Steven KwokOs sistemas fotovoltaicos (PV) geralmente são instalados com sistemas de backup de bateria e requerem um dispositivo para controlar como as baterias são carregadas e descarregadas, regulando a corrente e a tensão. O melhor dispositivo para esta tarefa é o controlador de carga solar.
Se você deseja saber mais sobre controladores de carga solar, os diferentes tipos disponíveis e saber como escolhê-los, este artigo é para você. Aqui você aprenderá tudo o que precisa saber sobre eles, incluindo suas melhores características e uma grande lista de dicas para ajudá-lo a escolher o melhor controlador de carga solar.
Índice analítico
O que é um controlador de carga solar? Por que você precisa disso?
O controlador de carga solar é um dispositivo que funciona como um sistema de proteção para baterias solares e cargas em sistemas solares fotovoltaicos. Sem este dispositivo, devido à instabilidade da saída do painel solar, a tensão poderia ultrapassar os valores admissíveis para as cargas ou para a bateria, podendo causar danos a alguma destas. Fornecer essa proteção é o objetivo mais importante dos controladores de carga, porém existem outros motivos pelos quais ela é necessária, como pode ser visto a seguir.
Compensação de temperatura
Alguns controladores de carga solar modernos incluem um sistema de compensação de temperatura da tensão da bateria. Como a voltagem ideal para uma bateria varia quando a temperatura aumenta a partir de 25ºC, o controlador de carga solar pode medir a diferença de temperatura e compensar de acordo. Dependendo do dispositivo, o controlador de carregamento pode compensar -3mV/°C/célula, -4mV/°C/célula ou -5mV/°C/célula.
Biológico
Os controladores de carga solar permitem que você monitore as especificações da bateria. Com esta informação, poderá saber facilmente o estado de carga das suas baterias e até detetar se existe alguma anomalia.
Proteção contra correntes reversas
Os sistemas fotovoltaicos com baterias sem um controlador de carga solar teriam regularmente correntes reversas, especialmente durante a noite. Isso ocorre quando a tensão das baterias é maior que a dos painéis solares, o que acontece principalmente durante a noite, quando os módulos não estão gerando eletricidade. Em outras palavras, ter correntes reversas em um sistema fotovoltaico significa que as baterias descarregariam para “carregar” os painéis, o que não faria sentido.
Ao instalar este dispositivo, você protegerá seu sistema deste fenômeno, prolongando a vida útil de seus painéis e mantendo uma ótima carga de suas baterias. Alguns painéis são projetados para suportar pequenas correntes reversas, mas em circunstâncias normais, podem causar danos perigosos a eles.
Pontos de ajuste da bateria
Os controladores de carregamento solar usam um sistema de carregamento de vários estágios projetado para carregar baterias com a tensão e a corrente corretas para cada estágio. Dependendo do eletrólito da bateria, o controlador de carregamento pode usar diferentes estágios de carregamento:
- Baterias de chumbo-ácido: (1) Massa, (2) Absorção, (3) Flutuação e (4) Equalização (somente para baterias inundadas)
- Baterias de íon de lítio: (1) Carga lenta, (2) Corrente constante, (3) Tensão constante e (4) Rescisão de carga
- Baterias NiMH: (1) Carga lenta, (2) Corrente constante, (3) Recarga e (4) Rescisão de carga
Além de carregar corretamente as baterias, um controlador de carga protege as baterias, incluindo uma série de sistemas de proteção. A maioria dos controladores de carga irá proteger as baterias de sobrecarga, sobrecarga, descarga excessiva, e eles os cortarão devido à baixa tensão.
Controladores de carga solar MPPT x PWM: qual a diferença?
Com tantos controladores de carga solar diferentes no mercado, é difícil saber qual é a melhor opção, mas, na verdade, cada modelo pertence a um dos dois tipos: MPPT ou PWM. Aqui, explicamos como cada uma dessas tecnologias funciona.
Como funcionam os controladores de carga solar PWM?
Uma Modulação por Largura de Pulso (PWM) funciona como um interruptor conectando painéis solares a baterias, e não como um conversor DC para DC, e é por isso que este controlador de carga não aproveita totalmente a curva IV dos painéis. Este controlador de carga modula um pulso vindo dos painéis para a bateria, limitando a tensão de acordo com o estágio de carga da bateria, ao invés de convertê-la.
Como o controlador de carga PWM limita apenas a tensão máxima, isso se traduz em perdas de energia. A razão para as perdas de energia é que o ponto de ajuste de tensão para a bateria pode não ser o ponto ideal na curva IV ou PV do painel solar. Em outras palavras, definir a tensão para 12V sem ajustar a corrente para corresponder ao ponto de potência máxima da curva resultará em perdas de energia.
Como funcionam os controladores de carga solar MPPT?
O controlador de carga solar Maximum Power Point Tracking (MPPT) maximiza a extração de energia dos painéis solares seguindo um algoritmo que permite rastrear o ponto de potência máxima da curva IV (ponto geralmente marcado como Pm na curva IV). Para corresponder a este valor de Pm (que varia ao longo do dia) na tensão da bateria, a corrente elétrica é aumentada. Em outras palavras, esse tipo de controlador de carga sempre fornecerá a quantidade máxima de energia possível dos painéis.
Controladores de carga solar PWM x MPPT
Os controladores de carga PWM e MPPT estão sempre sendo comparados. Enquanto os controladores PWM são mais baratos, o MPPT é muito mais avançado, tornando-os melhores a longo prazo. Aqui comparamos alguns dos prós e contras de cada um:
Eficiência
A melhor vantagem dos controladores de carga solar MPPT contra PWM é a eficiência. Enquanto o controlador de carga solar PWM reduz a tensão da curva IV, causando perdas de energia de até 25%, o MPPT usa microcontroladores avançados para rastrear o ponto de potência máxima na curva IV. Isso pode ser feito fazendo uma conversão DC para DC que corresponda a esse valor de energia com os valores correspondentes de tensão e corrente para as baterias, causando apenas 5-8% de perdas de energia para o sistema.
Essa diferença de eficiência está altamente associada à capacidade dos controladores de carga solar MPPT de rastrear o ponto de máxima potência de operação, funcionalidade que os modelos PWM não possuem.
Preço
Os controladores de carga solar PWM são mais baratos porque são uma tecnologia muito mais simples; no entanto, eles deixam para trás perdas de energia mais altas. O controlador de carga solar PWM é melhor usado para sistemas fotovoltaicos pequenos e portáteis, onde as perdas não são tão consideráveis quanto em grandes sistemas e as reduções de custo são importantes. Enquanto isso, para tipos de sistemas grandes ou de tamanho doméstico, um MPPT é definitivamente necessário, apesar do preço mais alto.
Tensão dos Painéis
Nos controladores de carga solar PWM, a tensão do painel deve ser próxima o suficiente da tensão das baterias para evitar perdas substanciais de energia. Este não é o caso dos controladores MPPT, onde a tensão do painel solar pode exceder em muito a das baterias.
A compensação de temperatura
A maioria dos controladores de carga solar MPPT inclui sistemas de compensação de temperatura integrados, regulando a tensão de saída do dispositivo para a tensão ideal para o carregamento da bateria. Apenas controladores de carga PWM modernos incluem esta opção, mas geralmente requerem um sensor externo de temperatura da bateria.
Como escolher um controlador de carga solar? Coisas a considerar
Ao escolher o melhor controlador de carga solar para você, é importante considerar vários aspectos:
Tipo de sistema
O tipo de controlador de carga que você precisará escolher pode depender do tipo de sistema solar que você vai instalar.
Sistema Solar Fora da Rede? Sistema ligado à rede?
Os sistemas solares fora da rede sempre exigirão um controlador de carga solar. Dependendo do tamanho do sistema solar fotovoltaico, pode ser necessário usar um modelo MPPT ou, se o sistema for muito pequeno, você pode optar por um controlador de carga PWM. Se você está pensando em transformar seu sistema vinculado à rede em um sistema vinculado à rede com backup de bateria, definitivamente precisará de um MPPT.
Luz solar (luz de jardim ou luz de rua?)
As luzes solares geralmente vêm com um painel solar adicional para alimentar uma luz LED, para este tipo de sistema, um controlador de carga PWM provavelmente fará o trabalho muito bem. As luminárias solares geralmente não são componentes eletrônicos sensíveis e demandam pouca energia elétrica, além disso, como a fonte é apenas um módulo, são perfeitas para a tecnologia PWM. Mas para desempenho robusto e vida útil mais longa, muitas luzes de rua solares modernas mudaram para controladores MPPT porque seus custos estão caindo.
RV (veículo recreativo)?
RVs sempre exigirão um controlador de carga solar. Se você tem um sistema fotovoltaico muito pequeno (talvez 1-2 painéis) com a tensão de saída próxima à tensão da bateria, pode ser bom ter um controlador de carga PWM, no entanto, se o sistema pretende cobrir uma grande parte das cargas no RV, então um MPPT seria uma escolha melhor.
Clima
Ao contrário das crenças populares, os sistemas fotovoltaicos são mais eficientes em temperaturas baixas. Isso ocorre porque a tensão aumenta com temperaturas frias e, portanto, a potência também aumenta. Da mesma forma, os controladores de carga geralmente funcionam melhor em condições de temperatura fria. Escolher um ou outro com base apenas no clima pode ser uma decisão difícil, mas o mais importante é verificar se a temperatura ambiente está dentro das condições de temperatura operacional do controlador de carregamento.
A Tensão dos Painéis e da Bateria
A maioria dos sistemas de armazenamento de bateria opera em uma voltagem variando de 12-48V. Se você deseja instalar um controlador de carga PWM, deve combinar a tensão dos painéis com o banco de baterias. Se você deseja instalar um painel solar com uma tensão muito maior, deve escolher um controlador de carga solar MPPT.
Tamanho das Cargas para Potência
Ao escolher um controlador de carregamento solar, você deve considerar o tamanho da carga em relação a quantos amperes o controlador de carregamento pode suportar. A maioria dos controladores PWM é mais adequada para pequenos sistemas fotovoltaicos, lidando com pequenas cargas de até 240 W e operando em 20 A 24 V. Os controladores de carga solar MPPT, por outro lado, podem lidar com cargas mais altas, sendo uma opção melhor para residências fora da rede.
Especificações e recursos adicionais para controladores de carga solar
Embora os aspectos mencionados acima sejam alguns dos mais importantes, você também deve considerar outras especificações, como podem ser vistas abaixo
- Saída de corrente máxima
- Tensão nominal da bateria
- Tensão Aberta FV
- Faixa de tensão MPPT (somente para controladores de carga MPPT)
- Potência máxima do arranjo fotovoltaico sob STC
- Eficiência
- Parâmetros de compensação de temperatura
- Tecnologia.
- Temperaturas operacionais
- Estágios de regulação de tensão
- Tipo de bateria compatível
- Dimensões
Além das especificações técnicas, existem outras características que você deve considerar:
- Tipo de tela e interface do usuário
- Recursos adicionais de proteção para as baterias e a carga
- Controle remoto
- Garantia
Conclusão
O controlador de carga solar é um dos componentes mais vitais para sistemas solares baseados em bateria e fora da rede. Este dispositivo protegerá suas baterias, painéis solares e controlará muitos aspectos do sistema. Ao instalar um controlador de carregamento solar, sempre considere entre PWM e MPPT, dependendo do tamanho do seu sistema, orçamento e perdas de energia que você espera para o sistema.
Para escolher o melhor controlador de carga solar para você, compare cada opção com os aspectos e dicas da última seção do artigo. Esta seção ajudará você a escolher um controlador de carga solar que se adapte perfeitamente às suas necessidades, mostrando o melhor desempenho e prolongando a vida útil de suas baterias.
