Regulator de încărcare fotovoltaic – ce este și cum să-l alegi

Una dintre componentele fundamentale ale unui sistem fotovoltaic cu stocare este regulatorul de încărcare. Se mai găseste si sub numele de controler. Vorbim despre sisteme care produc energie electrică de la soare și o stochează în baterii. Aceste sisteme pot fi folosite și „off grid” sau neconectate la rețeaua electrică, autonome în funcționarea lor. Deci ne referim la sisteme mici de alimentare cu energie electrică a bărcilor, rulotelor, cabanelor. 

Ce este regulatorul de încărcare (sau controlerul)?

Regulatorul de încărcare este un instrument care vă permite să schimbați fluxul de curent și tensiune aplicat unui anumit dispozitiv electric sau electronic. Este folosit deoarece, contrar a ceea ce s-ar putea crede, multe mașini nu au nevoie de o alimentare constantă cu curent, ci mai degrabă de un debit reglat în funcție de nivelul de încărcare și putere.

De fapt, dacă nu am folosi regulatoare de încărcare, durata de viață a unor baterii care sunt folosite pentru funcționarea panourilor fotovoltaice, ar avea o viață mult mai scurtă.

Regulatoarele de încărcare, chiar dacă sunt invizibile și miniaturizate, sunt prezente și în toate dispozitivele noastre portabile, cum ar fi smartphone-uri, laptopuri, tablete și chiar în luminile stradale cu LED-uri solare.

Procedura pe care o efectuează un regulator poate fi împărțită în trei etapă:

• În prima etapă trimite tot curentul posibil catre baterie, pana in momentul in care atinge un anumit nivel de tensiune
• În a doua etapă curentul este redus în timp ce tensiunea rămâne constantă; această fază este definită ca „absorbție”
• La sfârșit există ceea ce se numește „perioadă de reținere”: tensiunea și curentul sunt trase în jos și trimise la consumatori într-o cantitate mică, după care regulatorul va întrerupe fluxul de curent odată ce ciclul este complet, astfel încât suprasarcina să fie evitată.

Cu alte cuvinte, asadar, regulatorul de incarcare actioneaza ca un adevarat stabilizator al energiei stocate care este gestionata intr-un mod optim, toate acestea pentru a face intreaga durata de viata utila a unui aparat electric eficienta si functionala.

Utilizarea regulatorului la fotovoltaice

Regulatorul de încărcare își găsește o aplicație largă în sectorul fotovoltaic.

Regulatorul trebuie conectat la bateriile sistemului fotovoltaic, între baterie și modulul fotovoltaic, iar aproape toate modelele de pe piață astăzi sunt echipate cu un LED de control pentru a putea indica funcționarea dispozitivului, de fapt, de obicei, o lumină galbenă indică încărcarea în curs, în timp ce cea verde indică încărcarea completă a bateriei panoului.

Tensiunea de alimentare pentru un acumulator de 12 V este de aproximativ 16 V.  Acest lucru permite bateriilor cu plumb să fie încărcate la 14,40 V (6 x 2,40 V/celulă) și bateriilor litiu-ion, Li-ion la 12,60 (3 x 4,20 V/celulă). Rețineți că 2,40 V/celulă pentru acid de plumb și 4,20 V/celulă pentru Li-ion sunt pragurile de tensiune de sarcină completă.

Regulatoarele de încărcare sunt, de asemenea, disponibile pentru Li-ion pentru a încărca pachete de 10,8 V (3 celule în serie). Când cumpărați un regulator de încărcare, trebuie să respectați cerințele de tensiune. Familia standard Li-ion are o tensiune nominală de 3,6V/celulă; fosfatul de fier litiu de 3,20 V/celulă. Conectați numai bateriile corecte pentru care a fost proiectat regulatorul de încărcare. Nu conectați o baterie plumb-acid la un controler de încărcare proiectat pentru Li-ion și invers. Acest lucru ar putea compromite siguranța și longevitatea bateriilor, deoarece algoritmii de încărcare și setările de tensiune sunt diferiți.

Panourile fotovoltaice sunt conectate în mod normal în serie, fiecare modul furnizând aproximativ 20V într-o zi însorită. Controlerul citește tensiunea generală a șirului, dar dacă un panou este umbrit, regulatorul își pierde eficacitatea. Sistemele avansate procesează fiecare panou sau grup de șiruri individual. Acest lucru permite urmărirea tensiunii panourilor umbrite până la 5V.

Vă puteți întreba: „ De ce nu pot conecta un panou fotovoltaic de 12 V direct la laptop sau la telefonul meu mobil? ” Acest lucru ar trebui să funcționeze în principiu, dar nu este recomandat. Controlerul de încărcare transformă tensiunea DC (curent continuu) de intrare de la panoul solar în tensiunea corectă. În plină lumină solară, tensiunea unui panou solar de 12V poate ajunge până la 40V și acest lucru ar putea deteriora dispozitivul. În continuare veți avea nevoie de un INVERTOR, adică un dispozitiv care transformă curentul din curent continuu în curent alternativ.

Cum să o alegi și să dimensionezi în mod corect un kit fotovoltaic mic

În general, identificarea regulatorului de încărcare potrivit nevoilor dumneavoastră nu este o operațiune complexă, dar dacă nu este făcută cu atenție ar putea duce la o alegere greșită care poate compromite funcționarea întregului sistem fotovoltaic pe termen lung.

Există trei caracteristici principale care trebuie reținute atunci când se calculează dimensionarea regulatorului.

• Primul este curentul nominal de sarcină, această cantitate depinde de puterea maximă care este absorbită de utilizatorii electrici (dispozitive conectate direct la curent, care nu sunt alimentate de baterie).
• În al doilea rând, există curentul solar nominal, adică cel dat de panoul fotovoltaic. (Valoarea totală a curentului solar este suma curenților de la toate panourile dintr-un sistem).
• În cele din urmă, există tensiunea sistemului, care poate fi identificată cu puterea de 12, 24 sau 48 V.
  Pentru a alege regulatorul perfect, prin urmare, există două criterii fundamentale: fiecare dintre curenții nominali (solar și de sarcină) trebuie să fie mai mică decât cantitatea de curent nominal al controlerului de încărcare, în timp ce tensiunea sistemului trebuie să se potrivească între toate părțile, adică trebuie să fie aceeași pentru panouri, baterii și controler (dacă alegeți un controler de 24 V, va fi pentru că acesta este tensiunea celorlalte elemente).

Preturi

Costul unui controler de încărcare este legat în principal de tipul de circuite electronice și de sarcina pe care o poate suporta. Prin urmare, curentul maxim de intrare și ieșire, puterea maximă de intrare a panoului fotovoltaic.

Un regulator de încărcare ieftin produce o tensiune de ieșire numai atunci când este disponibilă suficientă energie solară. Odată cu diminuarea insolației, regulatorul de încărcare pur și simplu se oprește și reia atunci când nivelurile suficiente de lumină sunt restabilite. Majoritatea acestor dispozitive nu pot folosi energia marginală prezentă la răsărit și apus, limitând utilizarea lor la aplicații cu condiții ideale de iluminare.

Controloarele de încărcare mai scumpe urmăresc puterea prin măsurarea tensiunii și reglarea curentului pentru a obține un transfer maxim de putere în condițiile de lumină predominante. Acest lucru este posibil cu urmărirea punctului de putere maximă (MPPT sau Maximum Power Point Tracker). Este un sistem care asigură că unul sau mai multe panouri sunt capabile să livreze puterea maximă indiferent de sarcină.

Trebuie remarcat faptul că nu toate circuitele MPPT funcționează la fel de bine. Unele sunt groaznice și nu răspund imediat la schimbările de lumină, ceea ce face ca ieșirea să scadă sau să devină dezactivată dacă o umbră cade pe panou.