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May 29, 2023

El mejor controlador solar MPPT o PWM para la caravana

16 de diciembre de 2022 por Mark Allinson Deja un comentario Carga de PWM y MPPT

16 de diciembre de 2022 por Mark Allinson Deja un comentario

Los controladores de carga PWM y MPPT son dispositivos muy utilizados para cargar baterías utilizando la energía producida por paneles solares en campers y barcos y, por supuesto, en instalaciones fijas.

El controlador PWM es un interruptor que conecta los paneles solares a su batería de servicio. Este dispositivo puede reducir sustancialmente el voltaje de las juntas hasta llegar al del banco de baterías.

El controlador MPPT, por otro lado, es más sofisticado (y más caro): regula su voltaje de entrada para recolectar la máxima energía posible de los paneles solares.

Luego transforma esta potencia para suplir los requerimientos de voltaje de la batería. MPPT desacopla el voltaje de los paneles del de la batería para que pueda haber una batería de 12 voltios y paneles conectados en serie para producir 36 voltios.

En general, todos aceptan que el controlador MPPT supera a los de tipo PWM en climas templado-fríos. Por el contrario, ambos controladores muestran el mismo rendimiento en climas tropicales y subtropicales.

En este artículo, sin embargo, describiremos en detalle el efecto de la temperatura, un parámetro que, de cara al uso en una camper, se vuelve fundamental para establecer qué es lo mejor que se puede hacer al considerar la compra de uno de estos dispositivos.

Consideremos como ejemplo un panel solar simple de 100W con 36 células monocristalinas. Este panel clásico se instala en muchos campistas cotidianos. Supongamos que estamos en una situación en la que la temperatura exterior es de 25 °C y la radiación solar es de 1000 W/m² (ver nota a continuación).

La potencia máxima de nuestro panel de referencia tiene una tensión de punto de máxima potencia de 18 Voltios y una corriente de 5,56 Amperios (18V x 5,56A = 100W), por lo que para sacarle el máximo partido a este panel solar se debe elegir un controlador de carga que puede explotar el punto de máxima potencia, que es lo que hace un dispositivo MPPT.

El voltaje de entrada de un controlador PWM es, en principio, igual al voltaje de la batería. Conectado a su salida (más pérdidas de tensión en el cableado y controlador) que en el caso de las autocaravanas suele ser de 12 Voltios.

Al encontrarnos en las condiciones especificadas anteriormente, por lo tanto, el panel solar, como habrás entendido, no se utiliza en el punto de su máxima potencia.

Con su microprocesador y software sofisticado, el controlador MPPT detectará el punto de máxima potencia y, en el ejemplo que se muestra arriba, podrá establecer el voltaje de salida del panel solar en 18 V y luego extraer 5,56 A de él. ¿Qué pasa después?

El controlador de carga MPPT es un transformador de CC a CC (corriente continua) capaz de transformar energía de un voltaje más alto a energía a un voltaje más bajo.

La cantidad de energía no cambia (excepto por una pequeña fuga en el proceso de transformación). Por lo tanto, si el voltaje de salida es menor que el voltaje de entrada, la corriente de salida será mayor que la corriente de entrada, por lo que el producto P = V x I permanece constante.

Cuando se carga una batería de 12 voltios, el regulador MPPT ajusta el voltaje de salida a un nivel más alto, por ejemplo, 13 voltios. Por lo tanto, la corriente de salida se calculará como 100 W/13 V = 7,7 A.

El regulador PWM no es un transformador de CC a CC. El controlador PWM es un interruptor que conecta el panel solar a la batería. La junta y la batería tendrán casi el mismo voltaje cuando el interruptor esté cerrado. Suponiendo que se trata de una batería descargada, el voltaje de carga inicial será de aproximadamente 13V.

Considerando una pérdida de tensión de 0,5V en el cableado más la pérdida intrínseca del controlador, el panel estará por lo tanto a 13,5V. Luego, el voltaje aumentará lentamente a medida que aumente el estado de carga de la batería.

Cuando se alcanza el voltaje de absorción (ver curva IUIU para cargar baterías AGM), el controlador PWM comienza a desconectar y volver a conectar el panel para evitar la sobrecarga (de ahí el nombre: controlador modulado por ancho de pulso).

Hechas estas consideraciones, retomemos el ejemplo y veamos que con una tensión de carga de batería de 13 V y la de los paneles de 13,5 V, no nos encontramos trabajando en el punto de máxima potencia de la conferencia sino sólo en el momento en que , la curva de corriente-voltaje produce alrededor de 6 amperios. Dado lo anterior, obtendremos una corriente de carga de = 81W, un 19% menos que los 100 recibidos con el controlador MPPT.

Resumiendo, hemos visto que a 25 °C, un controlador MPPT es preferible a un controlador PWM porque puede extraer más corriente del mismo panel fotovoltaico. Sin embargo, la temperatura afecta fuertemente el voltaje de salida del panel, y aquí es donde se vuelve más interesante.

El resultado de la temperatura es un parámetro demasiado grande para ser despreciado en cualquier sistema fotovoltaico, pero más aún cuando se trata de remolques. Estos vehículos se mueven y no pueden depender de los cálculos estáticos típicos de los sistemas fijos.

Debes saber que cuando un panel se calienta debido al sol, tanto el voltaje de circuito abierto como el voltaje del Punto de Máxima Potencia bajan. Sin embargo, la corriente permanece prácticamente constante. En otras palabras: la curva corriente-voltaje se desplaza al aumentar la temperatura. En la práctica, nuestro panel seguirá generando 5,56 amperios, pero esta vez a un voltaje más bajo.

Cuando la temperatura de la celda es de 75 °C, el regulador MPPT debe lidiar con diferentes parámetros de tensión en el punto de máxima potencia, dado que un mismo panel ya no tendrá una tensión máxima de 18 Voltios como la que tenía a 25 °C, sino mucho menor. . Tomando en la mano las hojas de datos del panel de referencia a 100 Watts, vemos que el voltaje máximo a 75°C cae a 13.5 Voltios.

Trabajando a esta tensión máxima, el regulador MPPT sería capaz de desarrollar esta potencia: 5,56 x 13,5 = 75 Watts.

Como hemos visto anteriormente, en lugar del controlador PWM cuando la temperatura de la celda es de 75 ° C, la presencia de un voltaje de batería de 13 V asegurará que tendremos un voltaje impuesto en el panel igual a 13,5 V. Entonces tendremos al final 13 1.5V x 5.56A = 75 Watts.

En conclusión, cuando los paneles funcionan a 75°C y la batería se carga a 13 Voltios, la diferencia de rendimiento entre PWM y MPPT es prácticamente inexistente.

Es interesante ver lo que sucede a temperaturas aún más altas cuando el mismo panel reduce su voltaje de alimentación máximo a 11,7 voltios. En este caso, debemos saber que la mayoría de los controladores MPPT no pueden transformar un voltaje más bajo en un voltaje más alto, ya que no es su trabajo.

En este caso, este dispositivo generalmente funcionaría como un simple controlador PWM, conectando así el panel directamente a la batería. En este caso, si la batería está en los 13 Voltios habituales, la corriente que recogerá la conferencia será de sólo 4 Amperios. Naturalmente, la situación empeora a medida que aumenta el voltaje de la batería (o aumenta la temperatura), ya que la corriente de carga desciende aún más.

En nuestro ejemplo, los controladores MPPT y PWM no funcionan a altas temperaturas.

La solución para mejorar el rendimiento del controlador MPPT a altas temperaturas es aumentar el voltaje del panel aumentando el número de celdas en serie. Esta solución no se aplica a los controladores PWM ya que aumentar la cantidad de celdas en una serie reduciría el rendimiento a baja temperatura.

Así por ejemplo, como hicimos en nuestro camión trabajando con controladores MPPT, usamos paneles fotovoltaicos de 24V en vez de 12V, o lo que podrían hacer los que no tienen mucho espacio sería usar dos paneles de 50W en serie para obtener los 100 anteriores. Esto duplicará el voltaje de salida y el controlador MPPT cargará una batería de 12 V con 66 W (5,1 A a 13 V) incluso a una temperatura de celda de 100 °C.

Un beneficio adicional: dado que el voltaje del panel se duplica, la corriente del panel se reduce. Por tanto, al tener menos resistencia, tendremos una menor pérdida final.

Conclusión

Cuando se utiliza un controlador MPPT, hay dos razones convincentes para aumentar el voltaje de los módulos fotovoltaicos:

a) Recoger la mayor cantidad de energía posible de los paneles, incluso a altas temperaturas.

b) Disminuir el área de la sección transversal del cable y así reducir costos al optimizar el rendimiento.

Rendimiento de los controladores MPPT y PWM para uso en autocaravanas

Temperatura de funcionamiento

En resumen, podemos decir que un controlador PWM funciona de manera bastante similar (desviaciones en su contra de aproximadamente un 10 por ciento cuando el voltaje de carga de la batería está entre 13V y 15V), y trabajamos en un rango de temperatura entre 45°C y 75°. C.

Tipo de paneles solares: Monocristalinos o policristalinos

Según las fichas técnicas de diferentes fabricantes, la tensión de pico es, de media, ligeramente inferior en el caso de los paneles policristalinos.

En el caso de un panel solar cobertizo de 12 V, la diferencia es de 0,35 V a 0,7 V, mientras que el coeficiente de temperatura es similar para ambas tecnologías. La consecuencia es que un regulador PWM funcionaría un poco menos bien con estos paneles.

sombras parciales

El sombreado parcial reduce el voltaje de salida. MPPT tiene una clara ventaja sobre PWM cuando se trabaja en sombra parcial.

Fugas en el cableado y el controlador

En una instalación de sonido, estas pérdidas son mínimas frente al efecto de la temperatura. Tenga en cuenta que en este documento, la potencia, el voltaje y la corriente se toman en la salida del panel y no consideran pérdidas.

¿Cuál es la temperatura de los paneles y cómo calcularla?

Leyendo este artículo, te habrás preguntado: sí, bien, pero ¿cuál es la temperatura a la que funcionan mis paneles solares en todos los aspectos?

Esta indicación viene dada por NOCT (Temperatura de celda de operación normal), especificada por la mayoría de los fabricantes de paneles solares. Las condiciones bajo las cuales se calcula el valor NOCT que muestran los fabricantes se definen de la siguiente manera:

Temperatura ambiente: 20°C

Irradiación: 800W/m².

Así, según los datos de los distintos fabricantes, la NOCT de media es de 45 °C, lo que significa que, en las condiciones establecidas, la temperatura de la célula solar es 25 °C superior a la temperatura ambiente.

Recuerde que la ausencia de viento y las temperaturas de 40 °C pueden hacer que los paneles solares funcionen a temperaturas de entre 70 y 80 °C en un día cálido y soleado en Europa. En estas condiciones, un PWM funciona menos de un 10 % peor que un MPPT.

Conclusión general

Para nuestros campers, el regulador de carga PWM es una solución de bajo coste a tener en cuenta únicamente cuando utilices tu vehículo en situaciones de máximo calor y, sobre todo, si no tienes previsto aparcar en zonas de sombra.

El regulador MPPT, por otro lado, es la elección correcta para todas las ocasiones o para un uso más general y menos específico de la caravana. Por lo tanto, no hay duda de que el regulador MPPT es la mejor opción cuando se necesita la máxima libertad de movimiento.

El controlador de carga solar utiliza las medidas que obtiene del dispositivo Smart Battery Sense para optimizar sus parámetros de carga. La precisión de los datos transmitidos mejorará la eficiencia de carga de la batería y prolongará la vida útil de la batería.

La conexión entre Smart Battery Sense y uno o más Cargadores Solares es inalámbrica: utiliza VE. Smart Network, una tecnología inalámbrica basada en Bluetooth creada por Renogy.

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