Las ventajas de la energía fotovoltaica quedan fuera de toda duda cuando se piensa en términos de sostenibilidad medioambiental, pero esta energía renovable tiene todavía un gran reto por delante: la optimización de su almacenaje en baterías, las cuales son susceptibles de degradarse en un corto espacio de tiempo, fruto de las caídas de tensión y los repetidos ciclos de carga y descarga. Te enseñamos aquí cómo funciona un regulador de carga solar.
Analizaremos cómo funciona un regulador de carga solar como parte de los componentes de una instalación fotovoltaica que está destinada a afrontar el desafío de optimizar el rendimiento del sistema mediante la prolongación del ciclo de vida de las baterías.
Funcionamiento de un regulador
Los reguladores de carga solar se encargan de asegurar los ciclos de carga y descarga de una batería, mediante la regulación de la corriente eléctrica que fluye desde los paneles fotovoltaicos. Para ello, brindan la posibilidad de ajustar los parámetros de intensidad y voltaje del circuito, así como los ciclos de carga y descarga, y así proteger las baterías de posibles sobrecargas. De este modo, se envía solamente la cantidad de carga que necesita la batería en cada momento.
Dicho de otro modo, cuando la batería está totalmente descargada, el regulador permite la inyección completa de toda la corriente del campo fotovoltaico, incrementándose la tensión a medida que la batería se va llenando. En cambio, su comportamiento frente a una batería más cargada (es decir, que haya alcanzado su tensión de absorción) será mantener la tensión por debajo de dicho valor e ir reduciendo la corriente; y, evidentemente, el regulador detiene la carga cuando detecta que la batería está lo suficientemente cargada.
Los bajos voltajes también suponen un problema para las baterías, y los reguladores solventan este problema desconectando la batería cuando ésta ha alcanzado una pérdida del 80 % de su carga, puesto que el nivel de carga es directamente proporcional al nivel de voltaje.
Los reguladores incorporan un sistema de bloqueo de la corriente inversa formado por diodos D, que consiguen que la corriente fluya en una sola dirección: del panel a la batería. De este modo se evita que la batería se descargue innecesariamente, y también se consiguen proteger los paneles fotovoltaicos.
Tipos de reguladores
Reguladores PWM (Pulse-width modulation)
Estos reguladores se valen de un sistema de pulsos para conectar o desconectar la batería según sus requisitos de recarga; verifican en tiempo real el estado de la batería, y determinan cada cuánto tiempo enviar dichos pulsos. Esto es: si la batería está cargada casi al completo, los pulsos son más espaciados y más cortos, mientras que en el caso de una batería descargada, los pulsos son más largos y más continuados. Estos pulsos, sin embargo, podrían generar interferencias en aparatos de radio y televisión cercanos.
Sus puntos más destacables son:
- El promedio de sus precios es más económico que el de los reguladores MPPT (siguiente apartado).
- Pueden pasar largos periodos de tiempo con poco consumo de energía solar, y por lo tanto, con un exceso de energía.
- Admiten un rango mayor de voltajes que los MPPT.
- Mayor captación de la energía que generan los paneles.
No obstante, podría ser necesario cambiar de regulador si se desea agregar más paneles fotovoltaicos a la instalación, ya que están pensados para funcionar con un conjunto concreto de baterías, y al incorporar nuevos paneles, se podría requerir aumentar el número de baterías.
Reguladores MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Los reguladores que utilizan tecnología de rastreo del punto de máxima potencia utilizan una conexión indirecta entre el panel y la batería, con un convertidor de voltaje en corriente continua para transformar el voltaje que proviene del panel a un voltaje menor, en función del nivel de carga de la batería.
Aunque son más caros, sus ventajas frente a los PWM son:
- Mayor eficiencia en climas fríos.
- Pueden funcionar con paneles de 60 células.
- Son aptas para sistemas donde el voltaje del panel es distinto al de la batería.
Estructura y conexión de un regulador
Los reguladores normalmente incluyen seis orificios en su regleta, para conectarse dos a dos (polos positivo y negativo) con los paneles, la batería y la línea de consumo de corriente continua (electrodomésticos de corriente continua, luz LED, entre otros). A la hora de instalar un regulador, hay una regla imprescindible: nunca hay que dejarlo conectado a los paneles fotovoltaicos sin la presencia de la batería en el sistema, porque este hecho puede ocasionar que el regulador se queme. Por lo tanto, hay que conectar primero el regulador a la batería y, a continuación, los paneles. Para la desconexión, se trata de seguir la misma regla: se deben desconectar los paneles antes que la batería.
Ventajas de un sistema de regulación
- La reiteración de ciclos de carga y descarga redunda en detrimento de la vida útil de cualquier batería: el objetivo principal que se persigue con la presencia de reguladores de carga es amortiguar la degradación de las baterías, y así preservarlas durante más tiempo.
2. Además, por el simple hecho de ser capaz de ajustarse automáticamente a las necesidades de la batería, consigue prevenirla de sobrecalentamientos.
3. Al igualar la aceptación de carga, consigue un mejor equilibrio entre las celdas de la batería y evita el deterioro de su capacidad; por ejemplo, en el caso de las baterías de plomo, cuando la carga es insuficiente, las rejillas se corroen y se forman cristales de sulfato (proceso de sulfatación), que daña la batería.
4. Los picos de tensión y los incrementos de temperatura también son factores degradantes que se controlan mediante un regulador.
Características adicionales
Algunos modelos incluyen una pantalla (display) en la que se pueden visualizar y monitorizar los parámetros de ajuste: nivel de voltaje, porcentaje de carga o tiempo de descarga.
Otros también incorporan una pequeña memoria, destinada a almacenar un registro de eventos, y alarmas, que facilitan enormemente la detección de incidencias y la trazabilidad de problemas.
Un regulador de carga solar debe estar presente en toda instalación fotovoltaica: detener y racionar la carga eléctrica es fundamental para preservar la vida y la calidad de las baterías, y así maximizar la eficiencia y la durabilidad del sistema a largo plazo.
