¿Qué son los controladores de carga?

Controladores de carga

Los controladores de carga o también llamados reguladores son equipos que controlan el voltaje y la corriente de un panel solar o generador eólico entregados al parque de baterías. Muchos de ellos generan de 16 a 20 voltios que podrían llegar a estropear la batería por una sobrecarga, ya que sólo se necesitan alrededor de 14.5 voltios.

Los paneles solares pequeños de 1 a 5 watios no requieren la instalación de ningún regulador dada su baja potencia, y una buena regla a recordar consiste en saber que si el panel entrega (durante un día) menos de 1/60 de la capacidad de la batería, este resultará innecesario.

Supongamos que nuestro panel solar entrega 6 watios en una tensión de 12 voltios produciendo una energía unas 5 horas al día, la corriente entregada durante esas 5 horas será de medio amperio (6/12 amperios), durante 5 horas, o lo que es lo mismo 2,5 amperios-hora en total.

Si nuestra batería tiene una capacidad de almacenamiento de por ejemplo 250 amperios-hora, que es mucho mayor a 60 veces los 2,5 amperios-hora (60x,2,5=150), pues en conclusión no necesitaríamos ningún regulador.

Con el transcurso del tiempo y el consumo de la instalación, la tensión de la batería disminuía progresivamente y, cuando se alcanzaba otro valor prefijado (~ 12,5 V), se volvía a permitir el paso de toda la corriente disponible, repitiéndose el ciclo. Con estos reguladores, la batería mantenía un estado de carga promedio entre el 55 y el 60 %.

El siguiente avance fue reducir la diferencia entre los dos valores de desconexión y reconexión antes mencionados, llamada histéresis del regulador. Con esto se consiguió elevar el estado de carga promedio de la batería hasta un 70%.

Se pueden dividir los reguladores de carga de paneles solares en dos grupos:

Regulador de carga paralelo

Para pequeñas potencias la solución que suele adoptarse es poner en paralelo un diodo Zener. En la actualidad está en desuso pues el incremento de potencia en los sistemas actuales, haría que los reguladores fueran extremadamente grandes por las dimensiones de sus disipadores.

Regulador de carga serie

Este tipo de reguladores disponen de dos interruptores, uno e generación y otro de consumo. El interruptor de generación actúa desconectando el generador fotovoltaico de la batería cuando ésta alcanza un valor a partir del cual entraría en sobrecarga.

Voltajes característicos de este tipo de regulación:

Voltaje umbral de sobrecarga Vsc, que es la tensión máxima que el regulador permite alcanzar a la batería. Cuando V es mayor que Vsc la batería queda desconectada del generador.

Voltaje de rearme de carga Vrc, que significa el valor de la tensión del acumulador que permite reconectar el generador para volver a cargarlo.

El interruptor de consumo colocado entre la batería y el consumo, corta el suministro de energía cuando el voltaje de la batería llega al umbral mínimo.

Inconvenientes de la sobretensión en la batería del panel

Por un lado, se pierde una pequeña parte de la energía máxima teórica que puede dar el panel fotovoltaico (10%), que se obtendría si trabajara a tensiones un poco más altas que las que impone la batería.

Por otra parte, cuando la batería llegue a su estado de plena carga, no llegará a su potencial máximo que puede dar teóricamente el panel solar, y éste seguirá intentando inyectar energía a los terminales de la batería, lo que producirá una sobrecarga que perjudicará la batería que la puede dañar.

En el peor de los casos podría provocar un daño eléctrico y tendríamos que arreglarnos con CFE. Pero no temas, se puede solucionar este último inconvenientemente, de forma manual: desconectando la batería cuando se detecta plena carga, pero obviamente no es el método más fiable ni práctico.

El regulador de carga tiene la misión de regular la corriente que absorbe la batería para que nunca se sobrecargue peligrosamente. Por este motivo, detecta y mide constantemente el voltaje de la batería, mide su estado de carga y, si éste llega a un valor de consigna previamente establecido que corresponda al valor de tensión máxima admitida.

Actúa cortando el flujo de corriente hacia la batería o bien deja que pase sólo una parte para mantenerla en estado de plena carga, sin sobrepasarse. Esta corriente mínima se denomina corriente de flotación y se da cuando la batería está a plena carga y recibe sólo la energía suficiente para mantenerla en ese estado (que, en periodos largos, compensará la autodescarga).

Ciclo de trabajo de un controlador de carga

Los controladores de carga solar aprovechan y recogen cada partícula de calor, ya que la energía que produce el Sol es constante. La sobrecarga de energía en este tipo de sistemas es posible, es este caso se recurre a lo que los técnicos llaman regulador de carga.

Debemos saber que el ciclo de trabajo de un controlador de carga solar se divide en cuatro fases, las cuales describimos con ayuda del portal Calefacción Solar.com ¡toma nota!

Primera Fase

El regulador de carga solar hace posible la entrada de corriente de carga sin interrupción a las baterías que se encuentren vacías, el voltaje se eleva al máximo mientas la batería consume toda la energía posible.

Segunda Fase

En esta siguiente fase, la tensión de la carga que se mantiene a lo largo de una hora aproximadamente termina, es cuando el regulador y la batería alcanza el 90% de su capacidad

Tercera fase

Aquí se completa la carga final. Una vez que los acumuladores de energía ya están cargados y el panel solar sigue haciendo su trabajo, absorbiendo el calor solar, es cuando el regulador acciona el circuito de control automático para detener la carga a la batería.

Cuarta fase

Finalmente, la batería está descargada y se encuentra en su mínima capacidad, entrando al proceso de igualación que se refiere cuando la carga de los acumuladores de energía ha sido baja tras un determinado periodo de tiempo. Aquí se acciona de nuevo el circuito del regulador para permitir la entrada de energía e iniciar de nuevo el ciclo.

En el caso que la fuente de energía principal, el Sol, esté ausente por más de dos días, especialmente en las noches, el controlador de carga tiene un papel importante, asimismo, se deberá destacar que la batería solar es uno de los componentes principales.

Para que la energía que está almacenada en la batería no vuelva a los paneles solares, se bloquea esta transmisión a través de un diodo, los diodos protegen las celdas solares y se asegura que los paneles trabajen normalmente.

Los dispositivos antes mencionados generan un equilibrio en el flujo de energía a través de todo el circuito que conforma el sistema de energía fotovoltaico, bloquean corrientes inversas, previenen sobre cargas y mantienen apropiadamente la alimentación de las baterías de manera segura para que el sistema esté en condiciones óptimas a largo plazo.