo dede loslos módulosmódulos fotovoltaicos, fotovoltaicos, estáestá hoyhoy díadía enen desuso,desuso, yaya queque elel avanceavance enen los los microprocesadoresmicroprocesadores yy lala electrónicaelectrónica enen generalgeneral ha ha facilitadofacilitado elel diseñodiseño dede equiposequipos másmás compactoscompactos y y concon másmás prestacionesprestaciones queque laslas queque ofrecían ofrecían aquéllos,aquéllos, todotodo elloello concon unun costecoste muchomucho más más contenidocontenido yy lala posibilidadposibilidad dede alojarlosalojarlos enen cajas cajas estancas,estancas, cosacosa queque nono sese podíapodía hacerhacer enen elel casocaso de de loslos reguladoresreguladores shunt,shunt, puestopuesto queque disipandisipan calorcalor y y enen consecuenciaconsecuencia debedebe dejarsedejarse unauna salidasalida parapara su su evacuación.evacuación.

REGULADORES SERIEREGULADORES SERIE

ÉstosÉstos sese basanbasan lógicamentelógicamente enen elel conceptoconcepto de de regulaciónregulación enen serie,serie, enen lala queque elel grupogrupo solarsolar se se desconectadesconecta deldel sistemasistema dede bateríasbaterías cuandocuando se se logra un estado de plena carga.logra un estado de plena carga.EnEn otrasotras palabras,palabras, esteeste sistemasistema eses equivalenteequivalente aa un un interruptorinterruptor conectadoconectado enen serieserie queque proporciona proporciona unauna víavía dede bajabaja resistenciaresistencia (de(de decenasdecenas de de miliohmios)miliohmios) desdedesde elel grupogrupo solarsolar alal sistemasistema de de bateríasbaterías durantedurante lala carga,carga, yy unun circuitocircuito abierto abierto entreentre elel grupogrupo yy lala bateríabatería cuandocuando éstaésta se se encuentra plenamente cargada.encuentra plenamente cargada.


LaLa tradicionaltradicional formaforma dede regularregular lala corrientecorriente queque provieneproviene del del panelpanel solarsolar porpor mediomedio dede unun reguladorregulador tipotipo shunt,shunt, haha dejado dejado paso,paso, dede formaforma casicasi universal,universal, aa lala utilizaciónutilización dede los los reguladores serie.reguladores serie.EnEn elel reguladorregulador serieserie queque utiliceutilice relérelé electromecánicoelectromecánico nono se se disipadisipa nadanada dede energíaenergía enen ningunoninguno dede loslos estados,estados, porque porque cuandocuando estáestá enen lala posiciónposición cerradocerrado nono hayhay caídacaída dede tensión tensión enen elel interruptorinterruptor yy cuandocuando sese encuentraencuentra enen posiciónposición abierto abierto no hay paso de corriente. no hay paso de corriente. LaLa únicaúnica potenciapotencia consumidaconsumida eses lala requeridarequerida parapara elel propio propio funcionamientofuncionamiento dede loslos circuitoscircuitos dede controlcontrol y,y, enen susu caso,caso, la la producidaproducida porpor lala caídacaída dede tensióntensión enen elel diododiodo dede bloqueo,bloqueo, si si se le dota de este elemento al regulador.se le dota de este elemento al regulador.


LosLos primerosprimeros reguladoresreguladores serieserie queque sese empezaronempezaron aa usar usar utilizabanutilizaban relésrelés electromecánicos,electromecánicos, peropero aa medidamedida queque se se avanzabaavanzaba enen elel empleoempleo dede loslos sistemassistemas fotovoltaicosfotovoltaicos yy las las potencias y tensiones de trabajopotencias y tensiones de trabajo eraneran mayores,mayores, sese derivóderivó el el usouso aa relésrelés dede estadoestado sólido,sólido, queque evitabanevitaban loslos considerables considerables tamañostamaños yy consumosconsumos dede laslas bobinasbobinas queque necesitabannecesitaban para para susu funcionamientofuncionamiento loslos relésrelés tradicionales,tradicionales, asíasí comocomo la la destruccióndestrucción prematuraprematura dede sussus contactos,contactos, especialmenteespecialmente en en tensionestensiones dede trabajotrabajo dede másmás dede 2424 V,V, debidodebido aa loslos arcos arcos voltaicosvoltaicos queque eses capazcapaz dede producirproducir lala corrientecorriente continuacontinua en en estos valores.estos valores.


Tipos de reguladoresTipos de reguladores


CalidadCalidad dede unun reguladorregulador serieserie estáestá definitivamentedefinitivamente ligadaligada aa la la calidadcalidad deldel relérelé queque utiliza,utiliza, queque eses lolo queque darádará unauna vida vida prolongada a este equipo.prolongada a este equipo.HoyHoy enen díadía lala prácticapráctica totalidadtotalidad dede reguladoresreguladores serieserie utilizan utilizan relésrelés dede estadoestado sólido,sólido, concon unauna circuiteríacircuitería dede controlcontrol másmás o o menosmenos sofisticadasofisticada queque haráhará queque sussus funcionesfunciones seansean másmás o o menos avanzadas en cuanto a regulación de carga se refiere.menos avanzadas en cuanto a regulación de carga se refiere.

REGULADORES SERIE. Exigencias.REGULADORES SERIE. Exigencias.

ReléRelé dede estadoestado sólido,sólido, dede elevadaelevada fiabilidadfiabilidad dede funcionamientofuncionamiento enen el el tiempo.tiempo.Selección automática de la tensión de entrada ( 12 V y 24 V).Selección automática de la tensión de entrada ( 12 V y 24 V).SistemaSistema dede regulaciónregulación enen fasesfases diferenciadas,diferenciadas, queque nosnos proporcionenproporcionen una una cargacarga adecuadaadecuada dede loslos acumuladores,acumuladores, evitandoevitando elel "todo""todo" oo "nada""nada" dede los los primerosprimeros reguladoresreguladores serieserie queque usabanusaban relésrelés tradicionales.tradicionales. EstoEsto se se consigueconsigue mediantemediante elel usouso dede microcontroladoresmicrocontroladores queque implementaimplementa una una variaciónvariación enen laslas tensionestensiones dede cargacarga queque mejoramejora sustancialmentesustancialmente elel nivel nivel dede cargacarga dede loslos acumuladores,acumuladores, llegandollegando inclusoincluso aa lala cargacarga completacompleta y y equilibrada del 100 %.equilibrada del 100 %.VariaciónVariación dede loslos nivelesniveles dede cargacarga concon lala temperatura,temperatura, mediantemediante un un sensorsensor externoexterno oo internointerno queque modifiquemodifique dichosdichos nivelesniveles enen funciónfunción dede la la temperaturatemperatura ambienteambiente aa queque sese encuentreencuentre elel acumulador,acumulador, asegurandoasegurando de de estaesta formaforma unauna cargacarga adecuadaadecuada aa lala bateríabatería yy evitandoevitando lala faltafalta dede cargacarga o o la sobrecarga por variaciones de la temperatura. la sobrecarga por variaciones de la temperatura.

REGULADORES SERIE. Exigencias.REGULADORES SERIE. Exigencias.

LosLos reguladoresreguladores serieserie utilizadosutilizados hoyhoy enen díadía parapara el el controlcontrol dede cargacarga dede lala bateríabatería dede acumuladoresacumuladores nos nos aseguranaseguran unun eficazeficaz trabajotrabajo yy unauna mayormayor vidavida dede los los sistemassistemas fotovoltaicos.fotovoltaicos. EnEn lala medidamedida queque el el sistemasistema dede regulaciónregulación realicerealice fasesfases dede carga carga diferenciadas,diferenciadas, podremospodremos asegurarasegurar unun mayormayor y y mejormejor nivelnivel dede carga,carga, lolo cualcual redundará,redundará, sinsin duda, duda, enen elel mejormejor aprovechamientoaprovechamiento dede loslos recursosrecursos de de almacenamientoalmacenamiento deldel acumuladoracumulador y,y, como como consecuencia,consecuencia, enen unauna mayormayor disposicióndisposición de de energía útil.energía útil.

REGULADOR OPTIMOREGULADOR OPTIMO

BásicamenteBásicamente constaconsta dede dosdos fases,fases, concon unauna actuaciónactuación variablevariable en en lala segundasegunda dependiendodependiendo dede lala historiahistoria recientereciente dede lala instalación, instalación, obtenidaobtenida graciasgracias aa loslos datosdatos almacenadosalmacenados enen elel microprocesador microprocesador que incorpora, como luego veremos.que incorpora, como luego veremos.LaLa primeraprimera fasefase constaconsta dede unauna cargacarga profundaprofunda dondedonde todatoda la la corrientecorriente queque puedanpuedan dardar loslos módulosmódulos fotovoltaicosfotovoltaicos fluye fluye directamentedirectamente aa lala batería,batería, hastahasta alcanzaralcanzar unauna tensióntensión finalfinal de de carga.carga. EstaEsta tensióntensión dependedepende dede variosvarios factores,factores, comocomo sonson la la temperatura,temperatura, lala diferenciadiferencia dede intensidadintensidad dede cargacarga yy descarga,descarga, la la capacidadcapacidad deldel acumuladoracumulador yy elel valorvalor dede tensióntensión prefijado.prefijado. Los Los dosdos primerosprimeros loslos calculacalcula yy ajustaajusta elel propiopropio regulador,regulador, mientras mientras queque loslos otrosotros dosdos debendeben serser introducidosintroducidos porpor elel instaladorinstalador enen el el momentomomento deldel montaje,montaje, yaya queque dede nono serser así,así, elel propiopropio regulador regulador tomarátomará loslos yaya ajustadosajustados previamentepreviamente porpor elel fabricantefabricante como como valores estándar.valores estándar.

REGULADOR ÓPTIMOREGULADOR ÓPTIMO

EstaEsta cargacarga profundaprofunda queque realizarealiza elel regulador,regulador, hastahasta unun valorvalor dede tensión tensión calculadocalculado enen funciónfunción dede loslos parámetrosparámetros mencionadosmencionados anteriormente,anteriormente, dada pasopaso a a lala denominadadenominada "fáse"fáse dede flotación",flotación", dondedonde elel microprocesadormicroprocesador estableceestablece unos unos valoresvalores máximomáximo yy mínimomínimo dede tensión,tensión, entreentre loslos cualescuales elel relérelé dede estadoestado sólido sólido vava abriendoabriendo yy cerrandocerrando elel circuitocircuito dede conexiónconexión entreentre elel panelpanel solarsolar yy el el acumulador, para terminar con éxito el proceso de carga. acumulador, para terminar con éxito el proceso de carga. DichosDichos valoresvalores máximomáximo yy mínimomínimo sonson ajustadosajustados automáticamenteautomáticamente porpor el el microprocesadormicroprocesador enen funciónfunción deldel estadoestado dede cargacarga queque haha alcanzadoalcanzado lala bateríabatería en en loslos díasdías anteriores,anteriores, dede taltal formaforma queque sonson másmás altosaltos cuantocuanto menormenor fuerafuera el el estado de carga y más bajos en el caso contrario.estado de carga y más bajos en el caso contrario.ConCon estaesta actuaciónactuación diferenciadadiferenciada sese consigueconsigue queque bateríasbaterías queque hanhan estado estado sometidassometidas aa grandesgrandes descargasdescargas pasenpasen porpor unun períodoperíodo dede igualaciónigualación enen susu fase fase finalfinal dede carga,carga, yy viceversa,viceversa, queque instalacionesinstalaciones queque nono sese usaronusaron apenasapenas nono sese las las sobrecarguesobrecargue yy produzcanproduzcan gaseosgaseos innecesariosinnecesarios queque acortenacorten loslos períodosperíodos de de mantenimiento de dichos elementos.mantenimiento de dichos elementos.

REGULADOR ÓPTIMOREGULADOR ÓPTIMO

Curva de Tensión-Tiempo regulador con dos niveles de cargaCurva de Tensión-Tiempo regulador con dos niveles de carga

Módulos fotovoltaicos autorreguladosMódulos fotovoltaicos autorregulados

No necesitan usar regulador de carga.No necesitan usar regulador de carga.LaLa curvacurva dede cargacarga dede unun módulomódulo fotovoltaicofotovoltaico autorregulado autorregulado tienetiene queque cumplircumplir elel requisitorequisito básicobásico dede lograrlograr unun grado grado elevadoelevado dede cargacarga enen lala batería,batería, disminuyendodisminuyendo entoncesentonces la la corrientecorriente producidaproducida hastahasta unun mínimomínimo dede mantenimiento.mantenimiento. De De estaesta forma,forma, sese consigueconsigue unauna cargacarga adecuadaadecuada sinsin producir producir evaporación de electrolito.evaporación de electrolito.Habitualmente,Habitualmente, elel númeronúmero dede célulascélulas queque incorporaincorpora un un módulomódulo autorreguladoautorregulado sese sitúasitúa entreentre laslas 3030 yy laslas 32, 32, dependiendodependiendo dede lala tensióntensión generadagenerada porpor célulacélula yy tipotipo de de curva.curva.

Módulos fotovoltaicos autorreguladosMódulos fotovoltaicos autorregulados

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