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Reguladores PWD o MPPT para paneles solares

 

 

La electricidad que proporcionan los paneles solares varía en voltaje y en amperaje al cambiar la irradiación solar. Por ello debemos regular la salida del panel antes de que la corriente llegue hasta el parque de baterías.

 

Distintos tipos de reguladores actúan de diferente manera... ¿Cómo son y cómo funcionan? ¿Cómo afecta la temperatura?

Un panel solar entrega más potencia cuanto más luz solar incida sobre él. Obvio... Aunque compremos un panel que sea de 12 voltios, lo cierto es que entregará una tensión que va desde cero hasta unos 20 voltios. Y es cerca de esta tensión máxima

cuando el panel entrega la máxima potencia y ofrece el máximo rendimiento.

Eso ocurre cuando el sol índice con más energía al mediodía en pleno mes de Agosto. Y en esas condiciones si lo conectáramos a las baterías directamente, éstas acabarían por estropearse debido al exceso de tensión recibida. Es sabido que para cargar unas baterías de ácido plomo, la tensión de carga debe ser unos 13,6 voltios, y por encima se producirá electrolisis con desprendimiento de hidrógeno y degradación en la baterías hasta llegar a destruirlas.

 

Tipos de reguladores

¿La solución? El regulador para paneles solares. Se trata de un dispositivo electrónico al que por un lado entra la tensión del panel solar y por otro, sale otra ajustada al tipo de baterías que tenemos en el parque. Los hay llamados PWD que leen la tensión de la batería y si esta es mayor de 13 voltios desconecta la corriente del panel, pues entiende que las baterías están a tope de carga. Pero si la batería está por debajo de esta tensión y necesitan recargarse, entonces cuando el panel entregue más de 13,5 voltios, el regulador hará su trabajo y se encargará de "recortar" la tensión hasta dejarla al máximo idóneo para la carga de las baterías.

Lo malo de estos reguladores es que la potencia correspondiente a la diferencia de tensión perdida por encima de los 13,6 voltios simplemente se desaprovechada. Por tanto el rendimiento de los reguladores PWD será ideal mientras el panel entregue una tensión de hasta 13,6 voltios, pero por encima de este valor el exceso de energía que es capaz de entregar el panel hasta en torno a los 22 voltios simplemente se desperdicia, lo cual puede llegar a suponer del orden de una tercera parte de la energía que genera el panel  ¡que no es poco!

Con el advenimiento de la electrónica de control y la complejidad de los circuitos integrados, algunos ingenieros pensaron que ese desperdicio era un auténtico despilfarro, cercano al 30%. Si tenemos un panel solar que entrega 22 voltios, lo suyo sería convertir toda esa energía en una tensión regulada a 13,6 voltios en caso de tratarse de un parque de baterías de ácido plomo, pero "convirtiendo" en amperios extras, la potencia correspondiente al exceso de tensión desde los 13,6 hasta los 22, o mejor dicho, hasta la tensión en el que se localiza el punto de máxima potencia, y que suele estar ligeramente por debajo de la tensión máxima que entrega el panel solar.

¿Pero es posible convertir el exceso de tensión en amperios extras manteniendo la tensión constante? Así es, esto es lo que hace un regulador de tipo MPPT.

 

Reguladores MPPT

Lo que importa al final es la energía que podemos extraer de los paneles para almacenar en las baterías. Y hablar de energía es lo mismo que hablar de potencia, que aplicada en un período de tiempo, es justamente eso...energía.

Conviene recordar un par de relaciones fundamentales que nos ayudarán a entender muchos aspectos electricos, la primera nos relaciona la Potencia= Voltaje x Amperios (W=V . I) La segunda es la conocida ley de Ohm entre la resistencia de un circuito, el voltaje y el amperaje (V=I.R) ) Combinando estas dos relaciones y jugando con ellas, podremos entender un montón de asuntos eléctricos de gran interés.

Lo importante es maximizar la potencia, o sea hacer máximo el producto de la tensión, multiplicado por la intensidad que entrega el panel solar. Y ese punto naturalmente es lo que se llama el “Punto de máxima potencia”. Como la potencia es el producto de los valores de tensión e intensidad, y el producto de dos valores es igual al área en la curva de potencia, de lo que se trata es de hacer que el área sea máxima. De hecho así es como definimos el punto de máxima potencia, como aquél en el que logramos el mayor área en la curva de potencia del panel.

El regulador MPPT es al fin y al cabo un conversor de corriente continua a corriente continua de menor voltaje (la mayoría de ellos), que transforma la potencia correspondiente a una tensión alta en la misma potencia pero en una tensión inferior (descontando unas pequeñas pérdidas). Y para que ello ocurra sin cambiar la potencia, ha de aumentar la intensidad.

Por ello los mejores regulares que podemos montar en el barco son los conocidos como MPPT que persiguen y comprueban en todo momento el punto en el que el panel está entregando la máxima potencia. (Maximun Power Point Tracker, o mejor dicho Seguimiento (Track) de Punto de Máxima Potencia).

 

El efecto de la temperatura

Cuando se habla de un montaje solar en el barco, poca gente tiene en cuenta la temperatura a la que va a funcionar el panel. Cuanto más alta sea peor. Estamos en un día a 25 ó 30 grados y el sol pega fuerte sobre nuestros paneles solares. Al aumentar la temperatura de la superficie del silicio, se reduce el punto de máxima potencia hacia valores desfavorables… y de forma significativa. La potencia cae del orden de un 4,5% por cada 10ºC que suba la temperatura del panel.

Cuando el panel recibe la radiación solar, además de soltar amperios se caliente hasta quemar. Es fácil medir temperaturas de 80 a 90 grados. No le aconsejo tocar un panel a pleno sol. Pero si hace mucho calor y no corre el viento podemos medir temperaturas en torno a los cien grados centígrados.

A estas altas temperaturas el desplazamiento del punto de máxima potencia llega a valores en torno a los 11 voltios. Y a esa tensión los paneles NO pueden cargar las baterías por muchos amperios que suelten. Prácticamente no existen reguladores diseñados para incrementar la tensión. Como la tensión de 11 voltios es inferior a los 13,5 de carga, el regulador simplemente puentea el circuito conectando directamente el panel con la batería lo que hace que el panel trabaje a 13,5 voltios muy alejado del punto de máxima potencia y por tanto entregando muy poca potencia.

 

Enfriar los paneles

Por esta razón, los paneles solares deben ser montados dejando una cámara de aire debajo, de forma que puedan ventilar y enfriarse por convección. Con dejar unos centímetros bastará para que el aire caliente expandido sea sustituido por aire fresco.

Los paneles solares flexibles que se montan casi siempre sobre cubiertas y otras superficies sin posibilidad de que ventilen se calientan mucho más y por tanto disminuyen el rendimiento de forma significativa, además de verse sometidos a una temperatura que en nada les ayuda a una buena vejez.

No es buena solución mojar los paneles pues además de bajar la temperatura solo unos pocos minutos, el cambio brusco de temperatura podría resquebrajar el cristal templado que cubre su superficie superior.

 

Montaje de paneles en serie

Como el punto de máxima potencia que es donde el panel trabaja generando más trabajo puede caer a altas temperaturas por debajo de la tensión mínima de regulación, la solución es montar los paneles en serie de dos en dos y utilizar un regulador MPPT que se encargue de buscar en todo momento el punto de máxima potencia que esta vez estará siempre por encima de la tensión de carga de las baterías (13,5 V). Para parques de baterías de 24 voltios tendríamos que poner 3 paneles en serie para garantizar este punto.

El hecho de que un panel pueda caer en sombra es menos importante que la posible pérdida del punto de máxima potencia.

Y como la tensión de trabajo es del doble, bajamos a la mitad la intensidad de la corriente y por tanto podemos disminuir la sección del hilo de cobre desde los paneles al regulador.

De las dos relaciones que indicamos unos párrafos antes podemos obtener sustituyendo la segunda en la primera, que la Potencia es igual a la resistencia por el cuadrado de la intensidad. W=R I2. O lo que es lo mismo, la pérdida de potencia debido al efecto Joule consecuencia de la resistencia de los cables se reduce en un factor de 4 al aumentar la tensión de los paneles al doble, manteniendo la misma sección de cables.

 

 

Conclusiones y buenas prácticas

De todo lo dicho, lo mejor es montar, al menos, dos paneles iguales y cablearlos en serie para solucionar el problema de la pérdida del punto de máxima potencia. Pero para ello debemos utilizar obligatoriamente un regulador de tipo MPPT pues en caso contrario las perdidas serían mayores. Si tiene un único panel en el barco, aunque el MPPT es mejor, uno de tipo PWM es válido y son más económicos.

Si monta más paneles, tiene sentido conectarlos en serie de dos en dos y cada pareja llevarlos en paralelo al regulador. De esta forma aseguramos el punto de máxima potencia y nos despreocupamos también de si uno de los grupos entra en una sombra parcial pues los amperios aportado por el grupo plenamente iluminado no decaerán a pesar de estar la otra mitad del parque en las sombras de por ejemplo un genaker. Con más paneles tendrá sentido hacer agrupaciones en serie de 3 o más paneles, pues al aumentar la tensión lograremos reducir las pérdidas.

A pesar de montar en serie dos paneles lo cual doblará la tensión sin aumentar los amperios, debemos mantener una sección de cobre adecuada para minimizar las pérdidas por efecto Joule en los cables eléctricos.

Si puede evitar los paneles solares flexibles de montaje superficial lo agradecerá, especialmente con el paso del tiempo.  Y a pesar de utilizar paneles rígidos, debemos prever una buena ventilación por debajo del panel, para que disminuya en lo posible su temperatura de trabajo y así no caiga el rendimiento.

 

 

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