Come avviene la ricarica con un controller PWM o MPPT?

Un regolatore di carica fotovoltaico viene utilizzato per evitare che la batteria si sovraccarichi regolando la tensione e la corrente provenienti dal pannello solare alla batteria. Sono utilizzati in applicazioni off-grid e ibride off-grid per regolare la potenza in ingresso dagli array fotovoltaici per fornire una potenza ottimale per far funzionare i carichi elettrici e caricare le batterie.

I regolatori di carica fotovoltaici sono anche comunemente chiamati controller. Il regolatore di carica MPPT utilizza la tecnologia più recente e la tecnologia si sviluppa molto velocemente. Sebbene il prezzo sia più costoso rispetto ai controller di tipo PWM, è conveniente da usare, soprattutto per i grandi sistemi fotovoltaici. Quindi il controller MPPT è il miglior controller di carica fotovoltaico.

La ricarica di una batteria si può comprendere con una metafora. Immagina di versare acqua in una tazza: all’inizio, verserai più velocemente; quando la tazza è quasi piena, il flusso dell’acqua rallenta in modo che l’acqua non trabocchi dalla tazza. Al contrario, se continui a versare acqua a una velocità maggiore, è difficile per te interrompere il flusso nel tempo alla fine e l’acqua traboccherà da quella tazza.

La stessa teoria si applica alla ricarica di una batteria. Quando la batteria è scarica, il regolatore di carica fornisce molta energia per una ricarica rapida. Quando la batteria è quasi carica, rallenta il caricabatterie regolando la sua tensione e corrente. Quando la batteria è carica, invia solo una piccola quantità di energia per mantenere una carica completa. Questa è la cosiddetta ricarica multistadio.

Ma come avviene, in pratica, la ricarica delle batterie con i due principali tipi di controller?

Il metodo di ricarica del regolatore di carica PWM

Un regolatore di carica fotovoltaico di tipo PWM è così chiamato perché adotta un metodo avanzato di modulazione della larghezza di impulso (PWM) in serie e un’ampia gamma di regolazioni PWM da 0 al 100% e può caricare rapidamente e stabilmente la batteria in qualsiasi condizione del sistema.

Il metodo di ricarica PWM consiste nel caricare la batteria con una corrente impulsiva che cambia automaticamente il ciclo di lavoro. In questo modo, la carica a impulsi può rendere la batteria più affidabile e veloce così da caricare completamente la batteria.

Il periodo off consente all’ossigeno e all’idrogeno generati dalla reazione chimica della batteria di ricombinarsi. Ma essendo assorbito, la polarizzazione della concentrazione e la polarizzazione ohmica vengono naturalmente eliminate, riducendo così la pressione interna della batteria e consentendo alla batteria di assorbire più potenza.

Il metodo di ricarica a impulsi consente alla batteria di avere un tempo di risposta sufficiente, riduce la quantità di gas e migliora il tasso di accettazione della corrente di carica della batteria.  Tuttavia, i moderni controller di carica e scarica utilizzano la modulazione di larghezza di impulso (PWM) per ridurre lentamente la quantità di potenza erogata alla batteria quando la batteria si avvicina lentamente alla saturazione.

Il controller PWM riduce notevolmente il carico della batteria e raggiunge uno stato di carica completo, che prolunga la durata della batteria. Questo tipo di controller può far sì che la batteria raggiunga completamente lo stato di carica completa (chiamato anche ricarica flottante).

Il metodo di ricarica dei controller MPPT

Qual è invece il metodo di ricarica usato dai regolatori di carica MPPT? Il controller MPPT utilizza la tecnologia di inseguimento del punto di massima potenza per estrarre, appunto, la massima potenza dal set di pannelli fotovoltaici per ricaricare la batteria. Il metodo di rilevamento del punto di massima potenza è completamente automatico e non richiede regolazioni da parte dell’utente.

Quando il punto di massima potenza dell’array di pannelli cambia con le condizioni ambientali, il controller MPPT insegue automaticamente il punto di massima potenza dell’array per garantire che la massima energia sia ottenuta dall’array solare durante il giorno. Nella maggior parte dei casi, la tecnologia di inseguimento del punto di massima potenza aumenterà la corrente di carica.

Ad esempio, un sistema può avere 8A di corrente che fluisce dall’array di pannelli fotovoltaici al controller MPPT e 10A di corrente che scorre dal controller MPPT alla batteria. Idealmente, l’energia in ingresso all’MPPT è uguale all’energia in uscita, cioè in pratica tensione di ingresso x corrente di ingresso = tensione di uscita x corrente di uscita.

Se la tensione del punto di massima potenza Vmp dell’intero campo fotovoltaico è maggiore della tensione della batteria, anche la corrente della batteria è proporzionalmente maggiore della corrente di uscita del campo fotovoltaico. Maggiore è la differenza tra la tensione Vmp e la tensione della batteria, maggiore è l’aumento di corrente.

La tensione massima del punto di potenza Vmp del campo fotovoltaico è la tensione alla quale la potenza di uscita (tensione x corrente) è massima. È mostrato a sinistra al “ginocchio” nella curva I-V del campo fotovoltaico. Poiché i regolatori di carica tradizionali non funzionano sempre al punto di massima potenza, l’energia in quel caso viene sprecata.

Prestazioni del regolatore di carica fotovoltaico

La valutazione delle prestazioni del regolatore di carica solare può essere basata principalmente su tre aspetti: affidabilità, facile manutenzione ed efficienza di ricarica. Un regolatore di carica solare di buona qualità, sicurezza e affidabilità, e di non facile malfunzionamento, è ovviamente un’efficace garanzia per le prestazioni complessive del sistema fotovoltaico.

In particolare, la stabilità delle impostazioni chiave come la ricarica della batteria e i punti di controllo della tensione di scarica è direttamente correlata alla sicurezza e alla durata della batteria. Un regolatore di carica fotovoltaico con una struttura chiara e facile da riparare dopo un guasto può anche migliorare le prestazioni del sistema fotovoltaico da un altro aspetto.

Il consumo energetico del regolatore di carica solare e l’eccellente strategia di ricarica influiscono direttamente sull’efficienza di ricarica. Un regolatore di carica fotovoltaico ad alta efficienza può aumentare il tasso di ingresso di energia proveniente dai moduli solari, aumentando così le prestazioni complessive del sistema fotovoltaico.



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