Come dimensionare un controller di carica MPPT

Il regolatore di carica è un regolatore che limita la velocità di corrente da e verso il pacco batteria. I regolatori di carica sono essenziali per evitare di sovraccaricare o scaricare completamente una batteria. Tale azione può ridurre drasticamente le prestazioni e la durata della batteria. Esistono vari tipi di controller di carica. Si differenziano in base alle dimensioni, ai display, alle caratteristiche e al modo in cui regolano le tensioni. Questo breve articolo si concentra sui criteri di dimensionamento di un regolatore di carica in base alla capacità di produzione del pannello solare e al carico CC totale sul sistema.

I due tipi di regolatori di carica fotovoltaici

Il regolatore di carica è il dispositivo che gestisce il flusso di energia dai pannelli solari alla batteria. I controller di carica assicurano che le batterie siano caricate correttamente e non siano sovraccaricate, il che è importante per la longevità del banco batterie. Esistono due tipi principali di regolatori di carica, MPPT (Maximum Power Point Tracking) e PWM (Pulse Width Modulation).

I regolatori di carica MPPT possono essere un potente componente del tuo sistema solare fotovoltaico. Non solo gestiscono la carica del banco batterie dai pannelli solari, ma sono anche in grado di convertire la tensione maggiore del campo solare in quella inferiore del banco batterie. Ciò consente di progettare sistemi solari altamente efficienti.

Differenze fra controller PWM e MPPT

I regolatori di carica PWM utilizzano la modulazione a impulsi per attivare e disattivare la velocità con cui l’energia dai pannelli solari viene inviata alle batterie. Quando si utilizzano regolatori di carica PWM è essenziale che la tensione nominale dei pannelli corrisponda alla tensione nominale delle batterie. Ad esempio, se il sistema utilizza pannelli a 12 volt, il banco di batterie deve essere a 12 volt.

Non c’è molto controllo sulla gestione della potenza proveniente dai pannelli utilizzando un PWM, essenzialmente scarica l’energia nelle batterie. I PWM offrono un input limitato rispetto a un controller MPPT. I regolatori di carica MPPT sono diversi nel fatto che la tensione di ingresso dai pannelli solari deve essere del 30% superiore alla tensione della batteria (fino al limite del regolatore di carica), quindi non importa tanto quale tensione solare pannello viene utilizzato con il sistema.

I regolatori di carica MPPT sono più efficienti grazie alla loro capacità di tracciare il punto massimo di potenza proveniente dai pannelli solari e consegnarlo alle batterie. Richiede una tensione maggiore / un ingresso di corrente inferiore e lo converte in una tensione inferiore / un’uscita di corrente più elevata per la stessa quantità di potenza.

Dato questo fatto, gli MPPT controllano molto accuratamente la quantità di energia inviata alle batterie, il che è importante quando le batterie si riempiono e cercano di soddisfare i carichi del sistema. Il principale punto di forza dell’utilizzo di un controller MPPT è la loro capacità di catturare la maggior parte della potenza dall’array solare in un dato momento, contrariamente all’ingresso limitato di un controller PWM.

Dimensionamento di un regolatore di carica MPPT

È possibile che un PWM fornisca la stessa potenza di un MPPT, ma non fornirà mai più potenza di un MPPT. Per questi motivi, gli MPPT sono solitamente la norma quando si sceglie un regolatore di carica per un progetto di sistema solare. Un regolatore di carica MPPT è classificato in 3 valutazioni primarie:

  1. Il voltaggio della batteria con cui il regolatore di carica è progettato per funzionare.
  2. L’ingresso di tensione.
  3. La corrente di uscita.

Vediamo più in dettaglio le ultime due, che meritano un approfondimento.

L’ingresso di tensione del controller MPPT

È fondamentale consentire una corretta funzionalità e non danneggiare il controller di carica. Viene generalmente fornita una finestra di tensione, ad esempio tra 18 V e 150 V per un banco di batterie da 12V. Se si dimensiona l’array a un valore inferiore a 18 V, non ci sarà tensione sufficiente dai pannelli solari per caricare correttamente la batteria. Ma se superi l’alta tensione, puoi danneggiare permanentemente il regolatore di carica.

Quando si determina la corretta tensione di ingresso, è necessario tenere in considerazione anche il freddo. La maggior parte dei pannelli solari è realizzata in silicio. Quando il silicio si raffredda, la tensione aumenta. Quando si vede una tensione nominale sull’apparecchiatura, di solito è riferita alle condizioni di test standard (STC), che sono effettuati a 25 °C.

Ovviamente, in inverno nei climi più freddi, diventa notevolmente più freddo di quello in inverno. Quindi è necessario prendere in considerazione la temperatura più fredda che i pannelli solari subiranno alla luce del giorno. Ad esempio, se il Voc di un pannello solare è 38V, e ce ne sono tre in serie, ed è di -18 °C in una mattina fredda, useresti l’equazione 38 Voc x 3 in serie x 1,12 = 127,68V con compensazione della temperatura. Ciò è ottimo per un regolatore di carica da 150 V, ma troppo alto per uno da 100 V.

La corrente di uscita del controller MPPT

Questa è fornita da una semplice equazione: Watt ÷ Volt = Ampere. Prendi i watt totali del pannello solare e li dividi per la tensione del banco di batterie. Questo ti darà la corrente di uscita del regolatore di carica. Ad esempio, un array solare da 1000 W diviso la tensione di un banco batterie da 24 V = 41,6 A. La potenza del regolatore di carica dovrebbe quindi essere di almeno 40A.

È possibile “sovraccaricare” un controller di carica, in cui si inserisce un wattaggio maggiore nel controller di carica rispetto a quello per cui è valutato. Ciò consentirà all’array di produrre di più durante il giorno quando non sta emettendo la sua quantità di picco. Durante l’uscita di picco, il regolatore di carica “taglierà” però l’uscita. La limiterà alla sua valutazione di 40 A. Ma il resto della giornata, quando l’uscita è inferiore a 40 A, emetterà tutta la potenza.

Un’altra scuola di pensiero è quella, opposta, di sottodimensionare l’array, quindi il controller di carica non funziona a piena potenza per tutto il giorno, prolungando così la vita.

Se l’uscita del sistema è superiore a quella gestibile da un singolo controller di carica, è possibile utilizzare più controller di carica per gestire l’array. Le uscite di ciascun regolatore di carica passeranno attraverso il proprio interruttore in parallelo al banco di batterie. I regolatori di carica di fascia alta comunicheranno tra loro, formando una rete intelligente per la ricarica ideale.



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