Caratteristiche da valutare in un regolatore di carica

Pensa a un controller solare come a un regolatore di carica. Fornisce potenza dal campo fotovoltaico ai carichi del sistema e al banco batterie. Quando il banco della batteria è quasi pieno, il controller ridurrà la corrente di carica per mantenere la tensione richiesta per caricare completamente la batteria e mantenerla spenta. Potendo regolare la tensione, il regolatore solare protegge la batteria. La parola chiave è “protegge”. Le batterie possono essere la parte più costosa di un sistema e un regolatore di carica solare le protegge sia dal sovraccarico che dal sottocarico. Ma ecco le caratteristiche da valutare nella scelta di un regolatore di carica adatto al tuo impianto fotovoltaico.

Dimensionamento del controller

Un controller di carica deve essere dimensionato per far passare la corrente continua prevista dall’array (o sub-array) fotovoltaico nella batteria e dovrebbe essere in grado di resistere a correnti di picco temporanee dovute a più soleggiamento del normale. È fondamentale che il controller sia adeguatamente dimensionato poiché il i costi associati al guasto del controller sono molto maggiori del costo dell’installazione iniziale di un controller leggermente più grande.

Un modulo avrà normalmente un’uscita di corrente massima che è vicina alla sua corrente di cortocircuito nominale (quando la tensione della batteria è bassa). È possibile che i livelli di irraggiamento possano raggiungere i 1500 watt / m2; la corrente di cortocircuito è normalmente valutata per i livelli di irraggiamento di 1000 watt / m2. I regolatori di carica dovrebbero essere dimensionati, quindi, per regolare fino al 130% della corrente di cortocircuito nominale del modulo.

La dimensione di un controller può essere calcolata da moltiplicando la corrente di corto circuito (Isc) di un modulo per il numero di moduli in parallelo e per il fattore di sicurezza 1,3. Consultare i produttori di controller per determinare se hanno già incluso un fattore di sicurezza nel loro valore di valutazione; il sovradimensionamento del 130% potrebbe non essere necessario se il controller è già progettato per gestire correnti superiori a quelle nominali.

Gestione della potenza da parte del controller

Tutti gli elementi di gestione della potenza dovrebbero essere sufficienti per il servizio previsto e dovrebbero essere in grado di funzionare in modo continuo al 130% della corrente nominale di progetto e al 200% della tensione nominale di progetto sia in ingresso che in uscita.

Per i sistemi più piccoli, il relè di commutazione di solito sarà allo stato solido e sarà parte integrante del controller. Per sistemi più grandi, i relè di commutazione saranno generalmente meccanici (tipo bobina o mercurio) e saranno spesso separati dal controller. La durata dei relè di tipo meccanico varia da 104 a 106 cicli e quella dei relè di tipo a stato solido non è limitato dal numero di cicli.

A seconda della metodologia di ricarica, i controller switcheranno da 10 a 100 volte al giorno quando sono in regolazione della carica (da 3 x 104 a 3 x 105 volte in dieci anni), quindi il relè è l’elemento all’interno del controller che è più probabile che causi il guasto del controller, e di conseguenza del sistema.

Consumo di energia del controller

La corrente di standby (cioè parassita, quiescente) che viene consumata dal controller varia, in genere da 1 a 20 mA, sebbene le unità più grandi possano avere un consumo significativamente più alto. Poiché la corrente di standby è influenzata dalle dimensioni del controller, è utile determinare il fattore di perdita di standby durante la valutazione del consumo energetico di un controller.

Supponendo che la capacità installata di un sistema FV sia uguale alla corrente nominale di carica di un controller e basato su un sito che ha cinque ore di picco di sole al giorno (5 kWh), questo metodo fornisce i valori per la perdita di energia come percentuale dell’energia raccolta che va dallo 0,03% al 5% per i controller attualmente sul mercato. Questo fattore rappresenta il minimo consumo energetico del controller.

Oltre che dalla corrente di standby, l’efficienza del controller dipenderà comunque anche dalla caduta di tensione tra gli elementi in serie con il circuito di carica (ad es. diodo di blocco) e da singoli elementi del controller con cicli di lavoro variabili (ad es. LED, relè).

Funzionamento a prova di errore

Nella maggior parte delle applicazioni, il controller dovrebbe essere progettato per consentire il funzionamento continuo del sistema in modalità di guasto tipiche. Ad esempio, nei regolatori di carica FV a commutazione di relè in serie, il mancato funzionamento del relè dovrebbe favorire la carica continua delle batterie di accumulo piuttosto che dell’arresto dell’array fotovoltaico.

L’eccezione è per le applicazioni in cui l’utente o l’operatore di il sistema ha pochissime conoscenze di fotovoltaico e pochi incentivi per assicurarsene continua a funzionare. In questi casi, è probabile che l’utente noti un problema solo quando l’alimentazione ha flussi più lunghi dal sistema.

Pertanto, se il controller è progettato per un funzionamento sicuro e le batterie continuano a essere caricate, l’utente probabilmente non se ne accorgerà e le batterie lo faranno probabilmente fallire prematuramente a causa di una sovraccarica eccessiva.

Protezione del controller

Grazie alla loro vicinanza diretta ad array fotovoltaici attraenti fulmini ed al cablaggio degli array, i controller dovrebbero essere altamente immuni ai transitori indotti. Tutte le linee in entrata da controllare, l’elettronica, i circuiti stampati e altri componenti sensibili alla tensione o alla corrente devono includere forme ragionevoli di protezione da sovracorrente e sovratensione, inclusa la protezione per i dispositivi di protezione stessi.

Per aumentare al massimo l’immunità alle sovratensioni per quanto possibile, elementi di gestione della potenza del campo fotovoltaico (relè, interruttori allo stato solido, blocco diodi) non devono essere incorporati sopra o vicino al circuito stampato che contiene l’elettronica di controllo.

il funzionamento del controller dovrebbe anche essere immune ai disturbi elettrici poiché gli ambienti operativi sono rararamente “pura DC”. Tutti i controller dovrebbero avere poi una protezione contro l’inversione di polarità. I controller avanzati dovrebbero avere protezione da sovratemperatura.

Infine, per evitare danni da sovratensione al carico, il controller dovrebbe non consentire al campo fotovoltaico di alimentare direttamente il carico se la batteria viene scollegata accidentalmente dal sistema.

Precisione del setpoint del controller

Tutti i setpoint del controller devono rimanere stabili entro il 2% del valore previsto rispetto all’intero intervallo operativo, ambiente elettrico e durata del sistema. Dovrebbe essere verificato che la caduta di tensione tra la batteria e il controller non causerà errori inaccettabili nella lettura del controller della tensione della batteria. Se questo è il caso, allora selezionare i cavi di rilevamento della tensione del controller.

Protezione dalla corrente inversa

In un controller solare devono essere forniti mezzi efficaci di protezione dalla dispersione di corrente inversa per prevenire che le batterie si scarichino di notte attraverso il campo fotovoltaico. Il metodo utilizzato dovrebbe essere semplice concettualmente, non richiedere componenti meccanicamente attivi e dovrebbe limitare il backfeed più tutte le perdite parassite a meno dell’1% della media giornaliera di ampere-ora generata dal campo fotovoltaico.

Design termico

Dovrebbe essere possibile installare il controller in custodie Nema o IP non ventilate senza il requisito per un dissipatore di calore aggiuntivo o ventole. Quando vengono utilizzati dissipatori di calore, per consentire una corretta convezione, il controller deve essere montato in modo tale che il dissipatore di calore abbia le alette in funzione verticalmente.

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