Recebi uma dúvida sobre o controlador de carga para geração de energia solar. Este componente é muito importante em sistemas fora da rede (off-grid).
As funções do controlador de carga
Proteção das baterias
O controlador de carga protege as baterias de sobrecarga e descarga abrupta. Este componente monitora o valor da tensão nos terminais da bateria, ou banco de baterias. Para evitar a sobrecarga, o controlador desconecta os painéis fotovoltaicos do sistema quando a bateria atinge um limite superior de tensão, que depende da bateria. Se a tensão do banco de baterias atingir um limite inferior, determinado pelo modelo da bateria, a saída para as cargas é desconectada. Estas proteções aumentam consideravelmente a vida útil das baterias.
Por que não pode ligar o inversor nos terminais de carga do controlador? As cargas (aparelhos, dispositivos, etc.) alimentadas por corrente alternada podem exigir maior potência do que o controlador pode aguentar, o que pode causar a queima. A saída de carga serve para lâmpadas de LEDs e outras cargas menores que usam corrente contínua de 12 ou 24 V. O inversor também possui um sistema de proteção contra descarga excessiva das baterias, também chamada de proteção contra baixa tensão da bateria.
Gerenciamento da carga da bateria
Alguns controladores possuem um algoritmo para gerenciar o carregamento considerando o perfil de carga do tipo de bateria, para otimizar o carregamento e aumentar a durabilidade.
Proteção contra sobreaquecimento
A temperatura interna do controlador é medida por um sensor. Caso a temperatura chegue a um determinado limite, a corrente nominal do controlador é reduzida gradativamente, ou o controlador desconecta a entrada dos painéis e a saída das cargas até a temperatura cair para um nível aceitável.
Outras proteções
O controlador pode interromper o fluxo de corrente para a bateria e as cargas em caso de sobretensão, para evitar danos. Alguns controladores possuem um sensor de pressão, para detectar possível vazamento de gás. A saída na carga é imediatamente desligada quando há um curto circuito.
Controlador de carga liga/desliga
Este é o mais simples e barato, porém o menos eficiente. Este tipo tem duas chaves, que são transistores MOSFET ou relés, que permitem ou interrompem o fluxo de corrente. Existem duas configurações deste tipo de controlador.
Configuração série
Há uma chave (Switch 1) ligando os painéis fotovoltaicos (PV Panel) e o banco de baterias (Battery). Esta chave abre quando as baterias estão totalmente carregadas e fecha quando a tensão das baterias está abaixo da tensão máxima. Outra chave (Switch 2) abre quando a tensão das baterias chega a um nível mínimo.
Configuração paralelo
Nesta configuração, a chave 1 fica em paralelo com os módulos fotovoltaicos. Para evitar sobrecarga nas baterias, este interruptor fecha, criando um curto-circuito. Esta corrente de curto-circuito é limitada pela corrente máxima do módulo e pela radiação solar, portanto, não haverá danos aos painéis.
Controlador de carga PWM
Caso não saiba o que é PWM (Modulação de Largura de Pulso), clique no link a seguir antes de continuar.
Os interruptores são controlados por pulsos PWM, estes são gerados por circuitos eletrônicos controlados por um microcontrolador. A tensão nas baterias é medida, a informação é transmitida para o microcontrolador, que através de um algoritmo, envia pulsos considerando o perfil de carga dos 3 estágios da bateria.
Controlador de carga MPPT
Este é o mais eficiente, porém o mais caro. MPPT é a abreviatura de Maximum Power Point Tracking (Rastreamento de Máximo Ponto de Potência). É usado um algoritmo para ajustar a tensão e a corrente na saída dos painéis fotovoltaicos, para obter a máxima potência para as baterias e cargas. Também tem chaveamento por PWM.
Este tipo de controlador possui um conversor CC-CC buck, que converte alta tensão em baixa, para carregar a bateria. Sistemas fotovoltaicos com controlador com MPPT produzem 30% mais energia, permitindo usar menos módulos para produzir a energia necessária. Como é mostrado no post “Como painéis solares fotovoltaicos funcionam? (Parte 2)“, a temperatura ambiente e a irradiação solar influenciam no tamanho da curva e consequentemente, na potência máxima que pode ser gerada pelo painel.
