¿Para qué sirve un regulador de carga solar?

Entender las funciones básicas de un regulador de carga solar.

Regulador solar programable LCD de 30A/12V

Un panel solar es un cargador de baterías, si se usa para una instalación aislada o autónoma de 12 ó 24 voltios. Pero al estar alimentado por una fuente de energía variable como el Sol, su comportamiento no es lo bastante estable como para ser apto por sí solo como cargador fiable y eficiente.  Para cargar una batería es muy importante que la corriente le llegue en su medida justa y con un voltaje correcto. Una batería feliz y sana es una batería correctamente cargada.  

Pero un conjunto de factores atmosféricos y físicos son las causas de una corriente y una tensión de salida variable en un panel solar, nada bueno para un proceso de carga que debería ser óptimo siguiendo las necesidades de la batería a cargar. Un regulador de carga estabiliza y optimiza estos valores para asegurar una carga sin problemas y con la máxima eficiencia. Un panel solar no ofrece directamente una corriente ni un voltaje útil, es como un diamante en bruto que hay que pulir. 

Hay que tener en cuenta, para entender de qué se trata, de que los valores eléctricos que se denominan 'nominales' en el rendimiento de un panel solar, se rigen por unos parámetros atmosféricos estandarizados a nivel internacional. Así, un módulo solar policristalino como el Kyocera KD140GH2YU  tiene una corriente nominal de 7,91 A y un voltaje nominal de 17,7 V. ¿Eso qué significa? Pues que dicha corriente y tensión la tiene con una irradiación solar teórica de 1000 vatios por metro cuadrado y una temperatura del propio panel de 25 ºC.  Es un caso de laboratorio, ideal.  

Eso también quiere decir que raramente tenemos estos valores y en realidad nuestro panel solar, sea cual sea, va a entregarnos hasta un 20% menos, porque estando a 55 ºC, cosa fácil cuando le da el Sol de lleno, ya rinde un 15% menos, sin tener en cuenta las pérdidas en el resto de la instalación. 

A lo largo del día tanto la irradiación variable como la subida y baja de la temperatura harán que tanto el voltaje como la corriente no sean estables, eso sin considerar factores como la nubosidad.   Es verdad que la corriente aumenta con el calor, pero la tensión del panel baja de tal manera que finalmente el rendimiento es menor. 

Rendimiento = vatios = voltios x amperios.  

Las fluctuaciones tanto de la irradiación solar  a lo largo del día, debido al ángulo respecto a las células solares como la presencia de nubes y brumas, así como de la temperatura de ambiente y la temperatura propia del panel solar, que se va calentando durante la jornada, hacen que la corriente y el voltaje del mismo sean incluso peligrosas para una batería, sobre todo porque el panel solar no detecta por sí mismo si la batería está vacía o llena. Tanta montaña rusa solar debe ser encauzada para ser útil. 

Así que por estos motivos un regulador o controlador de carga solar es el complemento imprescindible en nuestra instalación fotovoltaica autónoma. Ahora bien, ¿qué regulador debemos elegir y por qué? Para responder a esto, debemos primero saber qué misiones cumple un regulador de carga:

¿Qué hace un regulador de carga?

1. Ajusta la tensión de entrada a la batería procedente del panel solar a un voltaje ideal.

2. Regula la corriente de carga al punto de cortarla cuando la batería está cargada.

3. Evita que la batería se pueda descargar por la noche en el panel solar, al invertirse el voltaje (batería a 12V y panel a 0 V)

4. Muchos modelos pueden alimentar y controlar aparatos a 12 voltios, evitando la necesidad de instalar una protección de descarga. El regulador lleva integrado un sistema de control de carga, cortando los consumos cuando la batería se acerca a un voltaje crítico a la baja (10,5-11,0 V). 

En resumen, como su propio nombre indica, regula lo que en la fuente es irregular.  Lo que regula es el voltaje (V) y la corriente de carga (A) que sale de nuestro panel solar. Por lo tanto es un protector tanto de la batería como del panel solar. 

Tipos de regulador solar. 

Básicamente existen dos tipos, los llamados reguladores por modulación de amplitud de pulsos, PWM y los MPPT o de seguimiento del punto máximo de rendimiento del sistema solar. Para el 90% de los usos los reguladores PWM (Pulse Width Modulation) son más que suficientes y son mucho más económicos.  Regulan la carga en dos etapas, bajando la tensión un poco en la etapa final. Un regulador MPPT (Maximum Power Point Tracking) que cuesta entre 300 y 700 euros tiene realmente sentido cuando contamos con una instalación relativamente potente y con placas monocristalinas con seguimiento solar, ya que entonces se rentabiliza la inversión. 

Regulador de carga MPPT de 40A.

ELEGIR UN REGULADOR DE CARGA:

Para saber qué regulador nos interesa, debemos saber primero la corriente de nuestros sistema solar, es decir los amperios.  Si nuestras placas solares suman, por ejemplo, 25 A, nos conviene un regulador de al menos 30 A, para no ir al límite. La segunda pregunta es si tenemos consumos a 12V. En tal caso necesitamos un regulador con salida para dichos consumos. Nuevamente nos debemos plantear cuántos amperios de consumo vamos a conectar y así dimensionar el regulador correctamente. 

Los reguladores suelen tener casi todos este tipo de prestaciones, es decir cuentan con dos conexiones para el panel solar, dos para la batería y dos para los consumos directos a 12 o 24 V. 

Las seis entradas de un regulador de carga solar.

Algunos reguladores permiten, además, ser programados, es decir que se pueden programar diferentes puntos de corte de carga para optimizarla. Otros reguladores llevan valores de fábrica suficientes para cualquier instalación normal. Si los valores de corte (voltios) y arranque de fábrica del regulador no son los que me interesan, debo comprar uno que sea programable. Esto puede ser por el tipo de batería que tenga, ya que una batería AGM tiene un punto de corte diferente para la carga que otra de AcPb normal. 

En cuanto a la información que un regulador de carga puede ofrecer sobre la marcha del proceso de carga, los que llevan pantalla LCD muestran datos como los voltajes y la corriente, entre otros. Para una instalación sencilla basta con unos leds de color verde y rojo, que nos dicen si va todo bien o no. 

Regulador de carga con leds. 

Guirnaldas de led con placa solar para tu jardín.

Guirnalda solar de 48 leds blancos exteriores. 

Tanto en verano, cuando nos gusta disfrutar del relajante ambiente de nuestro jardín o terraza, como en invierno, ahora que se acercan las fiestas navideñas, una guirnalda de led es el toque final perfecto para crear una atmósfera festiva y amable. 

Guirnalda de colores de 200 leds. 

El problema con las instalaciones de luces en el exterior es el cableado. Hay que tener una pre-instalación eléctrica apta para funcionar a la intemperie o llevar un cable desde dentro de nuestra casa al jardín, lo cuál nunca es buena solución. 

Guirnalda solar de colores para jardín. 

Al rescate de este inconveniente viene la energía solar. Con diodos de bajo voltaje esta fuente de energía es ideal, ya que nos ahorra gastos y complicaciones. Una placa solar que lleva en su interior unas pilas recargables, suministra la energía suficiente para que los leds se enciendan automáticamente toda la noche. 

Guirnalda blanca de 200 leds. 

La instalación se realiza en pocos minutos, ya que el panel solar solo debe clavarse en el suelo o sujetarse a un poste o valla. Y ya sólo nos queda disfrutar de una guirnalda de luces ecológicas que alegrarán las noches de verano e invierno, ya que resisten cualquier clima. 

Prestaciones reales y vida útil de una bomba de agua sumergible con escobillas.

Existen en el mercado bombas de agua sumergibles de 12 y 24 voltios muy compactas y prácticas para darnos servicios de bombeo ocasionales en nuestro jardín o casa de campo, como trasvase de agua entre depósitos o elevar agua de un pozo, para regar nuestras plantas o hortalizas, por ejemplo. Su principal atractivo reside en el tamaño tan pequeño y su precio, y que trabajan a baja tensión (se conectan a una batería de 12 voltios o un panel solar pequeño de entre 20 y 50W), pero debemos tener en cuenta algunos aspectos sobre su rendimiento real, antes de comprar una bomba de agua y que luego no nos sirva, porque no da el caudal que esperábamos.  

CAUDAL Y ALTURA DE BOMBAS DE AGUA SUMERGIBLES.

En las fichas técnicas TODOS los fabricantes de bombas de agua sumergibles indican dos valores de rendimiento: 

1. el caudal máximo, que se refiere al caudal en vacío, es decir con un desnivel de cero (0) metros, y por otro lado, 

2. la altura o profundidad máxima a la que puede estar la bomba. Así es como se verán anunciadas en las tiendas, siguiendo las indicaciones de los fabricantes, que son técnicamente correctas, pero:

ambos parámetros, caudal y profundidad, son inversamente proporcionales, es decir, a máxima profundidad el caudal es cero (0)! Una bomba de 1,0 BAR de presión tiene un caudal máximo de 1000 litros por hora y puede estar a una altura máxima de 10 metros, pero dicha altura ejerce una presión contraria por gravedad de 1,0 BAR, por lo que técnicamente el caudal es nulo, ya que se compensan ambas presiones. Esto es de aplicación en cualquier modelo y marca de bomba sumergible, por lo que debemos hacer los cálculos correctos antes de la compra. La mitad de la altura máxima teórica nos entrega la mitad del caudal máximo en vacío. 

ES DECIR QUE:

A 5 metros de profundidad, una bomba de agua con 1,0 BAR de presión cuenta con tan solo 0,5 BAR de presión efectiva, es decir que transporta 500 litros de agua por hora, aproximadamente. Según el fabricante, la relación caudal y altura es ligeramente diferente, pero en todos los casos cada metro de desnivel que queremos superar, ejerce 0,1 BAR de presión en contra del caudal, reduciendo una presión de 2,0 BAR a 1,0 BAR a 10 metros de altura o profundidad. 

Y como esquema:

0 metros de desnivel = máximo caudal.

Profundidad 50% = caudal al 50%.

Máxima profundidad = caudal 0.

Bomba de agua sumergible de 1,4BAR.

USO Y VIDA ÚTIL DE UNA BOMBA SUMERGIBLE CON ESCOBILLAS.

Las bombas de agua sumergibles con escobillas son relativamente económicas por tener una vida útil limitada a 500 - 1000 horas. No deben usarse de forma permanente, sino intermitente, es decir unas pocas horas al día. Si esto es lo que vamos a hacer, entonces este tipo de bomba de agua es nuestra opción ideal. Cuando se estropee, al cabo de unos años, simplemente la reemplazamos por otra, ya que la inversión ha sido muy baja y se ha amortizado de sobra. 

Paneles solares adecuados para cargar baterías de 12V.

¿Cómo sé que mi panel solar es el correcto para mi instalación solar de 12 voltios? 

Los llamados sistemas autónomos fotovoltaicos son en el 90% de los casos para 12 voltios en lo que a la batería se refiere, de modo que debemos tener en cuenta una serie importante de valores eléctricos en el resto de los componentes de nuestra flamante instalación solar, componentes que básicamente son el panel solar y el regulador de carga.

Para entender qué hace cada uno de los componentes, podemos comparar el o los paneles solares con un cargador de baterías.  Cuando hablamos de un cargador de baterías, siempre nos referimos a su capacidad en términos de corriente de carga, no en vatios. Es decir, que hablamos de AMPERIOS. 

Debemos hacer exactamente lo mismo con un panel solar, teniendo en cuenta, igual que con un cargador de baterías convencional, el voltaje (V) de la batería que queremos cargar. Si ésta es de 12 voltios, nuestro cargador-panel solar debe a la fuerza ser de un voltaje compatible, es decir de entre 15 y 20V, para que el regulador de carga solar pueda trabajar con esta tensión, inyectándola correctamente en la batería. La diferencia de voltaje entre la batería de 12 voltios y el panel solar es el llamado 'potencial'. Es como un desnivel de agua para que corra una corriente. Si no hay desnivel, no hay potencial y no hay corriente. Si el desnivel es demasiado pronunciado, el agua cae en cascada y es muy difícil aprovecharla bien. Siguiendo este símil, el potencial entre el panel solar y la batería no puede ser excesivo, porque las cosas se complican.  No se puede engañar a la física. Un voltaje demasiado elevado en el panel solar convierte el potencial en peligroso, sobre todo para el regulador de carga, que no puede transformarlo y podría estropearse.  Esto me obliga a buscar un regulador de carga solar especial, de alta gama, con el consiguiente sobrecoste en mi instalación.

¿Por qué no nos lo explicaron bien cuando nos vendieron el panel solar?  Buena pregunta...

Ya lo mencionamos en una entrada reciente: los vendedores de paneles solares tan sólo nos venden VATIOS, o, mejor dicho, tantos euros el vatio, por lo que en la compra dejamos de considerar el aspecto fundamental de los amperios y el voltaje, y muchas veces nos llevamos a casa un enorme panel solar cuya relación vatios-dinero gastado es muy buena, hasta que nos damos cuenta de que el regulador de carga que necesitamos para cargar la batería de 12V cuesta 200 o 300 euros como mínimo. Esto ocurre porque los reguladores de carga 'normales' admiten como máximo 30V en la entrada y nuestro panel tiene 35V ó más... 

¿Qué es lo que ha pasado entonces?  Que nos hemos dejado cegar por los 'caballos' de un módulo solar  cuyos valores técnicos son muy poco adecuados para nuestros sistema de 12V. Además, volviendo a los amperios, que es lo que nos importa a la hora de cargar nuestra batería, al final no hemos ganado nada, lo que se puede entender con claridad en los siguientes ejemplos:

Panel solar 280Wp como el Solon 280.

W=280W

V = 35,2V

A= 7,95A

Panel solar Kyocera 140Wp KD140-GH2YU.

W= 140W

V= 17,7V

A = 7,91A

¡Tenemos dos paneles solares, uno la mitad de grande, y ambos nos dan la misma corriente de carga! ¿Dónde está el problema? En que el panel solar de 280W me exige un regulador de carga especial y especialmente caro, como el Tristar TS-45.  Además, aunque me quiera gastar este dinero, no consigo la misma eficiencia rebajando desde 35 voltios a 12 voltios, que de 18 voltios, que es un potencial correcto y más que suficiente.  Con mi panel de 280 w puedo perder un 20-30% en conversiones, con lo que me quedan tal vez 5-6 A en la salida para cargar. Eso sin hablar de que el panel solar de 280 W ocupa el doble de espacio. En realidad un panel solar de 140 W cuesta alrededor de 300 euros en la actualidad (año 2012, en el 2017 cuesta 200 euros). Comprar el de 280 w por ese dinero, lo cual es posible, no nos aporta ventajas, sino desventajas. No tenemos más corriente de carga, nuestro cargador es de 8A tanto en uno como en el otro modelo.  Viendo de nuevo el ejemplo, entendemos la relación matemática:

Amperios = vatios divididos voltios.

140W / 17,7V(voltaje óptimo para cargar 12V) = 7,91A

280W / 35,2V(voltaje óptimo para conectar en serie y a red de alta tensión) = 7,95A

En definitiva, cada panel solar se fabrica para un fin, pero en España hay un excedente de módulos solares FV grandes para instalaciones de red, que se venden al primero que pase por allí.  Una vez más, se confirma que lo barato nos sale caro, si vemos que nos toca comprar un regulador de carga que cuesta tanto o más que el panel solar, cuando un regulador de carga normal para 12V cuesta entre 20 y 50 euros.