Quando ho bisogno di un regolatore di carica fotovoltaico?

Quando ho bisogno di un regolatore di carica per caricare una batteria con un pannello solare fotovoltaico? Questa è una domanda molto comune e assolutamente cruciale per chi vuole realizzare un impianto fotovoltaico. Nella maggior parte dei casi sarà necessario un qualche tipo di controller di carica per caricare in sicurezza un pacco batteria. Ciò impedisce il sovraccarico e la riduzione della durata della batteria del sistema.

Le tecnologie delle batterie come ioni di litio, litio ferro fosfato, nichel metallo idruro o nichel cadmio richiedono sempre un controller di carica per ricaricare in sicurezza il pacco batteria. Le batterie al piombo sono l’eccezione alla regola. Se si sta tentando di caricare rapidamente una batteria al piombo o si utilizza un modulo solare di grandi dimensioni, è necessario disporre di un controller di carica (ne puoi trovare di ottimi qui) per evitare che la batteria si sovraccarichi e asciughi l’elettrolito nella batteria.

A cosa serve un regolatore di carica o controller

Un regolatore di carica può essere definito come un dispositivo posto tra la batteria ed i pannelli solari, in modo da regolare la quantità di energia che fluisce dentro e fuori la batteria. Un controller è utile per tutti i tipi di fonti di energia tra cui fotovoltaico, idroelettrico, eolico e rete elettrica. Per fare più luce sull’argomento, diamo un’occhiata alle funzioni di base di un regolatore di carica solare:

• Previene il sovraccarico della batteria: quando la carica della batteria è molto bassa, l’unità consente il flusso di qualsiasi quantità di energia. Tuttavia, dopo aver raggiunto una certa tensione, inizia a regolare la quantità di energia che la batteria riceve.
• Blocca la corrente inversa, solitamente i flussi di corrente dalle aree ad alta tensione a quelle basse. Quindi di notte, poiché i pannelli solari hanno una bassa tensione, la potenza tende a rifluire fuori dalla batteria. Un regolatore di carica solare è in grado di impedirlo.
• Controllo del carico – Controlla la quantità di carica ricevuta da una corrente in CC spegnendola o accendendola automaticamente a seconda delle esigenze della batteria.

Quando serve un regolatore di carica e quando no

Analizza se hai bisogno di un regolatore di carica fotovoltaico o meno nel tuo caso specifico. Usi un impianto a energia solare fuori dalla rete? Il tuo sistema di energia solare utilizza batterie? La tua batteria emette più di 2 watt per ogni 50 Ampere-ora? Se la risposta è Sì a tutte le domande precedenti, molto probabilmente è necessario disporre di un regolatore di carica solare.

Non è necessario un regolatore di carica se il sistema di alimentazione solare interagisce con l’alimentazione di rete (come accade ad esempio per i grandi impianti fotovoltaici domestici in regime di “scambio sul posto”), in questo caso l’energia in eccesso verrà reindirizzata automaticamente alla rete di alimentazione, che funge come una sorta di gigantesco accumulatore.

Inoltre, se si utilizza un modulo solare per una carica di mantenimento a bassa corrente, è possibile farlo in sicurezza senza un regolatore di carica purché l’uscita del pannello solare sia <1% della capacità della batteria. Ad esempio, se si dispone di una batteria da 12 V, 100 Ah, questa potrebbe essere caricata in sicurezza con un pannello in grado di fornire fino a 1 A a 13,4 V.

Come calcolare la necessità o meno di un controller

Il modo più sicuro per capire se hai bisogno di un regolatore di carica è prendere la capacità della batteria in amperora e dividerla per la corrente massima del pannello solare. Se il quoziente è superiore a 200, non è necessario un controller. Se il numero è inferiore a 200, è necessario un controller. Ad esempio, se hai una batteria da 100 ampere-ora e un pannello da 10 watt, prendi 100 ampere e dividi per 0,6 (cioè 600 mA) e ottieni 166,6. Poiché questo è inferiore a 200, è necessario un controller di carica.

Se hai un pannello da cinque watt nell’esempio sopra, prendi 100 e dividi per 0,3 (300 mA) e ottieni 333,3. Poiché è maggiore di 200, non è necessario un regolatore di carica. Tuttavia è comunque necessario un diodo di blocco, per evitare che la batteria si scarichi sul pannello durante la notte. Quindi, come regola generale, non è necessario un controller di carica a meno che non si disponga di più di cinque watt di energia solare per ogni 100 ampere di capacità della batteria.

Come dimensionare il regolatore di carica     

Se è necessario effettuare alcuni calcoli rapidi, saranno necessarie le seguenti informazioni per calcolare manualmente l’amperaggio del regolatore di carica necessario. Occorre innanzitutto scegliere la tensione del banco batteria (12, 24 o 48) V. Si tratta di una tensione tipica perché gli inverter sono offerti con queste tensioni. Ora entra in gioco la legge di Ohm: Amp x Volt = Watt

Esempio: un a schiera di pannelli da 3.000 watt / banco di batterie da 48 volt = 62,5 amp, quindi avresti bisogno di un regolatore di carica in grado di supportare 62,5 amp. La maggior parte dei controller sul mercato sono da 60, 80 o 96 ampere, quindi scegli il regolatore di carica con il valore successivo più alto. In questo caso, sarebbe il controller da 80 ampere.

Ora, se conosci l’amperaggio del controller e desideri capire come il wattaggio massimo dei pannelli fotovoltaici che può entrare nel regolatore di carica, dovresti di nuovo usare la legge di Ohm. Esempio: controller da 80 amp x banco di batterie da 48 volt = 3.840 watt di pannelli solari. Nota che la maggior parte dei regolatori di carica consentirà a un po’ più di watt di entrare nel controller. È qui che gli strumenti di dimensionamento o una telefonata al produttore possono aiutare.

La prossima cosa di cui devi assicurarti è di non superare la tensione di ingresso che il controller può accettare. Anche in questo caso il produttore stabilirà quale tensione di ingresso dovrebbe essere inclusa nel progetto. È necessario considerare la temperatura e le tensioni a circuito aperto.

Poiché la tensione a circuito aperto (Voc) fotovoltaico aumenta con il diminuire della temperatura, sarà necessario assicurarsi che i valori nominali della tensione di ingresso del controller siano in grado di gestirlo nel freddo dell’inverno. Gli strumenti di dimensionamento del produttore ti offriranno il miglior design per il tuo regolatore di carica.

Le tre possibili modalità di ricarica

Il regolatore di carica funzionerà in una delle tre modalità di ricarica; carica boost (o potenziata), carica flottante e carica di equalizzazione. La carica 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.

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