Quando preferire un regolatore di carica PWM o MPPT

Un regolatore di carica fotovoltaico (spesso chiamato controller) è simile a un normale caricabatterie, ovvero regola la corrente che fluisce dal pannello solare nel banco di batterie per evitare di sovraccaricare le batterie. Come con un normale caricabatterie di qualità, sono disponibili vari tipi di batterie, è possibile selezionare la tensione di assorbimento, la tensione flottante e talvolta anche i periodi di tempo, etc.

Oggi esistono sul mercato tre tipi di controller di carica:

  • Controller di carica shunt (semplici controlli On / Off)
  • Modulazione di larghezza di impulso (PWM)
  • Tracciamento del punto di massima potenza (MPPT)

Spesso per il principiante è difficile scegliere fra gli ultimi due regolatori di carica, che sono quelli più moderni e sofisticati. Vediamo quindi di fare chiarezza a riguardo, iniziando con il capire le differenze fondamentali fra questi due diversi tipi di controller.

Modulazione di larghezza di impulso (PWM)

Si tratta di controller di tipo standard progettati per ridurre al minimo la quantità di corrente che scorre nella batteria, quando si avvicina al punto di carica massimo impostato. Quando la batteria è carica, il controller utilizza l’ “effetto di gocciolamento” consentendo solo piccole quantità di corrente in modo da mantenere la batteria carica. Se l’alimentazione di energia solare è costante, i regolatori di carica PWM possono mantenere indefinitamente la carica completa della batteria.

Per utilizzare questo tipo di controller, le batterie e i pannelli solari devono avere la stessa tensione. Ad esempio, è necessaria una batteria da 12V per il collegamento a un controller di carica PWM da 12V. Di solito la maggior parte delle case che dipendono dall’energia solare per alimentare l’intera struttura potrebbero non beneficiare di questo tipo di controller poiché la tensione della batteria e del pannello non sono tipicamente la stessa. Quindi il controller è considerato più adatto per piccoli sistemi solari che utilizzano basse tensioni.

Tracciamento del punto di massima potenza (MPPT)

Sono il tipo più recente, costoso e sofisticato di regolatori di carica (ne puoi trovare di ottimi ad es. qui) che possono essere utilizzati per accoppiare batterie e pannelli con tensioni diverse. Questi controller regolano la corrente che scorre nelle batterie consentendo una tensione molto più elevata nei fili dai pannelli solari. Inoltre impediscono il flusso inverso di energia dalle batterie al pannello quando cessa la fornitura di energia solare, consentendo così al sistema di energia fotovoltaica di funzionare in modo ottimale in ogni momento.

La differenza tra i regolatori di carica PWM e MPPT è che il PWM non è efficiente come l’MPPT. L’MPPT è il più comune oggigiorno e può farti guadagnare fino al 30% di potenza in più rispetto ai controller PWM. I controllori MPPT consentono inoltre di collegare in serie le stringhe dei pannelli per tensioni più elevate, mantenendo l’amperaggio più basso e le dimensioni dei cavi più piccole, soprattutto per i cavi lunghi fino al campo fotovoltaico.

Inoltre, il regolatore di carica MPPT riduce generalmente il tempo necessario per caricare le batterie solari. Sono particolarmente applicabili se si utilizzano pannelli a voltaggio più alto per caricare batterie a voltaggio più basso. Confrontando i tre tipi precedenti di controller di carica, i PWM e MPPT rimangono i più comunemente usati. Sono considerati tecnologicamente più avanzati e con funzionalità aggiuntive più utili.

È meglio un regolatore di carica PWM o MPPT?

I vantaggi di un regolatore di carica PWM sono:

  • Prezzo più abbordabile.
  • Facile da installare e configurare, ottimo per il fai da te.
  • Funziona alla grande tra 45 ° C e 75 °C.
  • Più durevoli, la maggior parte ha un raffreddamento passivo del dissipatore di calore.

Gli svantaggi, invece, sono i seguenti:

  • Le prestazioni sono limitate dalla tensione della batteria.
  • Può creare interferenze con le radio.
  • Non efficiente a basse temperature.
  • Più moduli solari devono essere cablati in parallelo per mantenere 12V al controller.
  • Non può essere utilizzato se le tensioni del pannello e della batteria sono diverse.

I vantaggi di un regolatore di carica MPPT sono:

  • Elevata efficienza di ricarica (94% -98%)
  • È possibile collegare più moduli solari in serie per aumentare la tensione di uscita.
  • Consentire tensioni di array superiori alle tensioni della batteria.
  • In grado di raccogliere energia solare inferiore a 45 ° C o superiore a 75 ° C.
  • Ottimizza la corrispondenza tra i pannelli e le tensioni della batteria.

Gli svantaggi, invece, sono i seguenti:

  • Più costoso
  • Non conveniente per le case con un minore fabbisogno di energia solare
  • Hai bisogno di un esperto per configurare le funzionalità avanzate.

Si consiglia di utilizzare regolatori di carica PWM quando si dispone di sistemi FV più piccoli. I regolatori di carica MPPT sono più adatti per array più grandi a meno che non si disponga di un budget più elevato. Come ora vedremo, c’è un aumento della raccolta di energia con i controller MPPT, ma l’aumento percentuale della raccolta varia in modo significativo nel corso della giornata

Maggiore energia fornita da un controller MPPT

Con un controller PWM la corrente viene prelevata dal pannello appena al di sopra della tensione della batteria, mentre con un controller MPPT la corrente viene prelevata dal pannello alla “massima tensione di alimentazione” del pannello (si pensi a un controller MPPT come un “convertitore CC-CC intelligente”), pertanto il dispositivo è più efficiente.

Si vedono spesso slogan come “otterrete il 20% o più di raccolta di energia da un controller MPPT”. Questo extra in realtà varia in modo significativo e il seguente è un confronto supponendo che il pannello sia in pieno sole e il controller sia in modalità di carica di massa. Ignorando le cadute di tensione e usando un semplice pannello e una semplice matematica come esempio:

  • Corrente massima di potenza del pannello (Imp) = 5,0 A.
  • Massima tensione di alimentazione del pannello (Vmp) = 18V
  • Tensione della batteria = 13 V (la tensione della batteria può variare tra 10,8 V completamente scarica e 14,4 V durante la modalità di carica ad assorbimento). A 13 V gli ampere erogati dal pannello saranno leggermente superiori agli ampere massimi, diciamo 5,2 A.

Con un controller PWM la potenza assorbita dal pannello è 5,2 A x 13 V = 67,6 watt. Questa quantità di energia verrà assorbita indipendentemente dalla temperatura del pannello, a condizione che la tensione del pannello rimanga al di sopra della tensione della batteria. Con un controller MPPT, invece, la potenza dal pannello è 5,0 A x 18 V = 90 watt, ovvero il 25% in più.

Tuttavia ciò è eccessivamente ottimistico poiché la tensione scende all’aumentare della temperatura; quindi, supponendo che la temperatura del pannello salga di 30 ° C al di sopra delle condizioni standard di test (STC), la temperatura di 25 ° C e la tensione diminuisca del 4% ogni 10 ° C, ovvero un totale del 12%, la potenza assorbita dall’MPPT sarà 5A x 15,84 V = 79,2 W, ovvero il 17,2% di potenza in più rispetto al controller PWM.

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