Qué es un controlador de carga solar: trabajar con tecnología MPPT

La cantidad de energía eléctrica requerida está aumentando rápidamente con el crecimiento de la población y el desarrollo tecnológico. Hay formas de generar energía eléctrica a partir de fuentes de energía renovables y no renovables. Los múltiples beneficios de la energía solar son los factores clave en el uso de la energía solar para diversos fines. Se puede utilizar para generar energía eléctrica mediante paneles solares y para almacenar energía eléctrica mediante la carga de baterías o el suministro de cargas. La tecnología de seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT) es el método más efectivo entre varios controladores de carga solar, como controles simples de 1 o 2 etapas, control PWM y controlador de carga MPPT.

¿Qué es un controlador de carga solar?

Considere principalmente el controlador de carga solar no MPPT y no se confunda con el panel solar de seguimiento solar y el controlador de carga solar. El panel solar de seguimiento solar se utiliza para seguir el sol montando el panel solar en una placa de motor para que se pueda utilizar la máxima energía solar durante el día. Mediante el uso de este sistema de paneles solares con seguimiento solar, podemos aumentar la producción en un 15 % en invierno y en un 35 % en verano. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques del panel solar de seguimiento solar que consta de un panel solar ficticio, un circuito de suministro de energía, un microcontrolador para controlar el controlador ULN2003A y un motor paso a paso para no girar el panel solar.

El diagrama de bloques del controlador de carga solar consta de diferentes bloques: el panel solar que genera electricidad a partir de la energía solar; una carga para encender y apagar la carga; un interruptor de carga para conectar o desconectar la carga; un indicador con fines de indicación; batería para almacenar energía; y un comparador para comparar y generar señales de control. El controlador de carga del panel solar está controlado por un mecanismo de carga para proteger las baterías contra condiciones de carga insuficiente, sobrecarga y descarga profunda. Se utiliza un conjunto de LED verdes y rojos para indicar el estado de carga completa y el estado de descarga total, excesiva o insuficiente, respectivamente. Si se indican LED rojos, el circuito del controlador de carga solar consta de un MOSFET, que se utiliza como un interruptor semiconductor de potencia para apagar la carga durante una condición de sobrecarga o batería baja.

¿Por qué usamos la tecnología MPPT?

Aquí, si bien un controlador de carga solar que no sea MPPT puede ayudar a proteger las baterías de condiciones de carga no deseadas, no puede aumentar la eficiencia del sistema. Generalmente, los paneles fotovoltaicos se construyen para 12V y se utilizan para poner la salida en el rango de 16 a 18V. Pero el valor real de las baterías de 12V está entre 10,5 y 12,7V dependiendo del estado de carga. Considere un panel solar de 130 vatios con un voltaje y una corriente determinados, asuma que la clasificación actual es de 7,39 amperios a 17,6 voltios.

Si conectamos este panel solar de 130 watts a una batería usando un controlador de carga solar no MPPT, podemos obtener una potencia igual al producto de la corriente del panel solar: 7.4 amperios y el voltaje de la batería: 12 voltios, y es aproximadamente 88.8 vatios Así, obtenemos una pérdida de 41 watts (130-88.8=41.2 aproximadamente), esto se debe a una mala adaptación entre el panel solar y la batería. Entonces, si usamos el controlador de carga solar MPPT, podemos aumentar la ganancia de energía en un 20-45 %, pero primero debemos conocer la tecnología MPPT, que se usa en el controlador de carga del panel solar.

Controlador de carga solar MPPT

La tecnología MPPT es generalmente un rastreador electrónico digital que rastrea y compara el voltaje de la batería con el voltaje del panel solar, de modo que se pueda determinar la mejor potencia a la que se puede cargar la batería usando un panel solar. . Tenga en cuenta que al cargar la batería, se tienen en cuenta los amperios. Entonces, para obtener el máximo de amperios en la batería, el voltaje comparado se convierte a su mejor voltaje utilizando la tecnología MPPT moderna que tiene una eficiencia de conversión del 93-97%.

Funcionamiento del controlador de carga solar MPPT

MPPT convierte el voltaje del panel solar de 17,6 V a 7,6 A para que coincida con la batería de 12 V. Por lo tanto, la batería obtiene 12 V a 10,8 A, lo que hace que la potencia total sea casi igual a 130 W. Para cargar la batería, un alto voltaje ayuda a forzar la corriente. De hecho, en la práctica, la salida del controlador de carga solar MPPT varía continuamente para obtener el máximo de amperios en la batería.

El rastreador de puntos de alimentación es un convertidor de CC a CC de alta frecuencia que toma la entrada de CC de los paneles solares, luego convierte la CC en CA de alta frecuencia y nuevamente la CA se convertirá de nuevo a un voltaje y corriente de CC diferentes para coincidir con precisión con las baterías y paneles Generalmente, los MPPT operan a una frecuencia entre 20 y 80 kHz (rango de frecuencia de audio muy alto). Por lo tanto, se pueden usar transformadores de muy alta eficiencia y pequeños componentes para diseñar estos circuitos de alta frecuencia.

Los MPPT no digitales o lineales son fáciles y económicos de construir en comparación con los MPPT digitales. Pero, cuando se usan MPPT lineales, aunque la eficiencia mejora un poco, la eficiencia general varía en un amplio rango porque los MPPT lineales pierden seguimiento en algunos casos. Por ejemplo, si una nube pasa sobre el circuito MPPT lineal, el circuito lineal tarda más en encontrar el siguiente mejor punto.

Características principales del controlador de carga solar MPPT

• El controlador de carga solar MPPT se utiliza para corregir y detectar variaciones en las características de corriente-voltaje del panel solar y como se muestra en la figura anterior.
• Es necesario que todos los sistemas de energía solar requeridos obtengan la máxima potencia del módulo fotovoltaico, ya que esto obliga al módulo fotovoltaico a operar a un voltaje cercano al punto de máxima potencia para obtener la máxima potencia disponible.
• Al usar el controlador de carga solar MPPT, podemos usar un panel solar con un voltaje de salida mayor que el voltaje de trabajo del sistema de batería.
• La complejidad del sistema se puede reducir mediante el uso del controlador de carga solar MPPT, ya que tiene una alta eficiencia.
• Se puede aplicar para su uso con múltiples fuentes de energía, como turbinas de agua o turbinas eólicas, etc. La potencia de salida del panel solar se utiliza para controlar directamente el convertidor CC-CC.

Controlador de carga solar MPPT integrado con controlador LED

La tendencia reciente en alumbrado e iluminación utiliza con frecuencia LED de alto brillo que tienen una larga vida útil con bajo costo de mantenimiento y alta eficiencia, pero requieren un controlador de potencia para mantener una corriente constante. Esto puede facilitarse mediante un convertidor elevador o reductor CC-CC. La siguiente figura muestra el diagrama de bloques de un controlador de carga solar integrado de seguimiento del punto de máxima potencia y un controlador LED integrado en dispositivos de sistema programable en chip (PSoC), Se utilizan controladores, drivers, dispositivos analógicos y digitales para medir, acondicionar y controlar la señal.

La tecnología MPPT es flexible y poderosa al tomar el voltaje y la corriente del panel solar para encontrar la potencia máxima ajustando las señales de control para hacer funcionar el panel solar a su potencia máxima. La señal de control generada por el PSoC se usa para impulsar un convertidor reductor síncrono que convierte la energía del panel solar para cargar la batería. El sistema también se utiliza para controlar el proceso de carga de la batería y controlar los LED.

Esperamos que este artículo haya brindado una breve descripción general del controlador de carga solar avanzado que utiliza la tecnología MPPT. Para obtener más información sobre los controladores de cargador solar y cómo funcionan en detalle, puede contactarnos publicando sus preguntas en la sección de comentarios a continuación.