Informazioni sui regolatori di carica

Un modulo fotovoltaico converte la luce solare in corrente continua. Quindi la corrente proveniente dal modulo fotovoltaico potrebbe essere immessa direttamente nella batteria che immagazzina anche l'elettricità come corrente continua che a sua volta potrebbe essere utilizzata per servire i consumatori DC.

La tensione dei moduli fotovoltaici è tuttavia superiore alla tensione di una batteria completamente carica e può quindi danneggiare la batteria quando viene caricata direttamente. Inoltre, una scarica profonda della batteria può pregiudicarne notevolmente la durata in caso di utilizzo eccessivo dei carichi. Il regolatore di carica protegge la batteria da scariche profonde, sovraccarico e cortocircuiti. Estende considerevolmente la durata delle batterie e dovrebbe essere applicato in linea di principio ai sistemi solari autosufficienti.

Tipi di regolatori di carica

Controller di serie

Quando viene raggiunta la tensione di fine carica, un controller in serie interrompe l'alimentazione del modulo tramite relè o conduttore di potenza e lo riattiva dopo una caduta di tensione definita. Disabilita l'ulteriore flusso di corrente nelle batterie quando sono cariche.

Controller di shunt

Un controller shunt riduce continuamente la potenza del modulo quando viene raggiunta la tensione di fine carica. Ma poiché il modulo continua a produrre corrente, la parte non necessaria della potenza del modulo viene utilizzata senza problemi come corrente di cortocircuito. Questo metodo è ideale per la batteria poiché la ricarica è sicura e rapida.

Controller MPPT

I controller solari MPPT fanno funzionare i pannelli solari alla loro tensione di uscita di potenza ottimale. La corrente è regolata dalla tensione della batteria, quindi fanno sì che il sistema accetti tensioni di ingresso elevate dal pannello solare. L'energia generata può essere utilizzata in modo più efficiente.

Cosa significa PWM?

La Pulse Wide Modulation è uno speciale algoritmo di carica utilizzato nella maggior parte dei regolatori di carica e anche in altri dispositivi elettrici. È il mezzo più efficace per ottenere una carica della batteria a tensione costante commutando i dispositivi di alimentazione del controller del sistema solare. Quando la tensione della batteria raggiunge il setpoint di regolazione, l'algoritmo PMW riduce la corrente di carica per evitare il riscaldamento e la formazione di gas della batteria. Il risultato è una maggiore efficienza di carica, una ricarica rapida e una batteria sana a piena capacità.

La scelta del regolatore di carica solare appropriato dipende da tre fattori:

• Corrente del modulo (A)
• Corrente di carico (A) e
• Tensione (V).

Questi fattori sono predeterminati dai componenti da applicare.

Corrente del modulo e corrente di carico

Il regolatore di carica deve essere in grado di assorbire la massima corrente che circola nel sistema. Pertanto è necessario verificare prima quale corrente circola nel modulo (corrente del modulo) e quale corrente fluisce nell'utenza (corrente di carico). Il regolatore di carica scelto dovrebbe in ogni caso coprire le correnti previste mentre le possibili correnti del regolatore di carica non deve essere superato.

Voltaggio

Spesso vengono utilizzati sistemi a 12 V CC, sia dal lato dell'utenza (corrente di carico) che dal lato della batteria. È tuttavia possibile utilizzare anche sistemi di batterie con 24 VCC e 48 VCC. I dati del modulo, della corrente di carico e della tensione sono specificati dal produttore.

Fondamentalmente i regolatori di carica solare si distinguono tra regolatori shunt, regolatori di carica in serie e regolatori di carica con funzione MPPT.

La tensione di carico con i regolatori di carica in derivazione e in serie è determinata dalla batteria. Scegliere un controller in derivazione o in serie quando la corrente della batteria è superiore alla corrente del modulo. I regolatori di carica con funzione MPPT (Maximum Power Point Tracking) si adattano in ogni momento alla tensione massima del modulo abbassando le tensioni più elevate alla tensione richiesta alla batteria. In questo modo si assicurano che il rendimento attuale sia più alto. Scegliere un controllo di carica con MPPT quando la corrente della batteria è inferiore alla corrente del modulo.

Inoltre, l'utilizzo di una tensione CC molto più elevata sul lato di ingresso consente di utilizzare cavi più sottili, diminuendone i costi e semplificando l'installazione. Soprattutto in caso di utilizzo in regioni più fredde o quando la distanza dal modulo fotovoltaico alla batteria è lunga (cavi lunghi), il controller MPPT garantisce rendimenti di corrente più elevati. I piccoli elettrodomestici vengono spesso alimentati con 5 V CC tramite una presa USB. I sistemi Pico così come alcuni regolatori di carica o inverter forniscono uscite USB, non per la trasmissione dei dati ma per l'alimentazione a 5 V CC. Queste uscite USB possono caricare telefoni cellulari e batterie o alimentare piccoli carichi come lampade, radio, lettori MP3.

Come funzionano i regolatori di carica PWM e MPPT?

Regolatori di carica solare PWM

Un controller PWM collega un modulo fotovoltaico a una batteria, la corrente scorre quindi attraverso il controller fino alla batteria. La tensione del modulo si riduce quasi alla tensione della batteria. Fondamentalmente non succede niente altro che nell'esempio sopra quando colleghiamo un modulo fotovoltaico direttamente ad una batteria da 12 V. Ma quando la batteria è piena (viene raggiunta la tensione di assorbimento), il regolatore solare inizia a funzionare. Separa il modulo e la batteria l'uno dall'altro e quando la tensione della batteria è scesa di alcuni millivolt, il modulo fotovoltaico si riaccende. Questo processo avviene più volte al secondo. Questa modalità di controllo è chiamata modulazione di larghezza di impulso (PWM). I moduli fotovoltaici forniscono una certa corrente a seconda della luce solare. Questa corrente è indipendente dalla tensione del modulo. Di conseguenza a 18 V o 13 V circola la stessa corrente. Tuttavia il modulo eroga una potenza (misurata in Watt). La potenza è il prodotto di tensione e corrente. Chiunque a quel tempo prestasse attenzione alla fisica sa che è possibile calcolare la potenza elettrica semplicemente moltiplicando la tensione e la corrente. Di conseguenza, la potenza a 18 V è maggiore che a 13 V se si utilizza come base la stessa corrente.

MPPT regolatori di carica solare

MPPT = Multi Power Point Tracking - in inglese riguarda lo stesso monitoraggio multipunto. Un controller MPPT scansiona la curva di potenza del modulo fotovoltaico e trova il punto di potenza più alto. Solitamente un modulo eroga la massima potenza ad una tensione di 16-18V. La potenza del modulo viene quindi convertita nella tensione della batteria, come un convertitore di tensione che converte 12 V in 230 V o 24 V in 12 V. Questo metodo è così efficace che, nonostante le perdite nel regolatore, attraverso la conversione di tensione viene trasferita alla batteria molta più potenza rispetto a un regolatore PWM. Ecco un breve esempio: 100 Wp portano (esemplare!) al sole 18 V e 5 A (corrisponde a 90 W). Con un regolatore PWM è possibile caricare una batteria da 13,5 V con una corrente di carica di 5 A. Che corrisponde ad una potenza di 67,5 W (esattamente a 13,5 V). Con un regolatore MPPT i 5 A e 18 V vengono convertiti in tensione della batteria e a 13,5 V scorre 6,66 A (90 W).