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Tipología de conexión e interconexión de Micro-Aerogenerador y Panel Solar

A seguir apresentamos um esquema de uma tipologia de ligação e interligação de duas fontes de energia (aerogerador e painéis solares fotovoltaicos) com armazenamento de energia em baterias.

Controlador Carga baterias – É obrigatoriamente necessário um controlador.

O objectivo principal de um controlador é prevenir o sobrecarregamento das baterias e consequentemente diminuir a necessidade de troca das baterias devido a deterioração interna.

Outro ponto importante nos controladores são os algoritmos para aumentar a longevidade dos bancos de baterias. Existem diversos modos de carga como evitar que a bateria descarregue completamente, equilibrar as cargas, etc.

Por último, no es muy importante la capacidad del controlador para maximizar la carga producida por los pozos de generación e introducción de baterías.

Controladores de carga existentes no mercado por ordem de complexidade e capacidade

– Controladores de 1 ó 2 etapas
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– Controladores de 3 etapas o PWM
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– Controladores MPPT (Multi-Power point tracking)

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La información siguiente está en inglés para una mayor compreensão de nomes técnicos.

1 o 2 controladores de etapas

También se refiere a los controladores de carga/desviación de voltaje simple o doble. Estos controladores son, con mucho, los más simples en su diseño, ya que generalmente dependen de un relé o conjunto de relés para desconectar o desviar una fuente de energía o carga cuando la tensión de la batería alcanza un determinado punto. Pueden variar desde unos pocos amperios hasta cientos de amperios de capacidad y a menudo están limitados sólo por la capacidad de los relés que están conmutando.

No ofrecen carga de mantenimiento de la batería (como igualar la carga) ya que simplemente monitorean el voltaje de la batería y «disparan» a un cierto nivel. Pueden ser muy económicos y muy fiables, ya que son de naturaleza más sencilla y por lo tanto tienen menos componentes que romper. Los nuevos modelos de controladores de una etapa ofrecen circuitos controlados por microprocesador que permiten un funcionamiento más preciso y estable.

Quién debería considerar este tipo de controlador:

Usted tiene o tendrá una fuente de energía eólica o hidráulica.

Este tipo de controlador puede ser cableado como un «Controlador de Desvío». En este modo, cuando las baterías alcanzan su punto de disparo de alto voltaje, la energía entrante se desvía de las baterías a una carga de desvío o ficticia, mientras que permite que la fuente de carga (turbina eólica) permanezca completamente cargada. Es muy importante que las turbinas eólicas permanezcan bajo carga, especialmente en caso de fuertes vientos, o existe una posibilidad real de que se sobrepase la velocidad y sean destruidas.

Aunque algunos controladores PWM también se pueden utilizar en modo de desvío, cuando se utilizan de esta manera, a todos los efectos prácticos se han configurado para imitar a un controlador de una sola etapa. Si usted tiene un aerogenerador, debe tener una carga en todo momento, por lo que todas las demás tecnologías no pueden ser incorporadas completamente para un aerogenerador.

Hay indicios de que algunos de los mayores fabricantes de controladores/inversores están trabajando en controladores MPPT más avanzados para la energía eólica, pero en este momento no hay nada mejor (en mi opinión), para la energía eólica que un controlador de desviación de una sola etapa.

Usted tiene un sistema sólo solar pero su presupuesto no le permite comprar un controlador de tecnología más avanzada.

Los controladores de una etapa son a menudo muy económicos y generalmente ofrecen mucha más capacidad por dólar que los controladores PWM o MPPT. Tenga en cuenta que este tipo de controlador no ofrece el nivel de carga de mantenimiento de la batería que ofrecen los controladores PWM/MPPT.

Tienes un controlador más avanzado para cc normal, pero también tienes un generador eólico y necesitas tener una póliza de seguro contra sobrecargas en condiciones de viento fuerte.

En esta situación, sus paneles solares son encaminados a través de su controlador PWM/MPPT. Bajo condiciones nominales, la potencia de la turbina es vista por el controlador de carga solar (debido al aumento del voltaje de la batería) y cuando es necesario, la energía solar que se permite que fluya hacia las baterías se reduce o se interrumpe según sea necesario; sin embargo, se permite que la turbina permanezca completamente cargada. Este es un muy buen complemento de los controladores y funciona bien, incluso en los sistemas solares más grandes.

Usted tiene un generador de reserva y quiere asegurarse de que cuando esté funcionando, sus baterías permanezcan completamente protegidas contra sobrecargas.

La mayoría de los inversores diseñados específicamente para sistemas de energía alternativa tienen capacidad de arranque/parada del generador. Si este es el caso, el propio inversor es el regulador de carga, y no necesitará esta protección adicional de un regulador de una sola etapa. Sin embargo, si tiene un generador que se enciende manualmente y no es controlado por el inversor, entonces usar un controlador de carga de un solo estado para asegurarse contra la sobrecarga de la batería es una buena opción.

Quién NO debe considerar este tipo de controlador:

– Usted no tiene una turbina eólica o hidráulica y tiene un presupuesto suficiente para comprar un controlador más avanzado.
– Todas sus fuentes de carga pueden ser enrutadas a través de su controlador PWM/MPPT o controladas de otra manera.

Controladores multietapa, de 3 etapas o PWM

Los controladores PWM (Pulse Width Modulated) son controladores de estado sólido que ofrecen algoritmos de carga más avanzados que los controladores de etapa única. Primero hablemos del aspecto PWM.

A medida que el voltaje de la batería aumenta, la responsabilidad principal del controlador de carga es restringir el voltaje (y la corriente) entrantes para asegurar que la batería no se sobrecargue. La forma más sencilla de hacerlo sería abrir el circuito (apagar el interruptor interno), cuando la batería se «llena», pero por supuesto tan pronto como lo haga, la tensión de la batería comenzará a caer y el controlador tendrá que volver a encender el interruptor.

Este encendido y apagado, luego intentaría mantener las baterías en un estado de carga completa y todo estaría bien. Encender y apagar repetidamente no es un problema para un dispositivo de estado sólido, pero realmente no es tan simple. Es mejor si la tensión/corriente de carga de la batería varía en función de su estado de carga y de dónde se encuentra la batería en su ciclo de carga total (¿está casi agotada o se ha cargado en su mayor parte durante un tiempo y sólo necesita ser mantenida?)

Hay muchas filosofías diferentes utilizadas, incluyendo la carga de 3 etapas, voltaje constante y carga cónica, pero en su mayor parte, para promover una mejor salud de la batería, las baterías no sólo se llevan a la carga completa y luego se apagan por un controlador de estado sólido de varias etapas.

El controlador examina el estado de carga de las baterías y, a medida que avanza a través del ciclo de carga, reduce o aumenta la corriente según sea necesario. Una vez finalizado el ciclo de carga de la batería, el regulador de carga reducirá aún más la corriente para mantener la batería en el «Full State».

Esto es lo que hace el controlador, pero lo hace a través de pulsos de energía que pueden durar desde menos de un segundo hasta varios minutos. El término modulación de ancho de pulso es realmente muy simple de entender.

Si usted tuviera una casa de jardín con una boquilla de mano que puede encender y apagar apretando el gatillo, podría fácilmente controlar el volumen de agua para decir 50% simplemente apretando el gatillo a la mitad, o por el contrario, podría, apretando repetidamente el gatillo una vez cada dos segundos durante un segundo completo, y un segundo completo apagado lograr la misma cosa. Cada vez que aprietas el gatillo es un pulso, el tiempo que aprietas el gatillo es el ancho del pulso.

Básicamente, si enciendes el agua cada segundo y la apagas cada segundo, entonces estás dejando que el 50% del agua disponible pase a través de la boquilla. Si mantienes apretado el disparador durante 1,5 segundos encendido y 0,5 segundos apagado, entonces estarás permitiendo que pasen 3/4 partes del volumen. Esto es lo que hacen los controladores PWM. Esta acción pulsante es mucho más fácil en el cargador (la mayoría de los interruptores electrónicos que llevan corriente se calientan si están a mitad de camino, pero no les importa en absoluto si están llenos y llenos muchas veces por segundo). Pero hay una razón aún mayor por la que esto se hace: a las baterías les encanta. Estos pulsos de energía son mucho mejores en las placas de las baterías que una carga D/C de alto voltaje constante.

Por lo tanto, los controladores PWM permiten que pase un pulso eléctrico de la fuente de carga, que puede ser mejor para la vida de la batería que las corrientes de carga en estado estable. Algunos controladores PWM incorporan conmutación de alta frecuencia. Se utilizan los mismos ciclos básicos de encendido/apagado, pero mucho más rápidos (muchas veces por segundo), enviando ráfagas cortas muy rápidas a las baterías.

Estas ráfagas cortas de corrientes más altas pueden ser muy efectivas para mantener las placas de las baterías en buena salud. No todos los controladores PWM son iguales, algunos utilizan pulsos de alta frecuencia, otros sólo utilizan pulsos cuando las baterías alcanzan un estado de carga más alto, pero todos los controladores PWM incorporan pulsos de energía de frecuencia variable para controlar la corriente real de la batería.

La principal ventaja de los controladores de estado sólido es que ofrecen modos de carga más avanzados que los controladores de etapa única. Discutiremos brevemente el modo de carga de tres etapas.

– Carga a granel

– Carga de absorción

– Cargo por flotador

La 1ª etapa en un modo de carga de 3 etapas es la carga masiva: En este modo, la mayor parte de la corriente disponible se envía a las baterías hasta que alcanzan aproximadamente el 80% de su capacidad. Por lo general, la tasa de carga a granel se establece entre 13,5 y 15 voltios. Realmente no hay un ajuste perfecto de voltaje aquí, ya que hay muchos factores involucrados.

La temperatura ambiente, el tamaño de las fuentes de energía y el tamaño de la batería. La duración deseada de tiempo en este modo, el coste de la energía si se complementa con la red o el generador, etc. – En pocas palabras, la carga a granel hace que la batería llegue a un estado casi completo a un ritmo rápido pero saludable. El cargador automotriz de bajo costo común utiliza el modo de carga masiva como su única etapa de carga. El voltaje es simplemente ajustado a 14 voltios por el cargador, y eso es todo. Esto realmente no es muy bueno para la vida larga de la batería.

La segunda etapa del modo de carga de 3 etapas es la carga de absorción: A medida que la batería se llena, debido a la resistencia interna acepta menos corriente de carga. Durante la carga de absorción, el cargador mantendrá un voltaje ligeramente más alto para superar esto. Durante esta etapa, la corriente que fluye hacia las baterías seguirá siendo menor, pero el voltaje será mayor.

A través de esta etapa, la batería se llevará hasta su capacidad máxima (completamente cargada). Una vez más, el ajuste de voltaje varía de controlador a controlador, pero depende más del tipo de batería y de la temperatura, entonces la carga a granel es. Para una batería de ácido de plomo de 12 voltios, es de esperar una tensión de carga de absorción de entre 14,2 y 15,5 voltios. Durante esta etapa, el gaseado de la batería es normal y necesario para completar las reacciones químicas y obtener una batería completamente cargada.

La etapa final es la Carga de Flotador: Este modo es el modo de carga en el que la batería se encuentra la mayor parte del tiempo para un sistema correctamente diseñado. Una vez que las baterías están completamente cargadas, el modo de carga flotante mantiene las baterías a un nivel de voltaje de entre 13 y 13,2 voltios (para una batería de ácido de plomo de 12 voltios inundada), aplicando pulsos de corriente según sea necesario.

Estos pulsos pueden durar menos de un segundo o pueden durar varios segundos. Aplicando la cantidad necesaria de corriente de carga para compensar cualquier carga que la batería pueda estar alimentando, así como superando la autodescarga natural de las baterías, la longevidad de las mismas aumenta considerablemente. Permitir que una batería se fije en un estado de carga agotado durante largos períodos de tiempo reduce significativamente la vida útil de la batería. Una batería decente, mantenida en la posición de flotación adecuada, durará muchos años.

Otro modo de carga incorporado por muchos cargadores es el de igualar la carga. Este modo no forma parte del ciclo normal de carga, sino que se inicia manualmente para ayudar a mezclar los electrolitos de la batería. Durante el uso normal, la mezcla química de las baterías se estratifica. (Separado de arriba a abajo). Una carga ecualizada utiliza un voltaje aproximadamente un 10 por ciento más alto, para ayudar a mezclar estos elementos en su batería.

La ecualización de la carga también ayuda a que todas las baterías de un banco de baterías múltiples estén en el mismo estado. La mayoría de las personas están de acuerdo en que la carga de ecualización debe realizarse una vez cada 10 a 40 días, durante 2 a 16 horas. Durante este ciclo de carga se produce una gran cantidad de gasificación, lo que provoca que los fluidos se mezclen y que las placas se «limpien»

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Bien hecho, los controladores de carga multietapa se recomiendan para instalaciones solares o instalaciones solares y eólicas en las que sólo los paneles fotovoltaicos serán encaminados a través del controlador de 3 etapas. Los controladores de etapa multietapa no se recomiendan como el único cargador para sistemas que incorporan turbinas eólicas.

Los aerogeneradores deben tener una carga en todo momento. Un controlador de 3 etapas, o multietapa, no permite que la turbina vea una carga completa en todo momento, lo que puede permitir que se produzcan daños en la turbina, debido a la sobrevelocidad en condiciones de viento fuerte.

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