Le tre possibili modalità di ricarica di batterie FV

In generale, un regolatore di carica fotovoltaico funzionerà in una delle tre seguenti modalità di ricarica delle batterie: carica boost (o potenziata), carica flottante e carica di equalizzazione. Il processo di ricarica generale del controller fotovoltaico è: prima, ricarica boost, quindi, dopo aver completato la carica boost, dapprima utilizzare la ricarica fluttuante, dopodiché eseguire la ricarica di equalizzazione.

La carica boost o potenziata è proprio come sembra suggerire il nome. Questa modalità di carica consente la massima potenza possibile alle batterie senza danneggiarle, in modo da portarle al più presto allo stato di carica completa. La carica flottante, invece, si verifica quando il banco della batteria è completamente carico, ma il controller abbassa la tensione e la corrente di carica a una piccola carica di mantenimento solo per compensare la scarica naturale del banco e mantenerlo ricaricato.

La carica di equalizzazione, infine, si verificherà per un breve periodo una volta al mese e talvolta è programmabile nel controller. Questa modalità sovraccaricherà leggermente le batterie per un breve periodo per desolfatare le piastre e aiutare a bilanciare lo stato di carica completa di ciascuna batteria nel banco. Ciò aiuta a migliorare la salute del banco batterie e prolungarne la durata.

Ma vediamo questi tre diversi tipi di ricarica un po’ più in dettaglio.

Cosa è la ricarica boost o potenziata

Quando la batteria viene caricata al valore impostato della tensione di boost, il regolatore di carica fotovoltaico regola continuamente la corrente di carica per mantenere la tensione della batteria al punto di regolazione della tensione di boost. Ciò impedisce il surriscaldamento della batteria e impedisce alla batteria di produrre gas. Il tempo cumulativo durante il quale la batteria rimane nel livello di carica rapida è di 120 minuti, quindi passa alla fase di carica fluttuante.

La ricarica rapida richiede una corrente elevata per un breve periodo di tempo per caricare la batteria. È generalmente se la batteria è stata scaricata molto. La carica boost consente la ricarica rapida delle batterie scariche. Ad esempio, una batteria al piombo da due volt che è stata scaricata verrà inizialmente caricata con una tensione di carica di circa 2,35-2,4 volt. Tuttavia, quando la tensione della batteria aumenta, il caricabatterie passerà alla modalità di carica flottante con una tensione di 2,25 volt.

Per le batterie al piombo acido, la fase iniziale di carica boost fornisce la corrente massima consentita alla batteria per portarla a uno stato di carica di circa l’80-90%. Durante la carica boost, la tensione della batteria aumenta a circa 14,5 volt per una batteria da 12 volt nominali.

Quindi, quando la batteria raggiunge il setpoint della tensione di assorbimento, viene applicata la regolazione della tensione costante, ma la corrente viene ridotta quando le batterie si avvicinano allo stato di carica completa. Ciò impedisce il riscaldamento e l’eccessiva emissione di gas della batteria. Quando la carica ad assorbimento è completa, la batteria ha uno stato di carica di circa il 98%. Quindi, la corrente di carica viene ridotta ulteriormente in modo che la tensione della batteria scenda alla tensione Float.

Cosa è la ricarica flottante

Quando la ricarica boost è completata, il regolatore di carica fotovoltaico passerà alla fase di controllo della carica flottante. Quando la batteria è completamente carica, non ci saranno più reazioni elettrochimiche. Tutta la corrente di ricarica verrà convertita in calore e gas. A questo punto, entra nello stadio di carica fluttuante in  cui la batteria viene caricata con una tensione e una corrente minori, in modo che mentre la temperatura della batteria e l’evoluzione del gas si abbassano, viene effettuata una ricarica molto debole.

Lo scopo della ricarica flottante è quello di compensare il consumo di energia della batteria dovuto all’autoscarica e al piccolo carico del sistema, mantenendo la piena potenza della batteria. Durante la fase di ricarica fluttuante, il carico può continuare ad ottenere energia dalla batteria. Se il carico del sistema supera la corrente di ricarica solare, il regolatore di carica non sarà più in grado di mantenere la tensione della batteria al valore di impostazione della carica variabile.

Se la tensione della batteria è inferiore al valore di impostazione della carica boost, il controller uscirà dalla fase di carica fluttuante e tornerà alla fase di carica boost.  Se la batteria si scarica, il regolatore di carica passando in modalità flottante aumenterà nuovamente la tensione di carica e il processo continua. I regolatori di carica possono dunque essere collegati indefinitamente alle batterie.  La fase Float mantiene la batteria alla massima capacità per tutto il giorno.

La ricarica flottante viene utilizzata quando la batteria si scarica raramente. Un’applicazione tipica in cui è possibile utilizzare la ricarica flottante è costituita dal pannello fotovoltaico, dalla batteria e dal carico in parallelo. Durante le ore di sole, il carico preleva l’alimentazione dal pannello; quando l’alimentazione al pannello viene interrotta per il sopravvenire del buio, la batteria interviene.

La carica flottante di una batteria comporta la ricarica della batteria a una tensione ridotta. Questa tensione ridotta riduce la possibilità di sovraccarico. Il caricabatterie flottante garantisce che la batteria sia sempre carica ed è quindi considerata “flottante”. Il caricatore flottante inizia applicando un certo valore di carica alla batteria. Man mano che la batteria si carica, la sua corrente di carica si riduce gradualmente. Il caricatore flottante rileva la riduzione della corrente di carica e riduce la tensione di carica.

Cosa è la ricarica di equalizzazione

Alcuni tipi di batterie usate nel fotovoltaico beneficiano di una carica di equalizzazione regolare, che può mescolare l’elettrolita, bilanciare la tensione della batteria e completare la reazione chimica. L’equalizzazione della carica aumenta la tensione della batteria fino a superare la tensione supplementare standard e vaporizza l’elettrolita della batteria.

Se rileva che la batteria è eccessivamente scarica, il regolatore di carica fotovoltaico controlla automaticamente la ricarica successiva per la ricarica di equalizzazione e il tempo di ricarica di equalizzazione è di 120 minuti. La ricarica di equalizzazione e la ricarica boost vengono ripetute continuamente durante un processo di carica completa per evitare un’eccessiva evoluzione di gas o il surriscaldamento della batteria.

Per le batterie a sfiato aperto allagate, una ricarica di equalizzazione viene applicata una volta ogni 2-4 settimane per mantenere un peso specifico costante tra le singole celle della batteria. Quanto più una batteria viene scaricata quotidianamente, tanto più spesso è necessaria la carica di equalizzazione. L’equalizzazione è per batterie allagate, non per batterie sigillate, GEL o regolate da valvola che possono essere danneggiate dall’equalizzazione.

Sebbene le batterie al piombo siano il tipo più comune di batterie regolate dai regolatori di carica fotovoltaici, le batterie al litio stanno guadagnando sempre più terreno. Vengono usate ad esempio batterie al litio ferro fosfato per mantenere il più alto stato di carica delle batterie e per massimizzare la loro durata. I regolatori di carica possono ricaricare vari tipi di batterie.

La desolfatazione delle batterie al piombo acido

Le batterie stazionarie (cioè non usate per gli autoveicoli) sono quasi esclusivamente al piombo acido e richiedono alcune operazioni di manutenzione, una delle quali è, appunto, la ricarica di equalizzazione. L’applicazione di una ricarica di equalizzazione periodica porta tutte le celle a livelli simili aumentando la tensione a 2,50 V / cella o al 10% in più rispetto alla tensione di carica consigliata.

Una ricarica di equalizzazione non è altro che un sovraccarico deliberato per rimuovere i cristalli di solfato che si accumulano sulle piastre nel tempo. Se non controllata, la solfatazione può ridurre la capacità complessiva della batteria e renderla inutilizzabile in casi estremi. Una ricarica di equalizzazione inverte anche la stratificazione dell’acido, una condizione in cui la concentrazione di acido è maggiore nella parte inferiore della batteria rispetto alla parte superiore.

Gli esperti raccomandano di equalizzare le batterie da una volta al mese a una o due volte l’anno. Un metodo migliore consiste nell’applicare una carica completamente saturata e quindi confrontare le letture del peso specifico (SG) sulle singole celle di una batteria al piombo allagata con un idrometro. Applicate l’equalizzazione solo se la differenza SG tra le celle è 0,030.

Durante la ricarica di equalizzazione, controllate i cambiamenti nella lettura del peso specifico ogni ora e scollegate la carica quando la gravità non aumenta più. Questo è il momento in cui non sono possibili ulteriori miglioramenti e una carica continua avrebbe un effetto negativo sulla batteria.

La batteria deve essere mantenuta fresca e sotto stretta osservazione in caso di aumento insolito del calore e di ventilazione eccessiva. Una certa ventilazione è normale e l’idrogeno emesso è altamente infiammabile. La stanza della batteria deve avere una buona ventilazione poiché il gas idrogeno diventa esplosivo a una concentrazione del 4 percento.

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