Como su nombre indica, un regulador de carga solar es un componente de un sistema de paneles solares que controla la carga de un banco de baterías. Los reguladores de carga solar garantizan que las baterías se carguen al ritmo y al nivel adecuados. Sin un regulador de carga, las baterías pueden resultar dañadas por la energía entrante, y también podrían perder energía de vuelta a los paneles solares cuando el sol no brilla.
Los reguladores de carga solar tienen una función sencilla, pero es importante conocer los dos tipos principales, cómo funcionan y cómo combinarlos con los paneles solares y las baterías. Con estos conocimientos, estarás un paso más cerca de construir un sistema solar aislado de la red.
¿Quién necesita un regulador de carga solar?
Un regulador de carga es necesario cada vez que se conecta un banco de baterías a la salida de corriente continua (CC) de los paneles solares. En la mayoría de los casos, esto significa una pequeña configuración fuera de la red como paneles solares en un RV o cabaña. Si buscas información sobre cómo utilizar la energía solar y las baterías fuera de la red, estás en el lugar adecuado.
También hay reguladores de carga destinados a proporcionar respaldo de batería para un sistema solar conectado a la red existente que está en el techo de una casa o negocio. Esta aplicación requiere un regulador de carga de alto voltaje y normalmente implica recablear el sistema para dirigir una parte de la producción solar a través del regulador de carga.
Las cuatro funciones principales de un regulador de carga solar son:
- Acepta la energía entrante de los paneles solares
- Controlar la cantidad de energía enviada a la batería
- Controlar el voltaje de la batería para evitar la sobrecarga
- Permitir que la energía fluya sólo de los paneles solares a las baterías
A medida que una batería se carga, su tensión aumenta, hasta un límite. La batería puede dañarse si se aplica una carga adicional más allá de este límite. Por lo tanto, la capacidad de una batería para suministrar o aceptar energía puede medirse por su tensión. Por ejemplo, una batería de plomo-ácido AGM típica de 12 voltios mostrará una tensión de 11,8 voltios con una carga del 10% a 12,9 voltios con una carga del 100%.
La función principal de un regulador de carga solar es garantizar que la cantidad de energía que se envía a la batería es suficiente para cargarla, pero no tanta como para aumentar el voltaje de la batería por encima de un nivel seguro. Para ello, lee la tensión de la batería y calcula cuánta energía adicional se necesita para cargarla completamente.
Otra función importante del regulador de carga es evitar que la corriente vuelva a los paneles solares. Cuando el sol no brilla, los paneles solares no producen tensión. Dado que la electricidad fluye de alta tensión a baja tensión, la energía de la batería fluiría hacia los paneles solares si no hubiera nada que lo impidiera. Esto podría causar daños. El regulador de carga tiene un diodo que permite que la energía fluya en una dirección, impidiendo que la electricidad vuelva a los paneles.
Cómo llega la energía solar de los paneles a las baterías
Como ya hemos dicho, la energía fluye de alta a baja tensión. Así que, para añadir energía a la batería, el voltaje de salida de un panel solar debe ser siempre un poco más alto que el voltaje de la batería que está cargando. Afortunadamente, los paneles solares están diseñados para emitir más voltaje del que necesita una batería en un momento dado.
He aquí un ejemplo: Supongamos que tienes un panel solar de 100 vatios y una batería de 12 voltios. Recuerda que una batería de 12 voltios puede cargar hasta 12,9 voltios. 12 voltios es lo que se llama su «voltaje nominal», mientras que el voltaje real de la batería depende de lo cargada que esté. Puede bajar a 11,8 voltios con poca carga y a 12,9 voltios cuando está llena.
El panel solar de 100 vatios puede emitir un máximo de 18 voltios, que es un poco demasiado alto para que la batería lo acepte con seguridad. Dejarlo conectado a la batería demasiado tiempo podría provocar una situación peligrosa, haciendo que se acumule presión en el interior de la batería y que salga por el lateral en forma de vapor químico.
Necesitas un regulador de carga entre el panel solar y la batería para limitar la tensión disponible para la batería. Pero no se trata sólo de la tensión, también tiene que soportar una cierta cantidad de corriente (amperaje) que fluye a través de ella. Ahí es donde entra en juego el amperaje nominal del regulador de carga.
Amperaje nominal del regulador de carga solar
El número de amperios de corriente que puede manejar un regulador de carga se denomina «potencia nominal». Sobrepasar el amperaje nominal puede dañar el cableado del regulador de carga. Consideremos un regulador de carga con una capacidad nominal de 30 amperios de corriente. El panel solar de 100 vatios descrito anteriormente produce 5,5 amperios de corriente a 18 voltios. Ese amperaje es muy inferior al máximo de 30 amperios del regulador de carga, por lo que éste puede gestionar sin problemas la salida del panel solar individual.
De hecho, podría manejar la salida de varios paneles solares conectados en paralelo (lo que aumenta la salida de corriente). Pero hay que tener en cuenta una regla importante sobre la potencia nominal de los reguladores de carga: asegúrese siempre de que su regulador de carga está preparado para gestionar un 25% más de amperios de los que se supone que pueden producir sus paneles solares. Esto se debe a que los paneles solares pueden exceder su corriente nominal de salida bajo un sol especialmente brillante, y usted no quiere freír su controlador de carga en la rara ocasión en que esto sucede.
Teniendo en cuenta esta regla, el regulador de carga de 30 amperios de nuestro ejemplo podría aceptar una salida nominal de hasta 24 amperios. Podría conectar hasta cuatro de esos paneles solares de 5,5 amperios en paralelo para crear un conjunto solar capaz de producir 22 amperios, manteniéndose por debajo de la potencia nominal del regulador de carga más el 25% de colchón. Si cree que puede ampliar el tamaño de su panel solar en el futuro, adquiera un regulador de carga solar con una potencia nominal un 50% superior a sus necesidades inmediatas.
Adaptación de tensiones
Otra consideración a la hora de elegir un controlador de carga es el voltaje del banco de baterías que desea cargar. Conectar las baterías en serie aumenta la tensión que pueden suministrar y aceptar. Por ejemplo, dos baterías de 12 voltios conectadas en serie funcionarán a 24 voltios nominales. Existen controladores de carga en el mercado que pueden emparejarse con bancos de baterías de 12, 24, 36 y 48 voltios. Debe asegurarse de que el regulador de carga que adquiere puede acoplarse al voltaje del banco de baterías.
Etapas de carga de la batería
Hay tres etapas de carga de una batería: a granel, de absorción y de flotación. Se corresponden con el nivel de carga de la batería.
- A granel: cuando la carga de la batería es baja, el regulador de carga puede suministrarle mucha energía de forma segura, y la batería se llena de carga muy rápidamente.
- Absorción: a medida que la batería se acerca a su carga completa (alrededor del 90%), el controlador de carga reduce su salida de corriente, y la batería se carga más lentamente hasta que está llena.
- Flotación: cuando la batería está llena, el regulador de carga solar reduce un poco la tensión de salida para mantener la carga completa.
Piénselo como si vertiera agua de una jarra en una taza con una fuga muy lenta: cuando la taza está vacía, empieza a verter y aumenta rápidamente la cantidad de agua vertida hasta que la taza está casi llena. Entonces se reduce el flujo hasta que la taza está llena. Para mantener el vaso lleno a pesar de la fuga, se vierte sólo un chorrito para mantenerlo lleno.
El proceso de volumen/absorción/flotación se desarrolló para las baterías de plomo-ácido de ciclo profundo. Algunas baterías de litio más nuevas permiten una corriente más alta hasta que están bastante llenas, lo que significa que un controlador de carga emparejado con una batería de litio puede ajustarse para acortar o eliminar la etapa de absorción.
