Fotovoltaica

El regulador de tensión es un equipo electrónico que sirve para proteger a la batería ante sobrecargas y descargas profundas favoreciendo su durabilidad. 

Los reguladores actuales introducen microcontroladores para la correcta gestión de un sistema fotovoltaico. Su programación elaborada permite un control capaz de adaptarse a las distintas situaciones de forma automática, permitiendo la modificación manual de sus parámetros de funcionamiento para instalaciones especiales. Incluso los hay que memorizan datos que permiten conocer cual ha sido la evolución de la instalación durante un tiempo determinado. Para ello, consideran los valores de tensión, temperatura, intensidad de carga y descarga, y capacidad del acumulador.Los reguladores suelen incorporar un termómetro, que proporciona la temperatura ambiental o de la batería. Normalmente el regulador se localiza muy próximo a la batería con lo que se pueden estimar la temperatura de la batería en función de la temperatura ambiente. La vida de la batería depende esencialmente de la buena elección del regulador.   

Así pues, las funciones básicas de un regulador son: 

• Carga óptima de las baterías. 
• Protección frente a descargas excesivas. 
• Evitar una descarga completa. 
• Protección de la profundidad de descarga. 
• Protección frente a sobrecargas. 
• Información sobre el estado de carga. 

Los reguladores de carga, pueden ser del tipo serie y del tipo shunt o paralelo

Regulador serie
El regulador serie interrumpe por medio de un relé o un semiconductor de potencia S1 la corriente entre el módulo y la batería cuando se llega a la tensión límite de carga, y se vuelve a conectar cuando disminuye la tensión de la batería.  

Regulador Shunt (paralelo) 
El regulador shunt sólo permite pasar una cantidad de corriente que evite la autodescarga y el resto se consume como corriente de cortocircuito en el módulo, transformándose en calor. La corriente de cortocircuito se puede consumir en los módulos sin problema y únicamente genera un leve calentamiento adicional. Para las baterías este control es mejor que el anterior.  

Un regulador de carga solar se coloca entre el campo fotovoltaico y el campo de baterías y básicamente se encarga de controlar el flujo de energía que circula entre ambos equipos.

El control del flujo de energía se realiza mediante el control de los parámetros de Intensidad (I) y Voltaje (V) al que se inyecta en la batería.
Este flujo de energía depende del estado de carga de las baterías y de la energía generada por el campo fotovoltaico.

El regulador de carga solar controla constantemente el estado de carga de las baterías para hacer el llenado óptimo y así alargar su vida útil.

Existen tres estados de carga posibles:

• Fase BULK: la batería está descargada y toda la corriente producida en el campo fotovoltaico es inyectada en las baterías, incrementándose la tensión en la batería a medida que ésta se va llenando.

• Fase ABSORCIÓN: cuando la tensión de la batería alcanza la tensión de absorción (en las baterías de plomo-ácido abiertas 14,4V y en las baterías AGM y en las baterías GEL 14,1V), el regulador de carga solar mantiene la tensión ligeramente por debajo de dicho valor y va reduciendo la corriente hasta que la batería está prácticamente llena.
• Fase de FLOTACIÓN: en esta fase la tensión se reduce a la tensión de flotación (generalmente 13,5 V) y la corriente inyectada se reduce hasta que la batería se llena por completo
Toda la energía que se genere mayor a la energía que es posible inyectar en la batería se pierde por efecto Joule (calor) en el regulador.
Por tanto, el regulador de carga solar es un dispositivo que protege la batería contra sobrecargas, llenándola según le resulte más conveniente en cada momento.
Generalmente, los reguladores solares necesitan programarse para indicarle el tipo de baterías, la capacidad de las mismas y las tensiones de funcionamiento. 

Existen otras funciones secundarias que realiza el regulador:
– Evita que la batería se pueda descargar por la noche en el campo fotovoltaico por inversión de corriente mediante un diodo tipo D.
– Proporciona información del estado del sistema: voltaje de las baterías, corriente generada, históricos, estado de carga,… (sólo en los que tienen reguladores con DISPLAY).

¿Cómo trabajan los reguladores de carga?

 REGULACIÓN DE LA INTENSIDAD DE CARGA DE LAS BATERÍAS:

Igualación: esta respuesta del regulador permite la realización automática de cargas de igualación de los acumuladores tras un período de tiempo en el que el estado de carga ha sido bajo, reduciendo al máximo el gaseo en caso contrario.

Carga profunda: tras la igualación, el sistema de regulación permite la entrada de corriente de carga a los acumuladores sin interrupción hasta alcanzar el punto de tensión final de carga. Alcanzado dicho punto el sistema de regulación interrumpe la carga y el sistema de control pasa a la segunda fase, la flotación.Cuando se alcanza la tensión final de carga, la batería ha alcanzado un nivel de carga próximo al 90% de su capacidad, en la siguiente fase se completará la carga.

Carga final y flotación: la carga final del acumulador se realiza estableciendo una zona de actuación del sistema de regulación dentro de lo que denominamos “Banda de Flotación Dinámica”. La BFD es un rango de tensión cuyos valores máximo y mínimo se fijan entre la tensión final de carga y la tensión nominal + 10% aproximadamente.

Una vez alcanzado el valor de voltaje de plena carga de la batería, el regulador inyecta una corriente pequeña para mantenerla a plena carga, esto es, inyecta la corriente de flotación. Esta corriente se encarga por tanto de mantener la batería a plena carga y cuando no se consuma energía se emplea en compensar la autodescarga de las baterías.

INDICADORES DE ESTADO: 

Desconexión del consumo por baja tensión de batería:La desconexión de la salida de consumo por baja tensión de batería indica una situación de descarga del acumulador próxima al 70% de su capacidad nominal.Si la tensión de la batería disminuye por debajo del valor de tensión de maniobra de desconexión de consumo durante más de un tiempo establecido, se desconecta el consumo. Esto es para evitar que una sobrecarga puntual de corta duración desactive el consumo.

Tensión de desconexión del consumo: tensión de la batería a partir de la cual se desconectan las cargas de consumo.

Alarma por baja tensión de batería:La alarma por baja tensión de batería indica una situación de descarga considerable. A partir de este nivel de descarga las condiciones del acumulador comienzan a ser comprometidas desde el punto de vista de la descarga y del mantenimiento de la tensión de salida frente a intensidades elevadas.Esta alarma está en función del valor de la tensión de desconexión de consumo (siempre se encontrará 0,05 volt/elem. por encima).

En el regulador DSD, Si la tensión de la batería disminuye por debajo del valor de la alarma durante más de 10segundos aprox. se desconecta el consumo. El regulador entra entonces en la fase de igualación y el consumo no se restaurará hasta que la batería no alcance media carga. Además, incluye una señal acústica para señalizar la batería baja.

PROTECCIONES TIPICAS

• Contra sobrecarga temporizada en consumo
• Contra sobretensiones en paneles, baterías y consumo.
• Contra desconexión de batería.

INDICADORES DE ESTADO/ SEÑALIZADORES HABITUALES

• Indicadores de tensión en batería.
• Indicadores de fase de carga.
• Indicadores de sobrecarga/ cortocircuito.

PARÁMETROS A CALCULAR, DIMENSIONAMIENTO

• Tensión nominal: la del sistema 
• Intensidad del regulador: la intensidad nominal de un regulador ha de ser mayor que la recibida en total del campo de paneles FV.

PARÁMETROS IMPORTANTES QUE DETERMINAN SU OPERACIÓN

• Intensidad Máxima de Carga o de generación: Máxima intensidad de corriente procedente del campo de paneles que el regulador es capaz de admitir.
• Intensidad máxima de consumo: Máxima corriente que puede pasar del sistema de regulación y control al consumo.
• Voltaje final de carga: Voltaje de la batería por encima del cual se interrumpe la conexión entre el generador fotovoltaico y la batería, o reduce gradualmente la corriente media entregada por el generador fotovoltaico (I flotación). Vale aproximadamente 14.1 para una batería de plomo ácido de tensión nominal 12V.

Videos comerciales sobre reguladores de carga: 

Fuentes:

 yubasolar