1.3. Reguladores o controladores de carga

 

 Figura 1.13. Símbolo del regulador

Como se mencionó anteriormente, un regulador es un sistema de acondicionamiento de potencia que convierte una tensión y corriente directa en otra.

En sistemas fotovoltaicos requerimos de un regulador principalmente para cargar baterías. De esta forma, el regulador utilizado para esta función tiene que ser capaz de definir la tensión y corriente de salida, de tal manera que las baterías se carguen de forma correcta [1]. Es por ello que a este tipo de reguladores se les conoce también como controladores de carga.

Los controladores de carga, además de transformar los niveles de tensión y corriente, protegen a los sistemas de almacenamiento, tanto frente a las sobrecargas como a las sobredescargas. También protege a las baterías de la descarga a través del subsistema de captación, de la conexión con polaridad inversa y de cortocircuitos.

Existen principalmente dos tipos de controladores de carga:

• De modulación de anchura de pulsos (PWM [2] charge controller): Este tipo de controlador se dedica básicamente a regular la tensión con la que se carga la batería. De esta forma, el punto de operación del panel o conjunto de paneles conectado a este tipo de controlador se ubicará en la tensión de carga de la batería. Es común que, cuando se utilicen este tipo de controladores de carga, el panel fotovoltaico no opere en su punto de máxima potencia. En este tipo de controlador de carga es fundamental dimensionar de forma adecuada el panel o conjunto de paneles que se conecten en su entrada para evitar demasiadas pérdidas en la captación de energía o en la carga de la batería.
• De seguimiento del punto de máxima potencia (MPPT [3] charge controller): En este tipo de controlador además de regular la tensión y corriente de salida, se regula también la tensión y corriente de entrada, de forma tal que el panel o conjunto de paneles fotovoltaicos entreguen la mayor cantidad de energía. En este caso, es tan sólo necesario que el panel o conjunto de paneles estén dentro del rango de tensión y corriente recomendado por el fabricante del controlador. Con este tipo de controladores se puede obtener alrededor de un 15% más de energía del panel o conjunto de paneles que con el controlador PWM.

En la siguiente tabla se comparan las principales características de estos controladores:

 

Característica	Controlador PWM	Controlador MPPT
Tensión en conjunto de paneles	Debe ser similar a la tensión de la batería de carga.	Puede estar dentro de un rango amplio definido por el dispositivo. Usualmente mayor a la batería.
Tamaño del sistema	Recomendado para sistemas pequeños en donde los beneficios de operar en el punto de máxima potencia son mínimos.	Recomendado para sistemas mayores a 200 W para aprovechar la operación en el punto de máxima potencia.
Método de dimensionado	Para el dimensionado se toma en cuenta el amperaje del conjunto de paneles a la tensión de la batería.	Para el dimensionado se toma en cuenta la potencia máxima que puede suministrar el conjunto de paneles fotovoltaicos. Esta potencia debe ser inferior a la corriente máxima de carga multiplicado por la tensión de la batería.

 

El controlador durante su proceso de funcionamiento analiza en todo momento la tensión procedente del subsistema de captación. En el caso de que sea inferior a la del almacenamiento, desconectará el subsistema de captación del subsistema de almacenamiento, y en el momento en el cual la tensión es superior, se reanuda el proceso de carga. Además, ofrece información acerca de la corriente de carga y el estado de las baterías mediante un display opcional.

Por lo general, en la elección de los reguladores es preciso considerar los siguientes parámetros eléctricos:

• Tensión de trabajo: Lo más habitual es que sean varias las opciones de tensión de trabajo para un mismo regulador, dando lugar a modelos bitensionales o tritensionales. Las tensiones más frecuentes son 12, 24 y 48 V, pudiéndose encontrar también dispositivos de 60 V. Su elección dependerá del diseñador y el valor que quiera asignar este a la instalación de tensión continua.
• Intensidad máxima: Es la máxima que puede circular por el regulador. En la elección de uno, será preciso calcular previamente cuál puede ser su valor. Será la I_sc [4] procedente de los módulos en STC (Standard Test Condition: condiciones de prueba stándar).  Sobredimensionar un poco el regulador no es una cuestión que afecte demasiado económicamente a la instalación, ya que no se trata de un dispositivo de un alto coste y, por tanto, no contribuye demasiado al precio final de una instalación aislada. Por ello, optimizar demasiado la elección de uno en función de su intensidad, no ofrece unas altas mejoras económicas y, en cambio, deja cerrada la posibilidad de ampliar la instalación en un futuro. En el caso de tener en el sistema una intensidad muy alta, bien del lado de la generación o de las cargas, es posible conectar varios reguladores idénticos en paralelo para admitir dicha intensidad de corriente. La figura 1.8 se muestra una instalación con reguladores en paralelo.

 

Figura 1.14. Instalación con reguladores en paralelo

 

Algunos reguladores pueden incluir también las siguientes funciones:

• Como la sobrecarga y sobredescargas del almacenamiento perjudican a la vida útil de este, el regulador controla estos niveles para realizar la desconexión en caso de poder perjudicar a las baterías. Ciertos reguladores también disponen de una sonda de temperatura para poder corregir el estado de carga del almacenamiento en función de su temperatura. Ver figura 1.9.
  
• Protección contra polaridad inversa, protección frente a sobretensiones debidas a descargas atmosféricas (rayos) y protección contra cortocircuito.

 

 

 Figura 1.15. Sonda de temperatura en una batería

 

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[1] Se verá en detalle la forma correcta de cargar baterías en el siguiente tema.

[2] PWM es el acrónimo de modulador de anchura de pulsos en inglés, esto es, Pulse Width Modulator.

[3] MPPT es el acrónimo de seguimiento del punto de máxima potencia en inglés, esto es, Maximum Power Point Tracking.

[4] I equivale a la corriente y el subíndice sc hace referencia a "short circuit", eso es, "corto circuito".