Dimensionamento rapido di un regolatore di carica

Saper dimensionare un regolatore di carica per un impianto fotovoltaico stand-alone con accumulo è importante. Se è necessario effettuare alcuni calcoli rapidi, saranno necessarie le seguenti informazioni per calcolare manualmente l’amperaggio del regolatore di carica necessario. Occorre innanzitutto scegliere la tensione del banco batteria (12, 24 o 48) V. Si tratta di una tensione tipica perché gli inverter sono offerti con queste tensioni. Ora entra in gioco la legge di Ohm: Amp x Volt = Watt

Esempio: una schiera di pannelli da 3.000 watt / banco di batterie da 48 volt = 62,5 amp, quindi avresti bisogno di un regolatore di carica in grado di supportare 62,5 amp. La maggior parte dei controller sul mercato sono da 60, 80 o 96 ampere, quindi scegli il regolatore di carica con il valore successivo più alto. In questo caso, sarebbe il controller da 80 ampere.

Ora, se conosci l’amperaggio del controller e desideri capire come il wattaggio massimo dei pannelli fotovoltaici che può entrare nel regolatore di carica, dovresti di nuovo usare la legge di Ohm. Esempio: controller da 80 amp x banco di batterie da 48 volt = 3.840 watt di pannelli solari. Nota che la maggior parte dei regolatori di carica consentirà a un po’ più di watt di entrare nel controller. È qui che gli strumenti di dimensionamento o una telefonata al produttore possono aiutare.

La prossima cosa di cui devi assicurarti è di non superare la tensione di ingresso che il controller può accettare. Anche in questo caso il produttore stabilirà quale tensione di ingresso dovrebbe essere inclusa nel progetto. È necessario considerare la temperatura e le tensioni a circuito aperto.

Poiché la tensione a circuito aperto (Voc) fotovoltaico aumenta con il diminuire della temperatura, sarà necessario assicurarsi che i valori nominali della tensione di ingresso del controller siano in grado di gestirlo nel freddo dell’inverno. Gli strumenti di dimensionamento del produttore ti offriranno il miglior design per il tuo regolatore di carica.

Come dimensionare un regolatore di carica PWM

Il dimensionamento di un controller PWM è relativamente semplice. Ad esempio, una persona vuole alimentare un sistema di aerazione per un laghetto. L’alimentatore è un array solare fotovoltaico da 1000 watt, l’accumulo è un banco di batterie da 12 V e vogliamo utilizzare un regolatore di carica PWM perché è solo un piccolo sistema che non richiede o giustifica un costoso controller MPPT.

Poiché il banco di batterie è a soli 12 V e il controller PWM limiterà la potenza in ingresso a pochi volt al di sopra del livello di carica completo della batteria (ad esempio: 17-19 V), i pannelli dovrebbero avere una tensione di circuito aperto che corrisponda al banco di batterie per ridurre al minimo le perdite. Esaminando alcune specifiche fornite dal produttore del pannello fotovoltaico prescelto, un pannello da 100 watt produce un circuito aperto da 17-19 V, quindi se dieci di essi fossero collegati in parallelo, ciò darebbe 1000 watt rimanendo entro l’intervallo di tensione di carica del banco batterie.

La prossima cosa da capire è quanta corrente verrà erogata al regolatore di carica / banco batteria. Se la tensione di ingresso è 17 V e la potenza totale è 1000 watt, la corrente sarebbe watt divisa per volt: 1000/17 = 58,8 ampere. A volte, il sole può fornire molta più energia rispetto ai 1000 watt per metro quadrato in cui sono testati e classificati i pannelli solari, quindi è sempre meglio sovradimensionare il regolatore di carica di circa il 20-25% per evitare danni da potenziali sbalzi di tensione .

Per l’esempio sopra: 59 amp x 1,25 = 73,8 amp. Quindi è necessario un controller PWM da 12 V e almeno 74 ampere. È altamente improbabile che esista un controller di carica da 74 amp, ma ci sono controller di carica da 80 amp. Se non è possibile acquistarne uno in modo economico, l’array fotovoltaico può essere suddiviso in due sistemi separati e per caricare il banco di batterie è possibile utilizzare due controller di carica PWM da 12 V e 40 A invece di un controller da 80 A.

Come dimensionare un regolatore di carica MPPT

Come è noto, i regolatori di carica MPPT, a differenza di quelli PWM, possono accettare una tensione di ingresso elevata e convertirla nella tensione di carica appropriata per il banco batterie senza perdere potenza sostituendola con più corrente (volt x amp = watt). Per questo motivo, ci sono due valori nominali di tensione che è necessario considerare quando si dimensiona un controller MPPT: la tensione nominale in ingresso e la tensione nominale di carica.

La tensione nominale in ingresso deve corrispondere alla tensione proveniente dalla fonte di alimentazione, + 25% per compensare i picchi di tensione nelle giornate fredde e soleggiate. Quindi, se ci saranno 66 V totali provenienti da due pannelli da 300 W collegati in serie (in base alla potenza nominale del produttore), il controller dovrebbe essere in grado di gestire almeno 66 x 1,25 = 83 volt.

La maggior parte dei regolatori di carica MPPT può gestire una tensione 100-200 V, ma è importante controllare la classificazione dal datasheet ed esserne sicuri. La tensione di carica sarà di 12, 24 o 48 V: alcuni controller possono gestirle tutte e selezioneranno automaticamente la tensione di carica appropriata quando saranno collegati al banco della batteria.

La prossima cosa che devi determinare è la corrente di boost (o spinta). La corrente di boost è la potenza totale che verrà erogata alla batteria dopo che il controller avrà regolato la tensione dalla fonte di alimentazione. La corrente di boost sarà quasi sempre superiore alla corrente proveniente da una fonte di alimentazione ad alta tensione.

Ad esempio, se si collegano due pannelli da 33 V / 300 W in serie, il risultato sarebbe 600 W a 66 V. La corrente sarebbe quindi 600 diviso 66 = 9 ampere. Se questi pannelli sono collegati a un controller MPPT con una potenza di ingresso di 100 V per caricare una batteria da 12 V, per fornire la stessa potenza (o comunque vicina) di 600 W provenienti dai pannelli dopo aver abbassato la tensione di carica per adattarsi alla batteria, il controller deve aumentare la corrente da 9 amp a circa: 600/12 = 50 amp.

Ricordarti di aggiungere un altro 25% per tenere conto degli sbalzi di tensione nelle giornate fredde e soleggiate, quando è probabile che i pannelli funzionino in modo più efficiente. Perciò, avrai 50 x 1,25 = 62,5 ampere. Quindi la corrente di boost è di circa 63 ampere, il che significa che un controller da 70 o 80 ampere sarebbe sufficiente. Ricorda sempre che la corrente di boost è ciò su cui si baserà la valutazione degli ampere di un controller MPPT.

Se una persona tentasse di collegare un controller da 10 ampere allo stesso array fotovoltaico e di caricare con esso una batteria da 12 V, è probabile che il controller si brucerebbe prima di finire il caffè mattutino il giorno dopo il completamento dell’installazione. Per trovare la tua corrente di boost, dividi la potenza totale del tuo array fotovoltaico in watt per la tensione della tua batteria (o banco batterie), dopodiché moltiplicala per 1,25 per aumentare il risultato del 25%.