Reguladores MPPT y PWM – instalaciones fotovoltaicas bajo control

Reguladores MPPT y PWM – instalaciones fotovoltaicas bajo control

Probablemente no sea necesario convencer a nadie de que unas instalaciones fotovoltaicas correctamente construidas pueden suponer una gran ayuda tanto para el prosumidor como para el propio sistema energético. Incluso el propietario de un pequeño parque fotovoltaico se convierte en un productor de electricidad sin necesidad de mantenimiento, lo que reduce significativamente las facturas de electricidad. En combinación con una instalación de almacenamiento de energía, dicha instalación, bajo determinadas condiciones, le permite aislarse de la red eléctrica y proporcionar la cantidad adecuada de energía para sus propias necesidades. Desde el punto de vista de la red energética, la electricidad generada a partir de paneles fotovoltaicos es gratuita (el prosumidor paga por toda la instalación), y en momentos de mucha insolación, enormes cantidades de energía permiten un uso más flexible de las grandes centrales eléctricas convencionales y reducen Emisiones de gases de efecto invernadero.

• ¿Qué son los reguladores solares?
• Tipos de reguladores fotovoltaicos
  • Reguladores PWM
  • Reguladores MPPT
• Cómo determinar el consumo máximo de energía
• La elección correcta de los reguladores

Para que una instalación fotovoltaica funcione con total eficiencia se deben cumplir una serie de condiciones. En primer lugar, los paneles deben colocarse en un lugar que no esté a la sombra. Todos los objetos, edificios y árboles altos situados cerca de la instalación pueden proyectar sombra, lo que reducirá la energía generada por la energía fotovoltaica. Por supuesto, los paneles deben estar orientados al sur, donde caen la mayoría de los rayos del sol durante el día. También es importante el ángulo de instalación hacia el sol. Una configuración adecuada garantizará que la instalación realice su trabajo con la mayor eficacia posible.

También se han vuelto muy comunes las pequeñas instalaciones fotovoltaicas que, conectadas a una batería, pueden actuar como cargador, por ejemplo, durante una acampada. Por tanto, se trata de instalaciones off grid, es decir, desconectadas de la red eléctrica. Como en el caso de sus homólogos más grandes, una configuración adecuada garantizará que la máxima cantidad de luz solar llegue al panel, por lo que es decisión del usuario utilizar toda la potencia de su instalación. Pero, ¿es esto todo lo que podemos hacer para garantizar que nuestro generador aproveche todo el potencial de la naturaleza?

Resulta que no. Afortunadamente, los fabricantes de reguladores solares acuden en nuestra ayuda y se encargarán de que la fotovoltaica funcione al 100% de su capacidad para nosotros durante el funcionamiento de la instalación.

Regulador solar – ¿qué es?

Para explicar qué es un regulador solar, en primer lugar es necesario entender cómo se produce realmente la electricidad en una instalación fotovoltaica. El poder de dichos paneles se describe mediante la siguiente relación:

dónde:

P – potencia de instalación PV [W];
U – tensión eléctrica [V];
I – intensidad de la corriente [A].

Según la fórmula anterior, la potencia de los paneles es el producto de la tensión e intensidad de la corriente. Se sabe que estos valores fluctúan durante el día. Entonces, la falta de cualquier intervención destinada a estandarizar y promediar la producción resultaría en un funcionamiento muy inestable de la planta de energía solar. La producción total tampoco sería satisfactoria. Entonces, ¿qué debes hacer para mantener los valores de corriente y voltaje en el nivel más óptimo? Para ello se utiliza un dispositivo llamado regulador solar.

Según el gráfico a continuación, el panel fotovoltáico alcanzará su máxima potencia cuando determinemos el voltaje y el punto de corriente de manera que dibujemos un rectángulo con la mayor superficie posible debajo de la curva de corriente. Por tanto, la tarea del regulador es utilizar eficazmente la energía de la radiación luminosa y acortar el tiempo de llenado de dicha batería reponiendo constantemente la electricidad consumida y, en una versión más avanzada, rastreando y siguiendo los puntos de máxima potencia, gracias a los cuales la instalación opera al 100% de su capacidad de producción. La instalación de un dispositivo de este tipo le permitirá producir electricidad con buena eficiencia incluso en los días más nublados. El uso de uno de estos dispositivos reducirá la necesidad de ampliar la instalación con paneles fotovoltaicos adicionales.

¿PWM o MPPT?

Hay dos tipos de reguladores fotovoltaicos. Estos son reguladores PWM (modulador de ancho de pulso) y MPPT (tráfico de punto de máxima potencia). Se diferencian en el principio de funcionamiento, precio, eficiencia y (quizás sobre todo) la capacidad de trabajar en diversas condiciones climáticas. Para determinar claramente si estará económicamente justificado instalar una opción más cara para una instalación específica, es necesario conocer las ventajas y desventajas de cada uno de ellos y familiarizarse al menos de forma básica con los principios de funcionamiento de ambos dispositivos.

Reguladores PWM

El regulador PWM funciona según el principio de regular el ancho del pulso. En términos simples, el regulador PWM envía breves ráfagas de voltaje a la batería, evitando que se sobrecargue o descargue. No existe riesgo de sobrecalentamiento ni del llamado gaseo de la batería. Mantener un nivel de carga constante prolonga la vida útil de la batería. Cuanto mayor es la carga de la batería, el regulador reduce la cantidad de porciones de energía dosificadas, manteniendo un valor específico y constante.

¿Cuáles son las principales ventajas de una solución de este tipo?

• Precio bajo en comparación con el regulador MPPT;
• Protección de la batería contra sobrecalentamiento y formación de gases;
• Aumento de la duración de la batería;
• Amplia gama de modelos disponibles;
• Ofrece la máxima cantidad de energía disponible en el menor tiempo posible.

¿Cuáles son las debilidades de los reguladores PWM?

• Para que el dispositivo funcione correctamente, el voltaje de entrada debe equilibrar el voltaje de la batería;
• Funciona mejor a pleno sol, no apto para instalaciones con sombra;
• Genera interferencias, especialmente con valores de corriente más altos.

Reguladores MPPT – ventajas y método de operación

Los reguladores solares MPPT son dispositivos que tienen la capacidad ya mencionada de seguir los mejores puntos de alimentación. El principio de funcionamiento de dicho sistema es ajustar el voltaje de la batería para obtener la corriente de carga máxima. A diferencia de los PWM, aprovechan el máximo potencial de la instalación aprovechando las condiciones de luz solar disponibles actualmente. La gran ventaja de esta solución es la capacidad de generar electricidad tanto en las condiciones más favorables de pleno sol, como durante los amaneceres y atardeceres y durante el tiempo nublado. La radiación siempre nos llega, pero sólo una instalación que sea capaz de adaptarse al grado de insolación puede funcionar de forma eficaz. Resulta que gracias al uso de un regulador MPPT de buena calidad, la eficiencia de producción puede ser hasta un 30% mayor en condiciones de luz solar más débil. El dispositivo también reduce las pérdidas que se producen durante la carga de la batería.

Desafortunadamente, una serie de ventajas indudables van acompañadas de un precio mucho más elevado. Sin embargo, no se trata de una inversión que no sea rentable: un soporte adecuado para la instalación aportará beneficios tangibles en forma de electricidad en cualquier momento del día, independientemente de si el cielo está despejado o el sol está escondido muy por encima de las nubes.

Para que la instalación funcione de la forma más eficiente posible, en una instalación con regulador MPPT se deben conectar en serie los paneles solares. El funcionamiento de un sistema de este tipo será mucho más eficaz que la conexión en paralelo de un mayor número de paneles combinados con un regulador PWM. Hay que tener en cuenta que no se puede superar la tensión máxima de los paneles fotovoltaicos, especificada por el fabricante. Esta situación supone una amenaza para el dispositivo, que en el peor de los casos podría fallar.

Métodos para rastrear el punto de máxima potencia

El seguimiento del punto de máxima potencia puede basarse en varios algoritmos que proporcionan diferente precisión de las acciones tomadas por el regulador. Los siguientes métodos se utilizan comúnmente:

• Método de perturbación y observación – se podría llamar método de prueba y error. Implica una corrección mínima del punto actual y la observación de si la acción resultó en un aumento o disminución de la potencia de carga. Luego se da el siguiente paso análogo hasta obtener un resultado satisfactorio. Tenga en cuenta que el grado de cambio del punto de ajuste es idéntico para cada intervención posterior.
• Método de conductividad incremental – se trata de un algoritmo que, a partir de la gráfica de la curva de potencia, es capaz de predecir cuánto cambio se debe realizar para conseguir los mayores beneficios posibles. Lo hace analizando el aumento de corriente y voltaje, lo que le permite determinar el efecto del cambio.
• Método de temperatura – la medición de temperatura se utiliza para determinar el punto máximo de funcionamiento. Comparando el resultado con la temperatura de referencia, podemos determinar el ajuste óptimo. Sin embargo, el problema surge cuando hay algo de sombra. Entonces el método de temperatura se vuelve defectuoso.

Selección del regulador para una instalación fotovoltaica

Para seleccionar el regulador adecuado para una instalación fotovoltaica existente, es necesario conocer no sólo los parámetros básicos de los propios paneles, sino también los datos técnicos de la batería utilizada y la cantidad de energía demandada. Las cuestiones más importantes que determinan la correcta cooperación de la energía fotovoltaica tanto con el regulador PWM como con el MPPT son:

1. Potencia nominal de los paneles fotovoltaicos – este parámetro debe tenerse en cuenta para que, en combinación con el regulador, la instalación sea capaz de cargar la batería en cada caso en un momento adecuado y seguro para el almacenamiento de energía;
2. Voltaje de los paneles fotovoltaicos no exceder el voltaje permitido de carga de la batería y el voltaje máximo especificado por el fabricante del regulador;
3. Entrada de potencia máxima – un regulador correctamente seleccionado debe tener la misma o mayor corriente de carga, lo que compensará el consumo de corriente de todos los receptores conectados;
4. Corriente de cortocircuito de paneles fotovoltaicos – el dispositivo seleccionado debe tener una corriente de carga superior a la corriente de cortocircuito mencionada de la instalación fotovoltaica;
5. Capacidad de almacenamiento de energía – para elegir el dispositivo adecuado que nos permita reponer la energía consumida en poco tiempo, primero debemos determinar cuánta energía podemos utilizar y, por tanto, qué tamaño de batería necesitamos. Entonces la instalación se hará a medida.

Seleccionar el regulador solar adecuado puede mejorar la eficiencia de nuestra instalación, lo que se traduce en el cálculo económico. Tanto los reguladores PWM como MPPT tienen sus ventajas y desventajas, y sólo una compra bien pensada garantizará que el dispositivo cumpla con las expectativas del usuario.