Come dimensionare un regolatore di carica PWM

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

Scegli il regolatore di carica giusto

Quando si tratta di dimensionare il controller di carica, devi considerare se stai utilizzando un controller PWM o MPPT. Un regolatore di carica selezionato in modo errato può comportare una perdita fino al 50% dell’energia solare generata.

I regolatori di carica sono dimensionati in base alla corrente del pannello solare e alla tensione del sistema solare. In genere si desidera assicurarsi di disporre di un controller di carica sufficientemente grande da gestire la quantità di energia e corrente prodotta dai pannelli.

In genere, i regolatori di carica sono disponibili a 12, 24 e 48 volt. L’amperaggio può essere compreso tra uno e 60 ampere e le tensioni nominali da sei a 60 volt. Se non hai ancora dimensionato il tuo impianto o calcolato il tuo fabbisogno energetico, ti consigliamo di utilizzare un calcolatore onoline. Questo ti aiuterà a dimensionare i tuoi pannelli solari, così come tutti gli altri componenti del tuo sistema.

Se i volt del tuo sistema solare fossero 12 e i tuoi ampere fossero 14, avresti bisogno di un regolatore di carica solare con almeno 14 ampere. Tuttavia, a causa di fattori ambientali, è necessario considerare un ulteriore 25% portando gli ampere minimi che questo controller del caricabatterie deve avere a 17,5 ampere. Quindi, in questo caso, avresti bisogno di un controller di carica da 12 volt e 20 ampere. Ecco alcune altre specifiche in base al tipo di controller di carica che hai installato nel tuo sistema.

Dimensionamento del controller di carica PWM

I controller PWM non sono in grado di limitare la loro uscita di corrente. Usano semplicemente la corrente dell’array. Pertanto, se il pannello solare può produrre 40 ampere di corrente e il controller di carica che stai utilizzando è valutato solo a 30 ampere, il controller potrebbe essere danneggiato. È fondamentale assicurarsi che il controller di carica sia abbinato, compatibile e dimensionato correttamente per i tuoi pannelli.

Quando si guarda un controller di carica, ci sono una serie di cose da esaminare nel suo elenco di specifiche o etichetta. Un controller PWM avrà una lettura dell’amplificatore, ad esempio un controller PWM da 30 amp. Questo rappresenta il numero di ampere che il controller può gestire, nel caso precedente, 30 ampere. Generalmente le due cose che vuoi guardare in un controller PWM sono l’amperaggio e la tensione.

In primo luogo, vogliamo esaminare la tensione nominale del sistema. Questo ci dirà con quali banchi batteria di tensione è compatibile il controller. In questo caso è possibile utilizzare banchi di batterie da 12V o 24V. Qualsiasi cosa più alta, come una batteria da 48 V, il controller non sarà in grado di lavorare.

In secondo luogo, esaminiamo la corrente nominale della batteria. Diciamo che in questo esempio hai un regolatore di carica da 30 ampere. Abbiamo raccomandato un fattore di sicurezza di almeno 1,25, il che significa che moltiplichi la corrente dai tuoi pannelli per 1,25 e poi la confronti con i 30 ampere. Ad esempio, cinque pannelli da 100 watt in parallelo sarebbero 5,29 x 5 = 26,45 ampere. 26,45 Amp x 1,25 = 33 ampere e sarebbe troppo per il controller. Questo perché il pannello può ricevere più corrente di quella per cui è classificato quando l’esposizione ai raggi solari è superiore a 1000 Watt/m^2 o è inclinata.

In terzo luogo, possiamo guardare al massimo apporto solare. Questo ti dice quanti volt puoi avere nel controller. Questo controller non può accettare più di 50 volt in ingresso. Diamo un’occhiata ad avere 2 pannelli da 100 Watt in serie per un totale di 22,5 V (tensione a circuito aperto) x 2 = 45 volt. In questo caso, sarà possibile cablare questi due pannelli in serie.

In quarto luogo, possiamo guardare i terminali. Ogni controller di solito avrà una dimensione massima dell’indicatore per il terminale. Questo è importante quando si acquista il cablaggio per il proprio sistema.

Infine, guarda il tipo di batteria. Questo ci dice quali batterie sono compatibili con il controller di carica. Questo è importante da controllare in quanto non si desidera avere batterie che non possono essere caricate dall’unità di controllo.

I due tipi di regolatori di carica fotovoltaici

Esistono due tipi fondamentali di regolatori di carica:

Regolatore di carica PWM

Regolatore di carica a modulazione di larghezza di impulso – Un “interruttore” si accende e si spegne ai parametri impostati per evitare il sovraccarico della batteria. Il pannello solare deve avere la stessa tensione della batteria, perché stai collegando il pannello direttamente alla batteria con un “interruttore” tra i due. La batteria determina l’uscita del pannello, quindi c’è un fattore di perdita considerevole, di solito intorno al 30% di perdita di uscita. I regolatori di carica PWM sono semplici e quindi generalmente meno costosi, ma non sono “intelligenti”.

Regolatore di carica MPPT

Regolatore di carica con rilevamento del punto di massima potenza – Alcune persone affermano che si ottiene fino al 30% di output con MPPT, ma è il 30% che si perde con PWM. In poche parole, c’è un trasformatore tra la batteria e il pannello solare in modo che la batteria non possa prevaricare l’uscita del pannello solare. Tutto questo è controllato da un processore che aggiunge funzionalità. Alla fine, il pannello solare può produrre tutto ciò che può in un dato momento sfruttando così il suo potenziale. La maggior parte dei controller MPPT ti consentirà di entrare a una tensione sostanzialmente più alta, dandoti così la possibilità di andare oltre con un filo più piccolo dai pannelli al controller.

Importanza del regolatore di carica e parametri di dimensionamento

Tutti i sistemi di energia rinnovabile (RE) con batterie dovrebbero includere un regolatore di carica. In questo articolo ci riferiremo principalmente ai regolatori di carica solare. I regolatori di carica impediscono il sovraccarico della batteria e impediscono anche alle batterie di inviare nuovamente la loro carica attraverso il sistema alla fonte di carica (cioè i pannelli solari).

Pensa a un controller di carica solare come a un’infermiera per le batterie: il suo compito è monitorare la batteria, alimentandola con ciò di cui ha bisogno e controllando i suoi segni vitali. Poiché un controller solare fa il suo lavoro in linea tra l’array di pannelli solari e le batterie, sarebbe logico che la sua selezione e il suo dimensionamento siano influenzati da quei componenti. Ed è proprio così.

Tensione e amperaggio (o corrente) sono i parametri che utilizziamo nel dimensionamento del regolatore di carica solare. Il regolatore solare deve essere in grado di accettare la tensione e la corrente prodotte dalla sorgente CC (solitamente i pannelli solari) e fornire la tensione e la corrente adeguate alle batterie.

Questa situazione potrebbe farti pensare che la sorgente CC, il controller di carica e le batterie debbano condividere tutti una tensione comune. Sebbene questa sia una strategia di progettazione del sistema utilizzata in molte installazioni, non è l’unica.

Tecnicamente parlando, la sorgente CC deve sempre avere una tensione di esercizio maggiore rispetto al banco di batterie affinché la corrente possa fluire dall’una all’altra. Un modo pratico per ricordare questo fatto è l’affermazione “La corrente scorre in discesa”. Ai fini di questa discussione, utilizzeremo la tensione nominale che significa tensioni comuni della batteria.

La tensione nominale in questo senso è sinonimo di tensione della batteria. Poiché le batterie (dove vengono utilizzate) sono per molti versi il cuore di un sistema RE, possiamo chiamare la tensione del banco la tensione del sistema. La tensione di sistema selezionata per una data installazione è generalmente determinata dall’applicazione.

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