Si ha estado pensando en una forma alternativa de generar energía y decidió instalar paneles solares, probablemente quiera ahorrar dinero. Una de las oportunidades de ahorro es haz un controlador de carga tú mismo. Al instalar generadores solares - paneles, se requiere una gran cantidad de equipo adicional: controladores de carga, baterías, para convertir la corriente a estándares técnicos.

Consideremos hacer Controlador de carga de batería solar de bricolaje.

Este dispositivo controla el nivel de carga de las baterías de plomo, evitando que se descarguen por completo y se recarguen. Si la batería comienza a descargarse en modo de emergencia, el dispositivo reducirá la carga y evitará una descarga completa.

Vale la pena señalar que un controlador de fabricación propia no se puede comparar en calidad y funcionalidad con uno industrial, pero será suficiente para el funcionamiento de la red eléctrica. Hay productos a la venta que se fabrican en condiciones de sótano y tienen un nivel de fiabilidad muy bajo. Si no tiene suficiente dinero para una unidad costosa, es mejor que la monte usted mismo.

Controlador de carga de batería solar de fabricación propia

Incluso un producto casero debe cumplir las siguientes condiciones:

• 1.2P< U x I , где P – общая мощность всех используемых источников напряжения, I – ток прибора на выходе, U – вольтаж системы при разряженных батареях
• El voltaje de entrada máximo permitido debe ser igual al voltaje total sin carga de todas las baterías.

En la imagen a continuación verá un diagrama de dicho equipo eléctrico. Para poder montarlo necesitarás un poco de conocimientos de electrónica y un poco de paciencia. El diseño se ha modificado ligeramente y ahora, en lugar de un diodo, se instala un transistor de efecto de campo regulado por un comparador.
Un controlador de carga de este tipo será suficiente para su uso en redes de baja potencia, utilizando únicamente. Se caracteriza por la facilidad de fabricación y el bajo coste de los materiales.

Controlador de carga para paneles solares. Funciona según un principio simple: cuando el voltaje en el variador alcanza el valor especificado, deja de cargarse y luego solo se realiza una carga lenta. Si la tensión cae por debajo del umbral establecido, se reanuda el suministro de corriente a la batería. El controlador desactiva el uso de baterías cuando su carga es inferior a 11 V. Gracias al funcionamiento de dicho regulador, la batería no se descargará espontáneamente cuando no haya sol.

Características principales circuitos controladores de carga:

• voltaje de carga V=13,8V (ajustable), medido en presencia de corriente de carga;
• Desconexión de carga ocurre cuando Vbat es inferior a 11V (configurable);
• Encendido de la carga cuando Vbat=12,5V;
• Compensación de temperatura del modo de carga;
• El económico comparador TLC339 se puede sustituir por el más común TL393 o TL339;
• La caída de voltaje en las teclas es inferior a 20 mV cuando se carga con una corriente de 0,5 A.

Controlador de carga solar avanzado

Si confía en sus conocimientos sobre equipos electrónicos, puede intentar montar un circuito controlador de carga más complejo. Es más confiable y puede funcionar tanto con paneles solares como con un generador eólico, lo que le ayudará a tener luz por las noches.

Arriba se muestra un circuito controlador de carga mejorado que puede hacer usted mismo. Para cambiar los valores de umbral se utilizan resistencias de recorte, con las que ajustarás los parámetros de funcionamiento. La corriente proveniente de la fuente es conmutada por un relé. El relé en sí está controlado por un interruptor de transistor de efecto de campo.

Todo circuitos controladores de carga han sido probados en la práctica y han demostrado ser excelentes durante varios años.

Para una casa de verano y otras instalaciones donde no se requiere un gran consumo de recursos, no tiene sentido gastar dinero en elementos caros. Si tiene los conocimientos necesarios, puede perfeccionar los diseños propuestos o agregar la funcionalidad necesaria.

Así es como puedes crear tu propio controlador de carga cuando utilices dispositivos de energía alternativa. No desesperes si el primer panqueque sale con grumos. Después de todo, nadie está inmune a los errores. Un poco de paciencia, diligencia y experimentación harán que el trabajo llegue al final. Pero una fuente de alimentación que funcione será un excelente motivo de orgullo.

El controlador es muy sencillo y consta de sólo cuatro partes.

Este es un transistor potente (yo uso IRFZ44N y puedo soportar corrientes de hasta 49 amperios).

Relé-regulador automotriz con control positivo (VAZ "clásico").

Resistencia 120 kOhmios.

El diodo es más potente para retener la corriente proporcionada por el panel solar (por ejemplo, del puente de diodos de un automóvil).

El principio de funcionamiento también es muy sencillo. Escribo para personas que no entienden nada de electrónica, ya que yo no entiendo nada al respecto.

El relé regulador está conectado a la batería, menos a la base de aluminio (31k), más a (15k), desde el contacto (68k) el cable está conectado a través de una resistencia a la puerta del transistor. El transistor tiene tres patas, la primera es la compuerta, la segunda es el drenaje y la tercera es la fuente. El menos del panel solar está conectado a la fuente y el más a la batería, desde el drenaje del transistor, el menos del panel solar va a la batería.

Cuando el relé-regulador está conectado y funcionando, la señal positiva de (68k) desbloquea la puerta y la corriente del panel solar fluye a través de la fuente-drenaje hacia la batería, y cuando el voltaje en la batería excede los 14 voltios, el relé -El regulador apaga el plus y la puerta del transistor, descargando a través de la resistencia, se cierra al menos, rompiendo así el contacto negativo del panel solar y se apaga. Y cuando el voltaje cae un poco, el relé-regulador volverá a aplicar un plus a la puerta, el transistor se abrirá y nuevamente la corriente del panel fluirá hacia la batería. Se necesita un diodo en el cable positivo del panel solar para que la batería no se descargue por la noche, ya que sin luz el propio panel solar consume electricidad.

A continuación se muestra un diagrama visual de la conexión de los elementos del controlador.

No soy bueno en electrónica y tal vez haya algunas deficiencias en mi circuito, pero funciona sin ninguna configuración y funciona de inmediato, y hace lo que hacen los controladores de fábrica para los paneles solares, y el costo es de solo unos 200 rublos y una hora de trabajar.

A continuación se muestra una foto no del todo clara de este controlador; todas las partes del controlador simplemente están unidas al cuerpo de la caja de una manera tan tosca y descuidada. El transistor se calienta un poco y lo monté en un pequeño ventilador. Coloqué un pequeño LED paralelo a la resistencia, que muestra el funcionamiento del controlador. Cuando está encendido, la batería está conectada, cuando no está, significa que la batería está cargada, y cuando parpadea rápidamente, la batería está casi completamente cargada y recién se está recargando.

Este controlador lleva más de seis meses funcionando y durante este tiempo no ha habido problemas, lo conecté y listo, ahora no controlo la batería, todo funciona solo. Este es mi segundo controlador, el primero que monté para aerogeneradores como regulador de lastre, ver más sobre ello en artículos anteriores en el apartado de mis productos caseros.

Atención: el controlador no es completamente funcional. Después de un tiempo de trabajo, quedó claro que el transistor en este circuito no se cierra completamente y la corriente continúa fluyendo hacia la batería incluso cuando el voltaje excede los 14 voltios.

Pido disculpas por el circuito que no funciona, lo usé durante mucho tiempo y pensé que todo funcionaba, pero resulta que no, e incluso después de estar completamente cargado, la corriente todavía fluye hacia la batería. El transistor se cierra sólo hasta la mitad cuando alcanza los 14 voltios. No quitaré el circuito todavía; cuando llegue el tiempo y las ganas, terminaré este controlador y publicaré un circuito que funcione.

Y ahora tengo como controlador un regulador de lastre, que funciona perfectamente desde hace mucho tiempo. Tan pronto como el voltaje supera los 14 voltios, el transistor se abre y enciende la bombilla, que quema todo el exceso de energía. Sobre este balasto se encuentran ahora dos paneles solares y un generador eólico al mismo tiempo.

¿Para qué sirven los controladores de carga de baterías solares y para qué sirven?

Entre los sistemas solares modernos se han vuelto muy populares aquellos que funcionan de forma autónoma y no están conectados a la red eléctrica. Es decir, funcionan en modo cerrado. Por ejemplo, en el marco del suministro de energía a una casa. Dichos sistemas incluyen paneles solares (y/o un generador eólico), un controlador de carga, un inversor, un relé, una batería y cables. El controlador en este circuito es el elemento clave. En este artículo hablaremos sobre para qué se necesita un controlador de panel solar, qué tipos existen y cómo elegir dicho dispositivo.

Como ya se mencionó, el controlador de carga es un elemento clave del sistema solar. Se trata de un dispositivo electrónico alimentado por un chip que controla el funcionamiento del sistema y gestiona la carga de la batería. Los controladores solares evitan que la batería se descargue o se sobrecargue por completo. Cuando la carga de la batería está en su nivel máximo, la corriente de las fotocélulas disminuye. Como resultado, se suministra la corriente necesaria para compensar la autodescarga. Si la batería está excesivamente descargada, el controlador desconectará la carga de la misma.

Entonces, podemos resumir las funciones que realiza el controlador del panel solar:

• carga de batería en varias etapas;
• apagar la carga o cargar en carga o descarga máxima, respectivamente;
• encender la carga cuando se restablece la carga de la batería;
• Encendido automático de corriente de las fotocélulas para cargar la batería.

Podemos concluir que un dispositivo de este tipo prolonga la vida útil de las baterías y su avería.

Opciones de selección

¿A qué debes prestar atención al elegir un controlador para paneles solares? Las principales características se describen a continuación:

• Voltaje de entrada. El voltaje máximo especificado en la ficha técnica debe ser un 20 por ciento mayor que el voltaje "sin carga" de la batería de la fotocélula. Este requisito surgió debido al hecho de que los fabricantes a menudo establecen parámetros inflados de los controladores en las especificaciones. Además, con alta actividad solar, el voltaje puede ser superior al indicado en la documentación;
• Corriente nominal. Para un controlador tipo PWM, la corriente nominal debe ser un 10 por ciento mayor que la corriente de cortocircuito de la batería. Se debe seleccionar un controlador tipo MPPT según la potencia. Su potencia debe ser igual o superior al voltaje del sistema solar multiplicado por la corriente de salida del regulador. La tensión del sistema se toma para baterías descargadas. Durante los períodos de alta actividad solar, se debe agregar un 20 por ciento a la energía recibida en reserva.

No es necesario escatimar en este stock. Después de todo, el ahorro puede tener un efecto perjudicial durante los períodos de alta insolación solar. El sistema puede fallar y las pérdidas serán mucho mayores.

Tipos de controladores

Controladores encendido/apagado

Estos modelos son los más sencillos de toda la clase de controladores de carga para paneles solares.

Los modelos On/Off están diseñados para cortar la carga de la batería cuando se alcanza el límite superior de voltaje. Normalmente es de 14,4 voltios. Como resultado, se evitan el sobrecalentamiento y la sobrecarga.

El uso de controladores de encendido/apagado no garantizará que la batería esté completamente cargada. Después de todo, aquí el apagado se produce en el momento en que se alcanza la corriente máxima. Y el proceso de carga a plena capacidad aún debe mantenerse durante varias horas. El nivel de carga en el momento del cierre ronda el 70 por ciento de la capacidad nominal. Naturalmente, esto afecta negativamente al estado de la batería y reduce su vida útil.

Controladores PWM

En busca de una solución a la carga incompleta de la batería en un sistema con dispositivos On/Off, se desarrollaron unidades de control basadas en el principio de modulación por ancho de pulso (abreviado PWM) de la corriente de carga. El objetivo de dicho controlador es que reduce la corriente de carga cuando se alcanza el valor máximo de voltaje. Con este enfoque, la carga de la batería alcanza casi el 100 por ciento. La eficiencia del proceso aumenta hasta un 30 por ciento.

Existen modelos PWM que pueden regular la corriente en función de la temperatura de funcionamiento. Esto tiene un buen efecto sobre el estado de la batería, se reduce el calentamiento y se acepta mejor la carga. El proceso se regula automáticamente.

Los expertos recomiendan utilizar controladores de carga PWM para baterías solares en regiones donde hay alta actividad solar. A menudo se pueden encontrar en sistemas solares de baja potencia (menos de dos kilovatios). Como regla general, funcionan con baterías de pequeña capacidad.

Reguladores tipo MPPT

Los controladores de carga MPPT son hoy en día los dispositivos más avanzados para regular el proceso de carga de baterías en sistemas solares. Estos modelos aumentan la eficiencia de generar electricidad a partir de los mismos paneles solares. El principio de funcionamiento de los dispositivos MPPT se basa en determinar el punto de máxima potencia.

MPPT monitorea continuamente la corriente y el voltaje en el sistema. Basándose en estos datos, el microprocesador calcula la relación óptima de parámetros para lograr la máxima potencia de salida. Al ajustar el voltaje, se tiene en cuenta incluso la etapa del proceso de carga. Los controladores de paneles solares MPPT incluso le permiten eliminar el alto voltaje de los módulos y luego convertirlo al óptimo. Por óptimo nos referimos a aquel que asegura que la batería esté completamente cargada.

Si comparamos el rendimiento del MPPT con el PWM, la eficiencia del sistema solar aumentará del 20 al 35 por ciento. Otra ventaja es la posibilidad de trabajar con paneles solares con una protección de hasta el 40 por ciento. Debido a la capacidad de mantener un valor de voltaje alto en la salida del controlador, se puede utilizar cableado de sección transversal pequeña. También puedes colocar los paneles solares y la unidad a una distancia mayor que en el caso de PWM.

Controladores de carga híbridos

En algunos países, por ejemplo, Estados Unidos, Alemania, Suecia, Dinamarca, una parte importante de la electricidad se genera mediante generadores eólicos. En algunos países pequeños, las energías alternativas ocupan una gran parte de las redes energéticas de estos estados. Los sistemas eólicos también incluyen dispositivos para controlar el proceso de carga. Si la central eléctrica es una combinación de generador eólico y paneles solares, se utilizan controladores híbridos.

Estos dispositivos pueden integrarse en un circuito MPPT o PWM. La principal diferencia es que utilizan diferentes características de corriente-voltaje. Durante el funcionamiento, los aerogeneradores producen una producción de electricidad muy desigual. Como resultado, las baterías reciben una carga desigual y funcionan bajo tensión. El trabajo del controlador híbrido es deshacerse del exceso de energía. Para ello se utilizan, por regla general, elementos calefactores especiales.

El circuito controlador de carga de la batería solar se basa en un chip, que es un elemento clave de todo el dispositivo. El chip es la parte principal del controlador y el controlador en sí es el elemento clave del sistema solar. Este dispositivo monitorea el funcionamiento de todo el dispositivo en su conjunto y también gestiona la carga de la batería desde paneles solares.

Cuando la batería está en carga máxima, el controlador regulará el suministro de corriente, reduciéndola a la cantidad requerida para compensar la autodescarga del dispositivo. Si la batería está completamente descargada, el controlador apagará cualquier carga entrante al dispositivo.

La necesidad de este dispositivo se puede reducir a los siguientes puntos:

1. Carga de batería en varias etapas;
2. Ajustar el encendido/apagado de la batería durante la carga/descarga del dispositivo;
3. Conectando la batería a carga máxima;
4. Conexión de carga desde fotocélulas en modo automático.

Un controlador de carga de batería para dispositivos solares es importante porque realizar todas sus funciones en el modo adecuado aumenta considerablemente la vida útil de la batería incorporada.

¿Cómo funciona el controlador de carga de la batería?

En ausencia de luz solar sobre las células solares de la estructura, ésta se encuentra en modo de suspensión. Después de que los rayos aparecen en los elementos, el controlador todavía está en modo de suspensión. Se enciende sólo si la energía acumulada del sol alcanza los 10 V en equivalente eléctrico.

Tan pronto como el voltaje alcance este valor, el dispositivo se encenderá y comenzará a suministrar corriente a la batería a través del diodo Schottky. El proceso de carga de la batería en este modo continuará hasta que el voltaje recibido por el controlador alcance los 14 V. Si esto sucede, se producirán algunos cambios en el circuito del controlador para una batería solar de 35 vatios o cualquier otra. El amplificador abrirá el acceso al transistor MOSFET y los otros dos, más débiles, estarán cerrados.

Esto dejará de cargar la batería. Tan pronto como caiga el voltaje, el circuito volverá a su posición original y la carga continuará. El tiempo asignado al controlador para realizar esta operación es de aproximadamente 3 segundos.

Tipos

Este tipo de dispositivo se considera el más sencillo y económico. Su única y principal tarea es cortar el suministro de carga a la batería cuando se alcanza el voltaje máximo para evitar el sobrecalentamiento.

Sin embargo, este tipo tiene una cierta desventaja: se apaga demasiado pronto. Después de alcanzar la corriente máxima, debe mantener el proceso de carga durante un par de horas más y este controlador lo apagará inmediatamente.

Como resultado, la carga de la batería rondará el 70% del máximo. Esto tiene un impacto negativo en la batería.

PWM

Este tipo es un encendido/apagado mejorado. La modernización radica en que lleva incorporado un sistema de modulación de ancho de pulso (PWM). Esta función permitió al controlador, cuando se alcanzó el voltaje máximo, no cortar el suministro de corriente, sino reducir su fuerza.

Gracias a esto, fue posible cargar el dispositivo casi al 100%.

Este tipo se considera el más avanzado en la actualidad. La esencia de su trabajo se basa en el hecho de que es capaz de determinar el valor exacto del voltaje máximo para una batería determinada. Monitorea continuamente la corriente y el voltaje en el sistema. Gracias a la adquisición constante de estos parámetros, el procesador es capaz de mantener los valores de corriente y voltaje más óptimos, lo que le permite generar la máxima potencia.

Si comparamos los controladores MPPT y PWN, la eficiencia del primero es aproximadamente un 20-35% mayor.

Opciones de selección

Sólo hay dos criterios de selección:

1. El primer punto y muy importante es el voltaje entrante. El máximo de este indicador debe ser mayor en aproximadamente un 20% del voltaje sin carga de la batería solar.
2. El segundo criterio es la corriente nominal. Si se selecciona el tipo PWN, entonces su corriente nominal debe ser mayor que la corriente de cortocircuito de la batería en aproximadamente un 10%. Si se selecciona MPPT, entonces su característica principal es la potencia. Este parámetro debe ser mayor que el voltaje de todo el sistema multiplicado por la corriente nominal del sistema. Para los cálculos, el voltaje se toma cuando las baterías están descargadas.

Como hacerlo tu mismo

Si no es posible comprar un producto ya preparado, puede crearlo usted mismo. Pero si es bastante sencillo entender cómo funciona un controlador de carga de una batería solar, crear uno será más difícil. Al crearlo, debe comprender que dicho dispositivo será peor que el análogo producido en la fábrica.

Este es el circuito controlador de panel solar más simple y será el más fácil de crear. El ejemplo dado es adecuado para crear un controlador para cargar una batería de plomo-ácido con un voltaje de 12 V y conectar una batería solar de baja potencia.

Si reemplaza los valores nominales en algunos elementos clave, podrá aplicar este esquema a sistemas más potentes con baterías. La esencia del funcionamiento de un controlador casero de este tipo será que a un voltaje inferior a 11 V la carga se apagará y a 12,5 V se alimentará a la batería.

Cabe mencionar que el circuito simple utiliza un transistor de efecto de campo en lugar de un diodo protector. Sin embargo, si tienes algunos conocimientos de circuitos eléctricos, puedes crear un controlador más avanzado.

Este esquema se considera avanzado, ya que su creación es mucho más complicada. Pero un controlador con un dispositivo de este tipo es bastante capaz de funcionar de manera estable no solo cuando se conecta a una batería solar, sino también a un generador eólico.

Video

Aprenderá cómo conectar el controlador correctamente en nuestro video.

Al convertir la energía solar en corriente eléctrica, no tienen partes móviles, por lo que son económicos, fiables y cada vez más utilizados. Dichos dispositivos contienen varios componentes, cada uno de los cuales realiza su propia función.

Los kits más “avanzados” contienen uno que convierte un voltaje de 12 V CC a 220 V CA. Esto le permite conectar dispositivos de red comunes, como un televisor y una radio, a un sistema de energía autónomo.

Un elemento obligatorio necesario para el funcionamiento eficaz de todo el sistema es el controlador de carga.

La tarea principal del controlador de carga es distribuir el flujo de energía eléctrica recibida del panel solar. Mantener un voltaje de salida estable, así como eliminar la sobrecarga o descarga completa integrada en el sistema.

Esto aumenta significativamente la vida útil de la costosa batería.

Funciones principales

Sistema de alimentación mediante controlador. (Click para agrandar)

El controlador realiza:

1. Seleccionar la corriente de carga de batería óptima.
2. Apagado de batería al cargar hasta el límite establecido.

No es necesario comprar dicho controlador en una tienda especializada. Al tener un soldador y conocimientos mínimos en ingeniería eléctrica, usted mismo podrá montar un circuito básico.

Existen varios tipos de estos dispositivos. Los más sencillos tienen una sola función: conectar y desconectar la batería en función del nivel de carga.

Dispositivos sofisticados monitorean la potencia máxima y, por lo tanto, garantizan una mayor corriente de salida, aumentando la eficiencia del sistema.

Cada controlador debe cumplir los siguientes requisitos:
1,2P ≤ I×U, donde P es la potencia total de los paneles; I – corriente en la salida del controlador; U – tensión de salida bajo carga.

Análisis de un circuito específico.

Como ejemplo, considere una fuente híbrida para alimentar iluminación de emergencia o un sistema de alarma de seguridad para el hogar que debe funcionar las 24 horas del día.

El suministro de energía mediante un panel solar durante el día no solo puede reducir significativamente el consumo de electricidad de la red, sino también proteger el equipo contra apagones continuos.

Por la noche, el circuito cambia a alimentación de una red de 220V. La fuente de alimentación de respaldo es una batería recargable de 12 V y 4,5 A/h. Un sistema de este tipo funcionará eficazmente en cualquier clima.

Circuito controlador simple

Distribución de pines de transistores.

El fotorresistor LDR controla los transistores T1 y T2. La figura de la izquierda muestra la distribución de pines de los transistores, donde E (1) es el emisor, C (2) es el colector y B (3) es la base.

Durante las horas del día, el fotorresistor se ilumina y los transistores están cerrados. Por lo tanto, se suministra energía de 12 voltios a la batería desde el panel (panel solar) a través del diodo D2.

También evita que la batería se descargue a través del panel. Con buena luz, un panel de 15W proporciona 1A de corriente.

Cuando la batería está completamente cargada a 11,6 V, el diodo Zener ZD se abre paso y se enciende el LED rojo. Cuando el voltaje en los terminales de la batería disminuye a 11 V, el LED se apaga. Esto significa que es necesario cargar la batería. Las resistencias R1, R3 limitan la corriente del diodo Zener y del LED.

Por la noche, la resistencia del fotorresistor LDR disminuye, los transistores T1, T2 se encienden. La batería se carga a través de la fuente de alimentación. La corriente de carga de la red de 220 V se suministra a la batería a través de un transformador, un puente de diodos D3 - D6, una resistencia R4, un transistor T2 y un diodo D1. El condensador C2 suaviza las ondulaciones de la tensión de red.

El umbral de iluminación en el que se activa el fotosensor LDR se ajusta mediante una resistencia variable VR1.