En cualquier sistema de energía solar, un controlador de carga solar es fundamental. Estos controladores regulan el voltaje y la corriente que llegan del panel solar a la batería. Esto evita que la batería se sobrecargue. Existen principalmente cuatro tipos básicos de controladores de carga solar. Analicemos qué es un controlador de carga MPPT y cómo funciona.
¿Qué es el controlador de carga MPPT?
La función más básica de un sistema de energía solar es que los paneles solares recolecten la energía del sol y la almacenen en baterías para su uso posterior. Sin embargo, no se puede simplemente conectar los paneles solares a las baterías y esperar que se carguen. Para aprovechar al máximo sus paneles solares, necesitará un controlador de carga. Cargue eficientemente sus bateríasEl controlador de carga con seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) es el más eficiente. Analicemos en detalle qué es un controlador de carga MPPT.
¿Qué es el seguimiento del punto de máxima potencia?
Antes de explicar cómo funcionan los controladores de carga MPPT, es importante comprender el origen de su nombre. El voltaje de punto de máxima potencia (MPPT) es aquel al que un panel solar produce la mayor cantidad de energía. Este voltaje varía según el entorno y la hora del día.
Los controladores de carga MPPT deben su nombre al hecho de que monitorizan el panel solar y calculan la tensión del punto de máxima potencia en las condiciones actuales . Esto se conoce como seguimiento del punto de máxima potencia o MPPT.
¿Qué es exactamente un cargador MPPT?
Los voltajes de funcionamiento ideales de los paneles solares y las baterías difieren. Además, sus voltajes fluctúan. Un controlador de carga MPPT es un convertidor CC-CC que mejora la eficiencia de un sistema solar. Esto se logra optimizando la coincidencia de voltaje entre el conjunto de paneles solares y las baterías.
Una batería de 12 voltios, por ejemplo, tiene un voltaje nominal que varía según el estado de carga, entre poco más de 10 voltios y poco menos de 13 voltios. Además, el voltaje necesario para cargar una batería de 12 voltios varía entre 13.5 y 14.5 voltios, según la fase de carga.
Por otro lado, el voltaje de salida ideal de un panel solar varía según la temperatura, la hora del día, la nubosidad y otros parámetros externos. Un panel solar de 250 vatios, por ejemplo, puede tener un voltaje de funcionamiento óptimo de 32 voltios en condiciones ideales. Si el panel se calienta con el sol o en un día cálido, el voltaje óptimo puede descender hasta 26 voltios.
Para compensar estas reducciones de voltaje en el panel y el aumento de la tensión de carga necesaria para la batería, la tensión nominal del panel debe ser mayor que la tensión de la batería. Esta diferencia de voltaje desperdicia mucha electricidad si no se utiliza un controlador de carga MPPT.
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¿Cómo funciona MPPT?
En comparación con las tecnologías de controlador shunt y modulación por ancho de pulsos (PWM), el seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) es una técnica de conversión CC-CC más eficiente. Veamos cómo funciona el MPPT.
Utilizar un controlador de carga que no sea MPPT equivale a conectar directamente la batería al módulo solar. Un controlador de carga convencional puede cargar una batería al voltaje especificado por la misma. Por definición, una batería completamente cargada tiene un voltaje mayor que una batería descargada. En consecuencia, la energía que consume una batería descargada suele ser menor que la que consume una batería completamente cargada.
La pregunta surge cuando observamos una pérdida de potencia que no estamos aprovechando mientras nuestras baterías están bajas. ¿Qué pasó con mi potencia? El MPPT aprovecha toda la potencia del módulo controlando el voltaje del estado de carga de la batería . El controlador de carga mantiene el voltaje y la corriente en niveles óptimos, lo que permite que los módulos produzcan la máxima energía.
Supongamos que utilizamos un panel solar con una Vmp de 18.3 voltios y una Imp de 11.48 amperios (11.48 A x 18.3 V = ~210 vatios). En general, una batería de 12 V descargada puede tener 12.2 voltios. Por lo tanto, la batería se cargaría a 11.48 A x 12.2 V = 140 vatios. Esto es mucho menor que la potencia máxima del módulo (210 vatios).
Un controlador de carga MPPT eleva el voltaje y la corriente del sistema lo más cerca posible de la curva I-V del módulo. En este caso, el controlador de carga MPPT carga la batería a casi 18.3 V y 11.48 A, aprovechando al máximo la energía del panel solar. Por último, la tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) no tiene nada que ver con el seguimiento solar. MPPT es simplemente una función de control del cargador de batería. A continuación, exploraremos los distintos tipos de MPPT.
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¿Cuáles son los distintos tipos de MPPT?
Las tecnologías de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT, por sus siglas en inglés) se utilizan en sistemas fotovoltaicos (FV) para maximizar continuamente la potencia de salida de los paneles fotovoltaicos, la cual está determinada por la radiación solar y la temperatura de las celdas. Los tipos de MPPT se agrupan en dos categorías principales : métodos convencionales, como el método de perturbación y observación (P&O, por sus siglas en inglés) y el método de conductancia incremental (IncCond, por sus siglas en inglés), y métodos avanzados, como el método MPPT basado en lógica difusa (FL, por sus siglas en inglés).
1. MPPT convencional
Los métodos MPPT convencionales se propusieron hace mucho tiempo y, por lo tanto, son bastante populares. Sus principales ventajas son su simplicidad y facilidad de implementación. Estos algoritmos solo pueden rastrear un único punto de máxima potencia (MPP) bajo iluminación uniforme.
Los enfoques tradicionales son sencillos, pero no pueden distinguir entre picos locales y globales cuando se produce sombreado parcial, por lo que su eficiencia es limitada.
a. Perturbación y Observación (P&O): El algoritmo Perturbación y Observación es una variación del algoritmo tradicional que limita el espacio de búsqueda del algoritmo, reduciendo la complejidad y mejorando el rendimiento en condiciones climáticas uniformes y variables.
b. Método de conductancia (IncCond): La técnica de conductancia incremental se basa en la suposición de que la pendiente de la curva de potencia del conjunto fotovoltaico es cero en el MPP, lo que resulta en, con. Dado que el MPP se puede seguir comparando la conductancia instantánea con la conductancia incremental.
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2. MPPT avanzado
Estos enfoques se conocen a menudo como computación blanda, bioinspiración (BI) o inteligencia artificial (IA). Son relativamente sofisticados , pero superan a los métodos estándar en cuanto al rendimiento de seguimiento.
Debido a su mayor eficiencia, se utilizan con frecuencia tecnologías de seguimiento avanzadas. Si bien los métodos convencionales y avanzados presentan limitaciones, los métodos híbridos han descubierto una manera de superarlas.
a. MPPT basado en lógica difusa: El controlador se desarrolla para aumentar el voltaje del módulo fotovoltaico. A medida que cambian el voltaje y la corriente en el panel fotovoltaico, la técnica propuesta utiliza un controlador basado en lógica difusa (FLC) para iniciar la orden de control al convertidor elevador-reductor de salida.
Los controladores de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) están ganando popularidad como un elemento esencial para la mejora de los sistemas fotovoltaicos. Estos controladores utilizan diversos algoritmos, y su eficiencia, rendimiento, modernidad, complejidad y velocidad de seguimiento varían. Los controladores MPPT han mejorado rápidamente y, en general, pueden clasificarse como técnicas convencionales o avanzadas. Elegir el mejor enfoque MPPT aún está en desarrollo. A continuación, conozcamos las ventajas del MPPT.
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¿Cuáles son las ventajas de MPPT?
Las ventajas del MPPT son las siguientes:
1. Los cargadores MPPT utilizan prácticamente toda la potencia disponible . En otras palabras, toman toda la potencia disponible de un módulo y ajustan el voltaje y el amperaje al voltaje adecuado de la batería.
2. Varios controladores de carga MPPT pueden tolerar voltajes mucho mayores que la batería.
3. Al conectar numerosos módulos en serie, se puede aumentar el voltaje manteniendo la corriente constante.
4. Tenga en cuenta que los cargadores MPPT tienen un voltaje de entrada de CC máximo . La solución más avanzada y, por lo tanto, la más cara, es el controlador de carga MPPT.
5. Sin embargo, le ahorra dinero en cableado, módulos y bastidores.
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¿Cuáles son las desventajas del MPPT?
Las desventajas del MPPT son las siguientes:
1. La principal desventaja del seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) es su elevado coste . Este sistema suele costar más que un controlador de carga estándar sin seguimiento, ya que el controlador MPPT requiere componentes eléctricos más complejos.
2. El controlador MPPT debe colocarse entre el panel solar y las baterías, el sistema necesitará más cableado.
3. Otro inconveniente de tener esto en cuenta es la complejidad . Instalar y configurar un controlador MPPT requiere más conocimientos técnicos que un controlador de carga típico, lo que podría aumentar los costos de instalación.
4. El sistema MPPT puede ser difícil de diagnosticar si surgen problemas.
5. Un sistema MPPT puede impedir que las baterías se carguen por completo. Esto se debe a que el controlador MPPT normalmente solo permite que las baterías se carguen hasta un 80 %-90 %, lo que implica que el conjunto fotovoltaico funcionará cerca de su punto de máxima potencia (PPP), pero no necesariamente en él.
¿Vale la pena invertir en controladores de carga solar MPPT?
Los controladores de carga MPPT son más caros que los controladores PWM. En sistemas pequeños y sencillos, el gasto adicional de actualizar el controlador puede no compensar. Sin embargo, en sistemas más grandes o en lugares con condiciones climáticas adversas, la mayor potencia y eficiencia que se obtiene al usar un controlador MPPT probablemente compensará con creces su costo adicional.
A nadie le gusta desperdiciar energía. Los controladores de carga MPPT le permiten aprovechar al máximo sus paneles solares sin tener que preocuparse por las condiciones climáticas cambiantes ni garantizar que sus paneles solares tengan el tamaño correcto para el voltaje de su batería.
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