Reguladores de Carga

La batería de acumuladores se carga y descarga periódicamente, recibiendo energía eléctrica del generador fotovoltaico durante el día y devolviéndola al circuito de utilización durante la noche. El control de este proceso lo realiza el regulador de carga.

Funciones Principales

• Proteger a la batería de acumuladores contra la sobredescarga.
• Proteger a la batería de acumuladores contra la sobrecarga.
• Evitar la descarga nocturna de la batería de acumuladores sobre el generador fotovoltaico.

Otras Funciones (Dependientes del Fabricante)

• Ajuste del procedimiento de carga según el tipo de batería.
• Protección contra la inversión de polaridad, impidiendo el funcionamiento y emitiendo una alarma sonora:
  • Si la inversión de la polaridad se produce en bornes de la batería de acumuladores, el regulador no se pone en marcha y mantiene abiertos todos los circuitos.
  • Si se produce a la entrada del generador, el regulador mantiene abierto el circuito del generador fotovoltaico.
• Protección contra cortocircuitos, tanto en la entrada del generador fotovoltaico como en la salida del circuito de utilización:
  • Si el cortocircuito se produce en la entrada, se abre ese circuito protegiendo el sistema de regulación y todos los elementos conectados al mismo.
  • Si el cortocircuito se produce en la salida, se abre el circuito de utilización protegiendo el sistema de regulación frente a corrientes elevadas.
• Medición de la temperatura de la batería de acumuladores mediante un sensor.
• Protección contra sobretensiones en la entrada del generador fotovoltaico. Para las sobretensiones producidas durante las tormentas, se utilizan varistores que absorben dichas sobretensiones y protegen a los elementos conectados al regulador.
• Protección contra sobreintensidades:
  • Si aparece una sobreintensidad por sobrecarga en el circuito que va del generador fotovoltaico a la batería de acumuladores, el regulador interrumpe el proceso de carga.
  • Si la sobrecarga se produce en el circuito que va de la batería a la utilización, el regulador interrumpe ese circuito.
• Indicación de los estados de alarma mediante señales ópticas y acústicas: baja tensión de la batería de acumuladores, desconexión del circuito de utilización por baja tensión, tensión alta en la batería de acumuladores, exceso de corriente, cortocircuito.

Regulación de la Carga de la Batería de Acumuladores

Según el fabricante, la estrategia de regulación puede incluir varias etapas que pueden ajustarse a:

• Carga Profunda: Alcanza un nivel de carga próximo al 95% de su capacidad total. Alcanzada la tensión, el regulador establece una banda de regulación de tensión de batería MCP (mantenimiento de carga profunda). Esta banda de regulación MCP produce una ligera agitación del electrolito del acumulador que evita su estratificación y la sulfatación de las placas internas. Este estado se mantiene durante un período de tiempo de algunos minutos, transcurrido esto el regulador pasa a estado de flotación alta. En los acumuladores de plomo-ácido (electrolito líquido), tras un período de tiempo en el que el estado de carga ha sido bajo, la densidad del ácido no es uniforme (estratificación) y es necesario agitarlo para homogeneizar el electrolito y evitar la sulfatación de las placas activas.
• Igualación o Ecualización: En acumuladores de plomo-ácido (electrolito líquido), esta igualación se realiza cada vez que transcurran 30 días sin que se haya realizado una carga profunda. Esta fase no se realiza en acumuladores tipo Gel.
• Flotación Alta
• Flotación Baja: Para compensar el efecto auto-descarga.
• Modo Noche: El regulador detecta que está anocheciendo midiendo la tensión en la entrada de los módulos fotovoltaicos. Cuando se detecta esta situación, se desconecta dicha entrada para evitar la circulación de corriente de la batería de acumuladores hacia los módulos fotovoltaicos. Esta función evita la utilización de un diodo de bloqueo.

Funcionamiento y Tipos de Reguladores

• Regulador Serie (muy usado)
• Regulador Paralelo
• Reguladores Todo-Nada
• Reguladores PWM (usado)

Hay reguladores de carga que se fabrican con un seguidor del punto de máxima potencia del generador fotovoltaico integrado. Con este componente, el generador fotovoltaico funciona en el punto de máxima potencia (MPP). Tiene como inconveniente el encarecimiento del regulador de carga. El regulador de carga con seguidor MPP es imprescindible cuando se utilizan módulos fotovoltaicos cuya tensión en el punto de trabajo óptimo es muy diferente de la tensión de carga de la batería. Esto ocurre cuando se utilizan módulos que están diseñados para sistemas conectados a la red o en sistemas aislados con temperaturas ambiente muy bajas.

Características y Dimensionado de Reguladores

• Tensión Nominal
• Intensidad Nominal: Se selecciona en función de la corriente de cortocircuito, Ise, del generador fotovoltaico en condiciones estándar de medida. Se debe aplicar un factor de seguridad de 1,25 con sol y sin nubes, en los que la irradiancia puede sobrepasar los 1000 W/m².
• Tensión Máxima en la Entrada: No debe ser sobrepasada por la tensión máxima de circuito abierto del generador fotovoltaico y la corriente de consumo propio, ya que el regulador se alimenta del propio sistema fotovoltaico y su consumo tiene que ser mínimo.

Instalación y Mantenimiento de los Reguladores

El regulador se debe montar en un lugar protegido de la humedad y el polvo, y no debe exponerse a la irradiación directa del sol y a otras fuentes de calor. Se debe instalar en posición vertical en una pared y sobre una superficie no inflamable, manteniendo las distancias recomendadas para permitir la circulación del aire. El regulador de carga debe estar lo más cerca posible de la batería para reducir al máximo la caída de tensión en los conductores de conexión, llegando menos tensión al regulador con riesgo de interpretar baterías descargadas. Siempre se conecta primero la batería de acumuladores. Los cables de conexión de la batería deben marcarse para identificar el positivo y el negativo. La identificación puede hacerse por el color de la cubierta: roja para el positivo y negra, azul o blanco para el negativo. En segundo lugar, se conecta el generador fotovoltaico, asegurándose antes siempre que está protegido contra la incidencia de la luz. Los reguladores de carga requieren muy poco mantenimiento y únicamente se deben realizar una revisión anual para asegurarse que no se obstruyen las entradas de aire de ventilación en los disipadores de calor y que las conexiones están correctamente realizadas, comprobando el apriete de los tornillos.

Seguidor del Punto de Máxima Potencia (MPP)

Un seguidor del punto de máxima potencia o seguidor MPP es un adaptador electrónico que hace trabajar al generador fotovoltaico en la zona de su curva característica donde entrega la máxima potencia, independientemente de la carga conectada al generador. La potencia entregada por un generador fotovoltaico depende del punto de trabajo sobre su curva característica, existiendo un punto en el que el generador entrega la máxima potencia. El punto de trabajo depende de la temperatura, la irradiancia y, sobre todo, la resistencia eléctrica del circuito conectado al generador fotovoltaico. Las variaciones de temperatura e irradiancia son inevitables al estar a la intemperie, pero la resistencia que ve el generador se puede variar a voluntad utilizando un convertidor CC/CC que va a funcionar como adaptador de impedancias entre el generador y el resto del circuito del sistema fotovoltaico, sea un regulador de carga con seguidor MPP o un inversor con conexión a red.

Un seguidor MPP es un convertidor CC/CC que se sitúa entre la salida del generador y el resto del sistema que actúa como carga, sea un regulador o un inversor.

El sistema de control del seguidor MPP mide continuamente las intensidades de entrada (Ie), las tensiones de entrada (Ue) y la de salida (Us). A partir de esas medidas, modifica la relación de conversión (d) para conseguir que la tensión Ue y la corriente Ie se aproximen a los valores Umpp e Impp del generador fotovoltaico. El método más utilizado por el sistema de control del seguidor MPP se basa en la técnica de los aumentos y disminuciones de la tensión (U) del generador fotovoltaico. Los seguidores MPP se incluyen como parte integrante de los inversores para sistemas fotovoltaicos conectados a la red. En los sistemas fotovoltaicos autónomos no es frecuente el uso de reguladores de carga con seguidor MPP, porque encarece dicho regulador sin aportar ventajas significativas en el funcionamiento del sistema cuando se trabaja con módulos fotovoltaicos (12 o 24 V). Sin embargo, en aquellos casos donde se desee utilizar módulos fotovoltaicos con tensiones no adaptadas para la carga de baterías o se quiera diseñar el generador fotovoltaico con una tensión más elevada que permita la reducción de la sección de los conductores y evitar la caída de tensión si la longitud entre paneles y regulador es grande, el seguidor MPP permite la adaptación del nivel de tensión del generador al nivel de tensión necesario en carga de la batería (por ejemplo, tensión del generador fotovoltaico 100 V y tensión de las baterías de acumuladores 24 o 48 V).