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Boletin de HMSistemas

Paneles de 24V nominales

Pongamos el caso ( real como la vida misma y comprobado ) que alguien intenta hacer funcionar una instalación fotovoltaica aislada de 24V con paneles de 24V. Puede parecer que la cosa cuadra en un principio, pero si entramos ( que lo haremos ) en detalle en las especificaciones eléctricas de estos módulos llegamos a la conclusión de que al usuario le han vendido algo inútil y que el vendedor a quedado como lo mismo.

No dudo que sea para muchos fácil caer en el error arriba mencionado, ingenieros incluidos, no acostumbrados a lidiar con estos temas aunque necesitan pocas explicaciones para enmendarse para siempre.

Vamos al lío.

El panel será de 24V, a saber cuales, porque nominal ,lo que se dice nominal no lo es.

Puede ser que su Vmpp ronde los 24V y su Voc ( open circuit ) se nos suba hasta los 33V, pero seamos serios,este panel no podrá jamás cargar una batería a 24V al no alcanzar una diferencia de potencial suficiente para el proceso químico de carga y suelen tener 50, 54 o 60 células solares en serie en caso de los cristalinos.

Como claro ejemplo de este caso tenemos el Mitsubishi Electric PV-TD180MF5 con las siguientes características eléctricas:

Número de células ......................50 en serie

Potencia máxima ..........................180W

Tensión en vacío .........................30,4V

Corriente de cortocircuito .............8,03A

Tensión MPP ...............................24,2V

Corriente MPP ..............................7,45A

Panel destinado claramente a instalaciones de venta a red.

Lo que buscamos para una carga óptima es un panel de 24V nominales, y ese cual es ? Preguntar alguno. No hay problema, simplemente hay que buscar unos valores similares a los de este módulo puesto como ejemplo, TAB EX-195 Monocristalino y con las siguientes características eléctricas:

Número de células.......................72 en serie

Potencia máxima ..........................195W

Tensión en vacío .........................45,40V

Corriente de cortocircuito .............5,70A

Tensión MPP................................36,75V

Corriente MPP ..............................5,31V

Con esos 36,75Vcc si que hay incluyendo pérdidas máximas admitidas una diferencia de potencial suficiente para el proceso de carga que según la etapa puede ser de más de 28Vcc y de más de 30Vcc en caso de ecualización.

Aún mas pobre es el caso de querer poner paneles de 24V y aquí da igual que sea nominal o no en un sistema a 12v de acumulación. El resultado es un fiasco en términos de eficiencia ya el regulador está obligado a dejar pasar solo tensiones adecuadas para la carga de hasta y según la etapa de 15Vcc., el resto es descartado de la ecuación de carga.

La solución en este caso pasará por la utilización de un regulador solar inteligente y que discrimina el área de campo solar y el de carga, llamados reguladores maximizadores y conocidos por las siglas MPPT (maximum power point tracker)................pero eso es otra historia que dejaremos para otro boletín de hmsistemas.es

* Tensión de circuito abierto (Voc) y Tensión en vacío es lo mismo, el nombre varía según el fabricante. (gracias por el aviso 6volts)

Si tiene cualquier duda sobre este o cualquier otro tema puede escribirnos a tienda@hmsistemas.es


Un MPP qué ?

Se trata de un MPPT "Maximum Power Point Tracking " o seguidor de máxima potencia. Es el salto evolutivo de un regulador PWM normal a un nuevo nivel de eficiencia.

En esencia obtiene la corriente en CC de los paneles,analizando el flujo de energía con su algoritmo interno y adecuando la tensión de entrada óptima para exprimirlos al máximo. Esta corriente es convertida a AC en alta frecuencia para después volver a CC, esta vez con unos parámetros perfectos para la carga de los acumuladores.

A su vez, las características técnicas de los MPPT les confieren la habilidad de usar paneles dedicados a instalaciones de venta a red, con tensiones no-standard para carga directa, e incluso establecer circuitos en serie hasta los 145VCC. Esto a su vez permite reducir la sección de los conductores o aumentar la distancia para una misma sección.

Permite también el mejor aprovechamiento de los paneles ante bancos de batería descargados y de tensión baja, precisamente cuando más hace falta. Así mismo permite aprovechar los momentos de frío, cuando aumenta la tensión dado su amplio rango de entrada.

Pongamos el caso de los Xantrex o los Outback por ser los mas grandes en mercado. Su límite máximo son 150VCC y 145VCC como máximo de servicio. Si se excede lo seguro es que se averíe y como guardan un log del Voc no hay garantía posible....

Si vamos a cargar un banco a 24V podríamos seriar 2 paneles de 12V nominales sin problema, siendo unos 52Voc el máximo a alcanzar incluido un factor de seguridad, hasta los 145VCC hay margen.

Para 4 paneles también hay cabida, alcanzando los 104Voc

Para 5 paneles ya nos acercamos al límite.....130Voc y la eficacia del aparato baja.

Para 6 paneles lo sobrepasamos y ni siquiera en climas moderados se recomienda.

Incluso para su el uso de un MPPT lo mejor son paneles de 12V nominales al representar incrementos menores en la ecuación, permitiendo el ajuste mas exacto a la tensión idónea.

Una versión mas económica de estos productos son los Phocos 100/20 (20A) y Phocos 100/30 (30A), adecuados para sistemas nominales de 12V y 24V, con hasta un 98% de eficacia y un Voc máximo de 95V que da margen mas que suficiente para varias configuraciones de carga con paneles tanto cristalinos como amorfos.

Si tiene cualquier duda sobre este o cualquier otro tema puede escribirnos a tienda@hmsistemas.es


Señal de inversores

En este caso vamos a establecer las diferencias entre los grandes grupos de inversores según la calidad de su señal y por lo tanto de su uso.

Empecemos por los que ofrecen una calidad a veces incluso mejor que la electricidad que disfruta en su casa o piso de la ciudad, los inversores de Onda Pura Senoidal. Bonito palabrejo para definir una función matemática simple y limpia y que gráficamente es esto.

onda pura

Esto es otra cosa, este dibujo lo reconoce todo el mundo, sale en la películas cuando el listo de turno quiere apagar una alarma con un osciloscopio y entre la cresta de cada ola y el eje hay una diferencia de 230, adivina que ..................eso, voltios. Entre dos cimas de la onda hay un espacio que se mide en tiempo y es de 20 milisegundos. Un segundo son 1000 milisegundos, así que 1000/20 son 50 espacios como ese en cada segundo. Estamos ante una señal de 230 voltios y 50 Hz, la de un piso enganchado a red. Si pudiésemos ver a un electrón en un cable estaría avanzando y retrocediendo 50 veces por segundo pero que jamás abandonará su trocito de cable.

Si ponemos el caso de un Victron Multiplus 24/3000/70A vemos que es también cargador de 70A y que puede proporcionar con un banco de baterías a 24Vcc hasta 3000VA (*) de manera continuada y un pico de hasta 6000VA (*) para labores de arranque de motores y diversos consumos.

Es el turno de los inversores de Onda Modificada. Sea trata de aparatos de electrónica mucho mas barata y que imitan la señal entregado por los senoidales, nunca alcanzando niveles equivalente en calidad o en consumo. Gráficamente es como hacer una linea curva siguiendo las rectas que hay en un cuaderno cuadriculado quedando algo así.

onda modificada

Se puede apreciar que las puntas no están tan separadas respecto al eje, eso le confiere un tensión menor necesitando mas A para una misma potencia a entregar. Resultado, un mayor consumo de Ah de nuestra preciada reserva en las baterías. Prácticamente todo que no sea una resistencia pura como un soldador de estaño consumirá mas energía si es alimentado con un aparato así, incluso una luz de bajo consumo tipo CFL puede consumir la mitad mas debido al mismo motivo. Si nos vamos a motores el pico de arranque aumenta sobremanera, hay que añadir un incremento en la temperatura de operación y un descenso en la eficacia del sistema.

Si era poco hay que contar con que cada aparato y fabricante tiene una onda diferente, por lo que predecir la reacción de muchos aparatos ante esta fuente de energía es a veces una verdadera incógnita. Hay unidades que crean una raya en los aparatos de televisión o ruido de fondo en radios, los relojes digitales puede retrasarse y otros circuitos electrónicos directamente averiarse.

En HMSistemas.es no tenemos aparatos de onda modificada.

(*) VA, No es lo mismo que W, pero eso es otra historia que dejaremos para otro boletín de hmsistemas.es

Si tiene cualquier duda sobre este o cualquier otro tema puede escribirnos a tienda@hmsistemas.es


Cuántos vatios da mi panel?

Respuesta corta:.....depende.....Respuesta larga: vamos a por ella.

Vamos a poner como ejemplo unos de los paneles que tenemos por aquí, TAB EX-140 Monocristalino aunque se puede extrapolar esta información a cualquier panel funcionando con un regulador PWM. Sus características eléctricas son las siguientes:

Tensión nominal (Vn) 12 Vcc

Potencia máxima (Vmax) 140 Wp (±5%)

Corriente de cortocircuito (Isc) 8,67 A

Tensión de circuito abierto (Voc) 21,8 V

Corriente de máxima potencia (Imax) 7,60 A

Tensión de máxima potencia (Vmax) 18,42 V

Si multiplicamos su Vmax 18,42V por su Imax 7,60A nos da la cifra mágica de 140W, a conseguir en el idóneo caso de Condiciones Estándar de Medida (CEM): Tª = 25ºC AM = 1,5 y con 1.000 W/m2. Es decir raramente. Y de aquí para abajo.

En la realidad si hay que recargar una batería que necesita 12,5V hay que multiplicar 12,5V por 7,60A, resultando un total de 95W!!! Abracadabra! se han esfumado 45W!! ¿Pero donde están? La realidad es que no existen, no se han generado, ya que el panel se adapta a la tensión de la batería. Solo funcionan a un ritmo y es el que imponen los acumuladores. Los paneles se fabrican para que funcionen en el peor de los casos, siendo puntos a restar las perdidas por cableado, temperatura ( que baja la tensión ), nubes, suciedad, entre otras, de manera que siempre lleguen 14,5V - 15V al regulador y a los bornes de las baterías.

Pero que timo! tanto vatio por aquí y por allá y luego nada de nada!!!!

Siento la sorpresa ,pero es así como funciona...Ahora echemos sal en la herida

Cuanto mas bajas están las baterías mas drástica es la bajada de potencia de los paneles, precisamente cuanto mas falta hacen,...esto da que pensar,..... es la pescadilla que se muerde la cola. Tiene que haber una forma de romper el circulo vicioso sin tener que esperar a oscuras a que recuperen tensión.

Si el problema es que tanto los paneles y las baterías están en el mismo circuito....separemoslos!, claro! con dos circuitos independientes los paneles funcionarían sin el freno de quedarse en los 13V que necesitan los acumuladores. Y para eso necesitamos un MPPT, mas caro que un regulador PWM normal pero con el que sacamos vatios casi de debajo de las piedras.

Ejemplo de estos reguladores PWM serie profesional de Phocos son estos, con pantalla CXN10, CXN20 y CX40 con posibilidad de conexión a PC para un control absoluto de la parámetros de nuestro sistema fotovoltaico, y con leds SOLARA SR 135 TL , CM04.

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EVA, de amarillo a castaño oscuro.

Últimamente están apareciendo muchas consultas y dudas por el foro de solarweb en lo referente a módulos solares que incluso en su primer año de instalación ya presentan un tono amarillento.

Con este artículo pretendo explicar muy por encima el porque de este cambio y que se puede esperar de un proceso que se conoce desde los años 80 en el sector de la fotovoltaica.

El EVA o ethylene vinyl acetate es un copolímero presente en los módulos solares y es el encargado del encapsulado hermético de las células en la estructura del propio módulo, digamos como un pegamento. En la siguiente imagen de Wikipedia pueden observar su estructura molecular

EVA Wikipedia

Químicamente el proceso de degradación está afectado por diferentes variables en su creación ( peróxidos,oxígeno,incluso el tiempo de curado ..), por lo que la evolución de un EVA no tiene porque se idéntico a otro con distinta formulación.

Sin entrar en la interactuación de la radiación ultravioleta con las uniones de los polímeros, que sería extremadamente divertido.......se puede asegurar que los efectos fototérmicos de la exposición del EVA a los agentes atmosféricos dan como resultado su degradación en ,entre otros compuestos también muy divertidos, ácido acético (vinagre en román paladino) que se convierte en un acelerador del proceso, por lo que cabe esperar que el daño a la estructura del EVA aumente de manera no lineal.

La perdida de potencia es segura, si bien lo que baja es la corriente, permaneciendo los valores de tensión casi idénticos. Para tonos amarillos puede rondar el 10% de pérdidas ,pero si el tono cambia a marrón oscuro se pueden esperar de hasta un 50%. Otros posibles efectos colaterales serían deslaminación, perdida de estanquidad, burbujas internas,corrosión de contactos, exposición de células y buses a la intemperie...

Se puede observar en las siguientes imagenes casos de degradación EVA en paneles antiguos de células redondas y con decenios bajo el sol. Lo que en estos casos es normal, en paneles modernos es inaceptable que estén así en un lustro.

EVA color marron

EVA color marron

Las nuevas formulaciones de EVA parecen mas resistentes al rango de los 300 a los 400 nanometros de UV, siendo además más fáciles de añadir en la fabricación de los paneles, por contra, como todo en este mundo van a resultar mas caras que los actuales.

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C100

Esta vez vamos a tratar de comprender el porque de ciertas nomenclaturas respecto a la capacidad de diversas baterías y acumuladores.

La capacidad viene expresada en Ah ( Amperios hora ). 1Ah es 1A durante una hora. Si tiene algo que funciona con 15A durante una hora habrá consumido 15Ah, si está funcionando durante 2 horas y media habrá consumido 2,5hx15A=37.5Ah

Cuanto mas intensa es la descarga de una batería menos energía es capaz de darnos.

La explicación la encontramos en el Efecto Peukert, íntimamente relacionado con la resistencia interna de la batería. Cuando la resistencia es mayor peor se comporta el acumulador tanto en carga como en descarga, así en procesos suaves la resistencia interna baja y la capacidad de extraer energía en Ah aumenta.

Pongamos el caso de unos vasos de TAB 6 OPzS 600:

C10............600Ah

C100...........900Ah

Si ponemos ese vaso en un descarga hasta llegar a 1,75v en unas diez horas podremos sacar 600Ah incluidos aprox. un 20% de remanente que nunca se usa. Si bajamos hasta los 1,75v en cien horas la descarga será mas suave y la capacidad se alarga hasta los 900Ah.

Para el vaso anterior obtenemos un exponente de Peukert de 1,21 un valor muy común en vasos estacionarios.

No todas tienen un ratio 600-900, y para cada modelo hay un exponente de Peukert. En el caso perfecto de que fuese de valor 1 la batería en cuestión tendría los mismo Ah para cualquier valor de C. Evidentemente ninguna tiene valor 1, y cuanto mas cercano a este, mejor.

Si una batería fuese un coche y midiésemos cuantos kilómetros somos capaces de recorrer con el mismo combustible en seguida nos daríamos cuenta que llegamos mas lejos en quinta y a bajas vueltas que a altas revoluciones y con acelerones.

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¿Donde enchufo el inversor?


Lo repetiremos hasta la saciedad si hace falta. Por el foro de solarweb siempre aparece alguien con esta duda o con problemas de desconexión de la carga.


¿Donde enchufo el inversor? o ...cuando enchufo el frigo al inversor me salta el regulador


EL INVERSOR SIEMPRE DIRECTO A LOS BORNES DE BATERÍA


Conexión correcta del inversor a la batería

Pongamos el caso que tenemos un Inversor Victron 12v1600w , a pleno funcionamiento su corriente es de 1600/12= 133.33A y si tenemos un regulador de 40A o incluso de 60A es del todo normal que corte el suministro o incluso salten sus protecciones. Y estamos considerando su potencia nominal sin tener en cuenta picos de arranque que podrían ser de 250A!!!

Es por esto que los inversores se conectan directamente a los bornes de batería, por muy gama baja que sea el inversor tienen cierta protección ante descargas de batería (LVD).

Un caso excepcional sería por ejemplo el uso de un inversor muy pequeño y un regulador bastante grande con funciones extraordinarias del control LVD, como el Phocos CXN40 que al tener 5 niveles diferentes de LVD permite descargas muy precisas del acumulador.

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Etapas de carga en baterias


Las etapas de carga de baterías con un regulador solar suelen ser al menos tres.



Etapas de carga de bateria

1) Bulk,(carga en bruto)en esta etapa el regulador prácticamente no hace nada, a los acumuladores llega la corriente a intensidad máxima en cada momento. Al llegar al 80-90% de carga de la batería pasa a la siguiente etapa. Normalmente entre 14.4v y 14.6v. De no disponer un regulador entre el panel y el acumulador la fase bulk sería permanente y la tensión-intensidad proveniente de los módulos solares podría destruir la batería por sobrecarga.

2) Absorción, la tensión permanece constante al nivel que en la fase anterior hasta que lentamente se completa la carga. La intensidad baja progresivamente.

3) Flotación, la tensión baja hasta unos 13,7v y a intensidad muy baja para compensar la autodescarga.

Ciertos fabricantes engloban en una la etapa bulk y la de absorción. A efectos de carga es lo mismo.

Los cargadores de baterías de automoción erroneamente usados por algunos solo hacen la primera etapa.

Como etapa extraordinaria existe la llamada de (4) Ecualización (o Gaseo). La tensión se establece en unos 15v y con una intensidad reducida se provoca que el electrolito burbujee. El ascenso del gas dentro del ácido lo remueve evitando así que en la parte inferior haya una densidad mayor, evitando la sulfatación de las placas y que la mezcla sea mas homogenea. El controlador lanzará esta etapa cada 30 días aproximadamente. Si se puede hacer a mano conviene ejecutarla si se detecta disparidad de valores en la densidad del electrolito.

En baterías de gel y AGM no hay electrolito líquido. No es necesario ecualizar, es mas, las dañaría irremediablemente.


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Que es el HyperVOC


HyperVOC es una característica única del Classic.

HyperVOC se refiere a cuando el voltaje de entrada se eleva por encima del voltaje de máximo de funcionamiento (150V, 200V, 250V, dependiendo del modelo del Classic). HyperVOC le da la flexibilidad de ir hasta el voltaje máximo de funcionamiento más el voltaje nominal de la batería. Por ejemplo, El Classic 150 tiene un voltaje de funcionamiento de entrada de 150 voltios, si El Classic 150 está conectado a un banco de baterías de 48 voltios, el límite de voltaje HyperVOC será: 150V + 48V un total de 198 voltios que el Classic puede soportar sin dañar la unidad.

Cuando el voltaje de entrada Classic se eleva por encima de 150 voltios el regulador se apagará (No cargara las baterías). Mientras El Classic está en el modo HyperVOC, el microprocesador y todas las otras funciones como AUX se continuarán ejecutando. Cuando el voltaje de entrada vuelve a bajar por debajo de 150V (o el voltaje de funcionamiento del Classic, según el modelo) El Classic se despertará y empezar a cargar automáticamente. Esto podría ocurrir en una mañana muy fría con un sistema que tiene un voltaje de circuito abierto (Voc) cerca del voltaje de funcionamiento máximo de entrada. Nota 1. Un mensaje HyperVOC se mostrará en la parte inferior derecha de la pantalla de estado. Nota 2. Voltaje máximo nominal de batería que se añade es 48v

HyperVOC puede ser útil para superar la deficiencia en la industria para cargar 48 voltios con celdas estándar. Por ejemplo, tomemos un sistema con Solar World 165 la cual tiene un VOC de 44.1vdc. La industria nos ha limitado a dos de estos paneles en serie por lo que es difícil de cargar una batería de 48 V CC en los días calurosos de verano. Con el Classic han diseñado el Hyper VOC para le permite poner tres de estos paneles en serie. 3 paneles de 44.1VCC le darán un total de VOC de 132.3VCC. Cuando la temperatura es compensada para climas fríos al 125% le da 165VCC. Esto está por encima de los límites máximos de seguridad para la mayoría de los controladores, pero está bien en el rango Hyper COV del Classic. Tenemos que utilizar la tecnología Hyper VOC con sabiduría si se abusa el controlador nunca se despertará en un clima más frío.

Lo que otros reguladores MPPT tipo FM de Outback, Morningstar o Xantrex es un límite de 150V absoluto, recomendado por el fabricante ni siquiera acercarse es una barrera superada por el MPPT de Midnite, en su versión Classic y Classic Lite.

Regulador MPPT Midnite Classic Lite 150

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