Cómo funciona el regulador solar MPPT

A diferencia del Cómo funciona el regulador de carga solar PWM donde solamente necesitamos conocer la corriente de carga Imp del conjunto de paneles solares para seleccionar el regulador. Para el cálculo de un regulador solar MPPT necesitamos conocer mucha más información.

Calcular regulador solar MPPT necesario

Punto 1. Concepto de funcionamiento del regulador solar MPPT

El regulador solar MPPT es capaz de separar la tensión de funcionamiento de los paneles solares de la tensión de la batería. De esta forma el seguidor del punto de máxima potencia (MPPT) podrá situar la tensión de trabajo del conjunto de paneles solares en la óptima para obtener la máxima producción posible.

Los paneles solares de 12V están compuestos por 36 células conectadas en serie y su punto de máxima potencia es a una tensión de trabajo Vmp de 18V aprox.
Los placas solares de 24V están compuestos por 72 células conectadas en serie y su punto de máxima potencia es a una tensión de trabajo Vmp de 37V aprox.
Los paneles solares de 60 células conectadas en serie tienen su punto de máxima potencia a una tensión de trabajo Vmp de 30V aprox.

En un regulador solar PMW cuando un panel solar de 12V se conecta a una batería de 12V, la tensión de trabajo del conjunto la marcará la batería. Esta tensión de batería variará desde los 12V cuando esté descargada, hasta los 14,4V durante la fase de carga. Por lo tanto, el panel solar trabajará normalmente fuera de los 18V donde obtiene el máximo rendimiento.

En cambio con el regulador solar MPPT, siempre que la tensión de los paneles solares sea al menos 2v superior a la de la batería, el seguidor del punto de máxima potencia buscará continuamente la tensión donde el panel solar produce más energía y luego transformará esta energía mediante un convertidor DC/DC a la tensión necesaria para cargar la batería.

Punto 2. Datos que debemos conocer

del regulador solar MPPT:

Máxima corriente de carga. Suele venir expresada en el propio nombre del regulador solar. También se puede consultar en la ficha de características técnicas del fabricante.
La máxima tensión máxima de circuito abierto FV permitida (Vccmáx). Puede consultarse en la ficha de características técnicas proporcionada por el fabricante.

de los paneles solares:

Potencia del panel solar. Viene expresada en el nombre del panel
Vmp. Tensión a la que trabaja el panel solar cuando está funcionando.
Voc. Es la máxima tensión que puede alcanzar el panel cuando no hay paso de corriente.
Máxima variación de Voc respecto a la temperatura. La tensión de un panel solar puede llegar a incrementarse hasta unos 3V con temperaturas muy frías (-10ºC)

de la instalación solar:

La potencia total de los paneles solares. Será la potencia de cada panel solar multiplicado por el número total de paneles solares.
La tensión de funcionamiento del sistema solar. Es la tensión de la batería solar y del inversor, pudiendo ser 12V, 24V o 48V.

Punto 3. Limitaciones de configuración

No se pueden conectar en serie paneles solares con diferente número de células solares
Las cadenas de paneles solares deben ser de igual longitud. No podemos tener en paralelo una cadena de 2 paneles solares con una de 3 paneles, por ejemplo.
La tensión del grupo de paneles solares debe ser al menos 2V superior a la tensión de la batería en todo momento. Debemos tener en cuenta las variaciones de tensión de la batería dependiendo del estado de carga. Ej. baterías de 12V variarán entre 11V y 14,4V, baterías de 24V variarán entre 23V y 28,8V, etc.
No se puede exceder la máxima tensión máxima de circuito abierto FV bajo ninguna circunstancia.
La máxima corriente de carga del regulador solar puede superarse. El regulador MPPT limitará la corriente al máximo permitido. En un regulador solar PMW esta corriente no puede excederse bajo ningún concepto.

Punto 4. Cálculo del regulador solar MPPT

Dividiremos la potencia total de paneles solares por la tensión de la batería para conocer la corriente máxima de carga:
(Ptot / Vbat = Imáx)
MPPT Fórmula

Pongamos por ejemplo un sistema solar con baterías de 24V y 6 paneles solares de 240W de 60 células.

Potencia total instalada: 6 x 240W = 1440Wp

1440Wp / 24V = 60A.

Necesitaremos un regulador solar MPPT de 60 amperios.

Punto 5. Configuración del regulador solar MPPT

Una vez conocemos que necesitamos un regulador de 60 amperios, consultamos la ficha técnica para ver la máxima tensión máxima de circuito abierto FV permitida. Normalmente será 100V o 150V. Esta tensión NO PUEDE sobrepasarse bajo ningún concepto.

Teniendo en cuenta que no podemos poner cadenas con diferente número de paneles solares, 6 paneles solares solamente se podrían configurar en matrices de: 1 x 6, 2 x 3 y de 3 x 2

A). Calculamos la tensión de circuito abierto de cada cadena multiplicando la Voc de cada panel solar por el número de paneles solares en serie: (para nuestro ejemplo los paneles solares tienen Vmp: 30V y Voc: 37V)

Matriz 1 x 6 (1 cadena de 6 paneles en serie)

37V x 6 = 222V. Sobrepasa el valor de tensión máxima de circuito abierto FV permitida. Por lo tanto no se puede configurar esta opción.

Matriz 2 x 3 (2 cadenas de 3 paneles en serie)

37V x 3 = 111V. Puede configurarse si nuestro regulador MPPT tiene Vccmáx: 150V pero no con Vccmáx: 100V

Matriz 3 x 2 (3 cadenas de 2 paneles en serie)

37V x 2 = 74V. Esta combinación, podría utilizarse con reguladores de Vccmáx: 100V y 150V

B). Tendremos en cuenta el posible incremento de Voc respecto la temperatura.

En el ejemplo Voc podría llegar a los 40V, y la tensión de las cadenas sería:

40V x 6 = 240V. No se puede utilizar.

40V x 3 = 120V. Se puede utilizar con Vccmáx: 150V

40V x 2 = 90V. Se puede utilizar con Vccmáx: 100V

Punto 6. Cálculo de los conductores

Para calcular la sección de los cables tendremos en cuenta que la tensión de los paneles solares NO es la tensión de la batería:

Tramos campo fotovoltaico hasta el regulador solar MPPT:

La tensión vendrá determinada por la tensión de la cadena. Número de paneles solares conectados en serie.
La corriente será igual a la corriente de la cadena por el número de cadenas en paralelo

Tramo regulador hasta la batería solar:

La tensión será la tensión de la batería
La corriente de carga es igual a la potencia instalada dividida por la tensión de la batería (Icar = Ptot / Vbat)

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