(9) Regulador PWM vs. MPPT

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Homo_non_sapiens
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#1 (9) Regulador PWM vs. MPPT

Mensaje por Homo_non_sapiens » 31 Ene 2019, 09:09

El regulador fotovoltaico es una componente esencial en los sistemas FV con batería. Su función es dosificar ("regular") la producción de los paneles FV en cada momento, para cargar correctamente a la batería (ver capítulo "Fases de carga ..."). Para eso tiene que saber reducir la producción de los paneles, siempre cuando la producción de éstos sea superior a lo que admite la batería en este momento
Hay dos tipos de reguladores: PWM (Pulse Width Modulation) y MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dado que el funcionamiento de los dos es distinto, los trataremos por separado. Lo común de ambos tipos es que tienen programado un algoritmo de carga para cumplir con las fases de carga para la batería, que en muchos modelos es configurable (ver capítulo "Fases de carga ...")
En los fundamentos no vamos a hablar de los circuitos electrónicos que permiten los reguladores hacer su trabajo, sino que explicaremos su funcionamiento de la forma más intuitiva que somos capaces, para entender lo que hacen en la práctica

(1) Regulador PWM (Pulse Width Modulation)
Este tipo de regulador es el más sencillo y robusto. Para funcionar correctamente, necesita estar conectado a paneles a una tensión ligeramente superior a la de batería, por ejemplo 34V para batería de 24V. Para cargar a la batería, simplemente la conecta directamente a los paneles. La misma batería reduce la tensión de placas a la que necesita en este momento. Es decir, un regulador PWM hace trabajar los paneles a la tensión de batería, a la que no entregarán su máximo de potencia (ver capítulo "El panel fotovoltaico ..."). Por ejemplo, para una batería de 24V, esta tensión de cargar la batería varía entre 25V y 30V

Y que es eso de PWM? Cómo consigue un regulador PWM limitar la intensidad de carga, cuando fuera necesario? Pues es muy fácil de entender (en este caso), a pesar de que algunas personas ya "desconectan mentalmente" al oir la palabra "PWM"
Pulse Width Modulation significa "modulación (de la señal) mediante amplitud de pulsos". En el caso del regulador PWM es muy sencillo: El regulador simplemente desconecta y conecta los paneles periódicamente a la batería, durante unos milisegundos. Es decir, en vez de entregar la corriente DC que viene de los paneles de forma contínua, la entrega en forma de pulsos cuadrados (ver imagen). Durante los pulsos, los paneles están conectados a la batería; durante las pausas, están desconectados. Cuanto más cortos los pulsos -y más largas las pausas- menos intensidad entrega el regulador PWM a la batería, como media. A la batería, eso le da igual. Eso es todo el "secreto" del regulador PWM !
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Pulsos_PWM.JPG

(2) Regulador MPPT (Maximum Power Point Tracking), también llamado "Maximizador"
Este tipo de regulador tiene la electrónica más compleja que un regulador PWM, consiguiendo hacer trabajar a los paneles en su punto de máxima potencia (MPP), por lo que se le llama MPPT ("rastreo del punto de máxima potencia). La tensión de los paneles conectados -suelen ser series de paneles- es superior a la tensión de batería, por ejemplo 90V para una batería de 24V. El regulador MPPT dispone de un convertidor de tensión, que convierte la tensión de los paneles (en su entrada) a la tensión que necesita la batería en este momento (en su salida; por ejemplo 25V a 30V para batería de 24V)
Ejemplo: Los paneles entregan 8A a 90V (720W), que es lo que llega a la entrada del regulador MPPT, y éste entrega 27.7A a 26V (también 720W). Es decir, el regulador entrega toda la potencia de los paneles a la batería, pero en forma de más intensidad a una tensión inferior
Bueno, en realidad entrega un poco menos potencia de la que recibe, porque su eficiencia de conversión es <100%, por ejemplo 95%. Es decir, si le entran 8A a 90V (720W), entregará aproximadamente 26A a 26V (~680W) a la batería

Y cómo reduce un regulador MPPT la producción de los paneles, cuando fuera necesario? Pues muy fácil: Obligando a los paneles a trabajar a una tensión superior a la de su MPP, con lo que se reduce su potencia (ver capítulo "El panel fotovoltaico ...")
Ejemplo: Pongamos que a una regulador MPPT estén conectados tres paneles de 60 células en serie, con una tensión de 90V en su MPP. Pongamos que esta serie de paneles genere 8A a 90V (720W), a pleno sol. Si el regulador les obliga a trabajar a 95V, es decir por encima de su MPP, esos paneles entregarán menos potencia; y si se les obliga a trabajar a 100V (muy por encima de su MPP), entregaran mucha menos potencia (ver capítulo "El panel fotovoltaico ...")

Muchas veces se dice, que "un regulador MPPT puede aprovechar hasta un 30% más de la potencia de paneles que un regulador PWM", por lo que al regulador MPPT también se le llama "Maximizador". Esto es cierto, efectivamente puede ser hasta un 30% más, pero solo en circunstancias muy de laboratorio. En la realidad, aquí en España, un MPPT suele aprovechar entre 5% y 10% más potencia de paneles que un PWM (Gabriel 2018 lo ha comprobado en un experimento muy convincente)
Conclusión para la práctica: Un regulador MPPT entrega 5%-10% más potencia que un regulador MPPT, nada de "30% más"

Es decir, en algunos casos puede convenir instalar un regulador PWM, y en otros, un regulador MPPT - hay que decidirlo individualmente
- Ventajas de un regulador PWM: Es más robusto que un regulador MPPT (menos probabilidad de averías), y es más barato
- Ventajas de un regulador MPPT: La tensión de los paneles puede ser (muy) superior a la de batería, y la cosecha diaria es un poquito mayor que con un PWM
Las ventajas de una tensión alta entre paneles y regulador son menos pérdida de potencia en los cables y poder usar cables menos gruesos (ver capítulo "Qué sección para un cable")
Me gusta el foro nuevo: ADNsolar !

4500Wp en placa; híbrido InfiniSolar V 4kW(solar) + 5kW(red); regulador MPPT Sunstar SS-50C; 24 vasos EPzS 500Ah C5; consumo 20kWh/día
Control remoto total marca DIY, con WiFi en sandalias (todo componentes chinos)
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