Cálculo del regulador solar PWM
Los reguladores PWM se deben utilizar únicamente en sistemas fotovoltaicos donde el voltaje de los paneles y el de las baterías sean similares, es decir, para paneles denominados de 12V (36 celdas), deberíamos trabajar con baterías a 12V.
En cambio para trabajar con baterías a 24V deberíamos de trabajar con paneles denominados de 24V (72 celdas).
Por tanto, una vez que conectemos la batería al regulador, éste reconocerá la tensión de la misma (12V o 24V), y en función de ese voltaje necesitará que conectemos placas solares de 12V para baterías 12V, y placas solares de 24V para baterías a 24V
Para placas solares de conexión a red o de 60 células, necesitaremos un regulador MPPT.
El cálculo del regulador solar PWM es muy sencillo, tan solo debemos escoger un regulador cuyo amperaje máximo sea superior al del conjunto de paneles instalados. Sumando las corrientes de los paneles conectados en paralelo obtendremos el amperaje total del fotovoltaico, con este dato, y sobredimensionando esa corriente un 10% tendremos la corriente necesaria para el regulador solar PWM que tendrá que ser mayor que la del generador fotovoltaico.
La intensidad de corriente en Amperios de producción de paneles nunca debe ser superior a la cifra que marca el modelo de regulador solar PWM.
Por ejemplo:
1 placa solar 12V con Im = 8A, el reg. PWM necesario sería de 10A.
2 placas solares 24V con Im = 8A, seleccionaremos un reg. PWM de 20A.
No se deben conectar nunca las placas solares antes de conectar las baterías. Si el regulador de carga no puede entregar la corriente que obtiene de los paneles solares, el radiador no será capaz de disipar toda la corriente sobrante en forma de calor, y se quemará el regulador.
Al realizar las conexiones siempre deberemos conectar siempre en primer lugar las baterías y en último lugar los paneles solares. En la desconexión el proceso se realizará a la inversa, apertura de fusibles de paneles si disponemos de ellos o en su defecto desconexión de los bornes en regulador y posteriormente desconexión de las baterías.
Cómo se debe conectar un panel solar a un regulador de carga PWM
Batería a 12V: Con un regulador solar PWM únicamente podremos usar paneles solares 12V (tienen 36 células). Y si tenemos que conectar más de 1 panel, siempre tendrá que hacerse en paralelo (no podremos subir la tensión de trabajo) para lo cual podremos usar un repartidor de 2 polos y facilitar el trabajo.
Batería a 24V: Con un regulador solar PWM deberemos poner paneles solares 24V (tiene 72 células) en paralelo o 2 paneles en serie de 12V para llegar a la tensión de trabajo necesaria. Si utilizamos paneles solares 12V, deberemos hacer conexiones en parejas serie-paralelo y siempre necesitaremos un número par de placas solares.
Como advertencia sobre los reguladores PWM:
-No debemos usar paneles de 60 células ya que entregan demasiada corriente para sistemas a 12V y demasiado poca para sistemas a 24V. Su uso queda restringido únicamente a reguladores MPPT o conexión a red.
Advertencias del conexionado de paneles
- Primero conectar siempre la batería al regulador o al inversor y después a los paneles.
- Usar reguladores solares que soporten la intensidad proveniente de los paneles de la instalación.
- No conectar en serie paneles de distintas potencias, células o modelos.
Usos más habituales para los reguladores solares PWM
Los usos más habituales de los reguladores PWM son:
- En instalaciones de baja demanda energética donde la placa solar es de 12V y el banco de baterías es de 12V.
- Es muy útil en instalaciones donde la placa solar es de 24V y el sistema de acumulación de 24V, de este modo reducimos el coste del regulador, ya que el coste del regulador solar PWM respecto al regulador MPPT es más económico.
- Es muy popular en instalaciones de bajo presupuesto.
Cómo elegir un regulador solar PWM
Tendremos que tener en cuenta sobre todo la intensidad de los paneles de nuestra instalación y sus respectivas tensiones 12V o 24V. La corriente de carga será la suma de las intensidades de cada panel que se coloque en paralelo.
Ejemplo:
Para una instalación a 12V.
- Baterías y paneles de 12v.
- Si colocamos 1 panel por ejemplo de 4.8A, el regulador solar PWM deberá ser superior a 4.8A.
- Si colocamos 2 paneles con 4.8A, el regulador solar PWM deberá ser superior a 2X4.8A.
Reguladores MMPT
En este caso, el panel 12V aunque está conectado a un regulador MPPT no puede cargar una batería de 24V. Esto ocurre porque el regulador MPPT no es capaz de subir el voltaje del panel hasta el punto necesario para cargar una batería de 24V. Habría que poner en serie 2 paneles de 12V para conseguir esos 24V.
Compatibilidad entre la batería y el panel solar
Básicamente, si el voltaje de la batería y el panel solar es el mismo no hay problema, es decir: una batería de 12V deberá ir con un panel solar de 12V , y una batería de 24V deberá conectarse con un panel solar de 24V.
Pero si se desea conectar una batería 12V con un panel solar de 24V se deberá instalar entre ambos dispositivos un regulador de carga MPPT. Pero nunca se podrá conectar una batería de 24V con un panel solar de 12V.
El rango de voltaje que especifica el fabricante:
Para sistemas de baterías, los reguladores de carga MPPT suelen tener como máximo entre 100 o 150V y hasta 250V de los más modernos reguladores de este tipo. Esto nos da una flexibilidad superior y nos permitirá trabajar a tensiones más elevadas que es lo que nos evitará algunas pérdidas de potencia. Jamás debemos sobrepasar esa cifra de voltaje, teniendo en cuenta que en condiciones ambientales muy frías, el voltaje entregado por un panel puede subir sensiblemente y el fabricante del regulador nos limita con la tensión de circuito abierto (Voc). Ésta es la cifra de producción del panel en la que nos debemos fijar, que es superior a la de voltaje a máxima potencia (Vmp)
Pongamos como ejemplo que utilizamos paneles solares de 45.7 Voc, si ponemos 2 paneles en serie (91.4V) nos acercamos peligrosamente al límite de un regulador que puede soportar 100V. En este caso recomendamos o bien utilizar paneles de 60 células que entregan un inferior voltaje (alrededor de 37 Voc) o bien un regulador que soporte 150V.
Recordemos que lo ideal es siempre trabajar al mayor voltaje posible en los paneles. Por eso es aconsejable elegir la distribución de placas que nos permita tener la mayor tensión sin poner en peligro el regulador MPPT. Como hemos reiterado, un mayor voltaje nos permitirá una sección menor de cableado y también menos problemas con la distancia entre el campo solar y el regulador.
2- La corriente de carga máxima que soporta el regulador:
Es la corriente que va del regulador a batería, nada que ver con la que va de paneles a regulador. En este caso si el MPPT puede trabajar con 12, 24 o 48V de batería, deberemos dividir la potencia total en paneles entre la tensión de la batería para saber si se nos puede quedar corto el regulador.
Por ejemplo con 3 paneles de 325W tendremos 975W totales.
- Si la instalación funciona a 48V: 975W / 48V = 20.31A. En este caso con un regulador de 20A o más tendremos suficiente.
- Si la instalación funciona a 24V: 975W / 24V = 40.62A. Vemos que la intensidad de carga se duplica, por lo que ahora deberíamos emplear un MPPT de 40A o más.
- Si la instalación funciona a 12V: 975W / 12V = 81.25A. Aumentamos al doble la intensidad de carga y vemos que precisamos un regulador de 80A.
La potencia FV se refiere a la potencia del campo solar, en nuestro caso de ejemplo tenemos 3 paneles de 325W que suman un total de 975W, si trabajamos a 24 V podemos ver que el campo solar del regulador Victron 100/50 es de 1400W. Seria mejor utilizar un regulador Victron 100/40 o 45.
Será mucho más económico un sistema que trabaje a un superior voltaje, ya que el regulador podrá ser de menor intensidad de corriente y además, como hemos comentado, funcionará de un modo más eficiente.
3- Las series deben ser de idénticas características:
Cuando formamos varios grupos de paneles conectados en parejas serie-paralelo, es imperativo que todos los paneles sean idénticos y que lleven el mismo número de unidades cada serie. Hay que recordar que para poder realizar la carga de la baterías, debemos llegar con un mínimo de tensión siempre superior al Voltaje máximo que precisará la batería para su carga total en cualquiera de sus etapas.
Por ejemplo, con paneles de 60 células que entregan unos 37,8Voc y un regulador cuyo límite está en los 150Voc podremos hacer lo siguiente:
2 paneles solares - Distribución en una sola serie. Apto para 12 y 24V de batería.
3 paneles solares - Distribución en una sola serie. Apto para 12, 24 y 48V de batería.
Para seleccionar el MPPT, dividiremos la potencia del campo solar entre la tensión de salida del MPPT, en este caso, 840W / 24V = 35A.
4 paneles solares - Distribución en 2 series de 2 unidades. Apto para 12 y 24V de batería.
6 paneles solares - Distribución en 2 series de 3 unidades. Apto para 12, 24 y 48V.
7 paneles solares - Distribución imposible.
8 paneles solares - Distribución en 4 series de 2 unidades
Para seleccionar el MPPT, dividiremos la potencia del campo solar entre la tensión de salida del MPPT, en este caso, 2240W / 24V = 93,3A. Sería mejor trabajar a 48 y para eso mejor trabajar con 9 paneles en vez de con 8.
9 paneles solares - Distribución en 3 series de 3 unidades.
Para seleccionar el MPPT, dividiremos la potencia del campo solar entre la tensión de salida del MPPT, en este caso, 2520W / 48V = 52,5A.
El MPPT 150/60 admite un campo solar de hasta 3440 asi que sin problema podemos utilizarlo.
Podemos concluir que para un regulador de 150Voc, como máximo haremos series de 3 unidades y posteriormente tantos paralelos como nos limite la potencia del regulador MPPT.
En los inversores de conexión a red, el MPPT que integran puede aceptar rangos de voltaje de entre 150V hasta 800V según modelos, por lo que en este caso podremos hacer largas series de más de 20 paneles solares, nada que ver con los reguladores para baterías cuyo límite suele estar en los 150V y hasta 250V en los últimos modelos de Victron.
En definitiva, con un regulador MPPT tendremos más eficiencia y más flexibilidad a la hora de conectar cualquier tipo de panel solar a nuestra instalación. Como precaución no deberemos sobrepasar nunca su voltaje y respetar la equidad de todas las ramas que vayamos haciendo en paralelo. Por otro lado, si instalamos más potencia solar de la que el regulador MPPT es capaz de pasar a carga de baterías, éste limitará su salida, no se romperá como ocurre con los reguladores PWM. El inconveniente es que en momentos de abundante producción, se desperdiciará esa potencia extra instalada.
Siempre aconsejamos tener en cuenta que un regulador MPPT puede llevar cualquier tipo de paneles, pero tienen que ser en número suficiente para una correcta distribución y también en función de la tensión a la que vayamos en baterías.
Reguladores mppt
A continuación se explica con un ejemplo práctico la correcta elección de un regulador PWM con un panel solar 150W ERA.
El panel de 150W en condiciones STC cuenta con una tensión de 18,3V y corriente de 8,2A por eso su potencia es 150W, pues recordemos que:
P = V x I
18,3V x 8,2A = 150,06W
Lo que ocurre es que la tecnología PWM, a diferencia de la MPPT, reduce la tensión de 18V del panel a la tensión de carga de la batería (~13V) reduciendo también la potencia de entrada desde panel solar.
Es por esto que en la pegatina del fabricante muestra 13V x 10A = 130W (se refiere a la potencia útil y no a la potencia máxima de la pegatina del panel).
El regulador PWM aprovecha del panel de 150W entre 105W y 115W aproximadamente en las mejores condiciones cuando el panel está entregando su corriente máxima.
Si quiere un regulador de carga para una batería de 12V y un panel de 150W aprovechado toda la potencia del panel disponible, lo correcto es un regulador MPPT de 15A para una placa, o un regulador MPPT de 20A para dejar hueco a una segunda placa de 150W.
Con los reguladores MPPT se saca generalmente más rendimiento a los paneles y permiten la utilización de paneles que no se pueden usar con reguladores PWM (debido a la compatibilidad de la tensión del panel y la batería).
Algunas ventajas que podemos encontrar en estos reguladores son:
- Posibilidad de añadir paneles en serie con un voltaje total superior al del banco de baterías.
- Se evitan, en gran medida, las pérdidas por ir a bajo voltaje y mucha intensidad en corriente continua.
Podemos encontrar reguladores MPPT hasta 100A y que ofrecen más garantía que los PWM.
Algunos inconvenientes que podemos encontrar en este tipo de reguladores es que son más caros y más grandes que los PWM.
Es obligatoria usar un regulador MPPT si vamos a instalar paneles de 60 células o el voltaje del campo fotovoltaico es superior al voltaje del banco de baterías.
En instalaciones que sean pequeñas como el alumbrado de una pequeña vivienda o suministro a unos pocos electrodomésticos,es más económica la utilización de un regulador PWM y más que suficiente.
Si la instalación es de mayores dimensiones y va a proporcionar mucha potencia, lo mejor es utilizar un regulador MPPT, que además, ayuda a un mejor mantenimiento de las baterías, ya que suelen incorporar más avanzados algoritmos para cargarla y protegerla.
El regulador de carga MPPT, también se conoce como maximizador, dado que su funcionamiento aprovecha la máxima producción del panel solar para la carga de la batería. Además de cortar el paso de corriente hacia la batería cuando se encuentra cargada, este tipo de regulador recibe la producción máxima del panel haciéndolo trabajar en su punto máximo. Internamente ajusta ese voltaje, que siempre es superior al requerido por la batería, al voltaje necesario con una gran eficiencia en la conversión, ganando intensidad conservando la potencia total de producción. Resulta la mejor opción para sacar todo el partido a los paneles solares y su sobrecoste compensa con creces su superior capacidad de producción. Aunque pueden trabajar con paneles y baterías en la misma tensión nominal, su funcionamiento es más eficiente si aumentamos la tensión del campo fotovoltaico.
Este tipo de reguladores MPPT ofrecen 3 cifras:
- Voltaje de trabajo en baterías.
- Voltaje máximo de trabajo en paneles.
- Intensidad de carga hacia baterías.
No deberemos sobrepasar bajo ninguna condición el voltaje de trabajo en paneles, que nos permitirá organizar su conexión del modo que siempre sea superior al voltaje de baterías y fijándonos en la ficha de datos del panel en la cifra VOC. Por otro lado, la intensidad de carga hacia baterías nos indicará la potencia total en paneles que puede gestionar el regulador, si son 200W a 12V, serán 400W a 24V. La cifra en potencia instalada se puede sobrepasar, limitando el regulador a la potencia máxima que es capaz de cargar.
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