Cosa è un modulo Low Voltage Disconnect?

Il Low Voltage Disconnect (LVD) è un modulo di protezione elettronica allo stato solido al 100% che scollega i carichi dal banco batterie per garantire che venga lasciata energia sufficiente nelle batterie per non scaricarsi del tutto. I dispositivi LVD (Low Voltage Disconnect) proteggono il banco batterie da gravi danni dovuti a scarica eccessiva e carichi sensibili da danni dovuti a sovratensione. Un LVD è dunque un componente essenziale di qualsiasi sistema di alimentazione off-grid remoto non monitorato.

A cosa serve un modulo di disconnessione a bassa tensione (LVD)?

Scaricare le batterie oltre una bassa tensione critica può danneggiare le batterie e/o il carico e richiedere un intervallo di ricarica più lungo. Una disconnessione a bassa tensione impedisce questa condizione. L’LVD contiene un circuito di rilevamento e controllo alloggiato in un case in alluminio compatto, robusto e rivestito in vinile. È installato in linea tra la batteria e il carico.

L’unità monitora continuamente la tensione della batteria e se scende al di sotto di una soglia di tensione preimpostata, il carico viene scollegato automaticamente. Quando le batterie vengono ricaricate oltre un’altra tensione preimpostata, il carico viene ricollegato. i punti di connessione e disconnessione sono normalmente regolabili dall’utente.

Una volta scollegato il carico, la batteria avrà la possibilità di ricaricarsi. A a un certo punto il carico deve essere ricollegato. Il setpoint a cui il carico si ricollega, sebbene di solito venga menzionato poco, è in realtà molto importante per ottenere risultati accettabili per la durata della batteria e per un funzionamento del sistema soddisfacenti per l’utente.

Dal punto di vista dell’utente, il carico dovrebbe essere ricollegato il prima possibile. Se il carico è ricollegato subito dopo la disconnessione, tuttavia, è probabile che le condizioni di carico e il motivo che ha causato la disconnessione esisterà ancora e probabilmente il carico dovrà essere disconnesso di nuovo. Per ridurre al minimo questo ciclo, la riconnessione del carico è generalmente impostata in modo da consentire almeno alcune ore di ricarica prima che il carico venga ricollegato.

Come il setpoint di disconnessione del carico, il setpoint di riconnessione del carico è generalmente specificato come voltaggio; a volte è specificato come “isteresi” o differenza di tensione tra la tensione ricollegare e scollegare la tensione. Il setpoint appropriato dipenderà dalla quantità di carica che deve essere restituita alla batteria prima di ricollegare il carico.

I regolatori di carica necessitano di un LVD?

Alcuni regolatori di carica solare più piccoli includono un circuito LVD. La maggior parte dei controller più grandi richiedono un LVD separato. Tutti gli inverter affidabili hanno una funzione di spegnimento a bassa tensione e quindi un LVD esterno non è raccomandato. Alcune unità completamente programmabili dispongono anche di un circuito di allarme, che può essere utilizzato per il monitoraggio remoto. Alcuni modelli hanno anche una funzione di interruttore remoto molto utile.

In un impianto fotovoltaico, il regolatore di carica regola non solo la carica della batteria, ma in un senso limitato, anche la scarica. Le batterie che vengono utilizzate troppo a fondo invecchiano prematuramente. Decidendo quando la batteria è in uno stato di carica pericolosamente basso, e scollegando il carico a questo punto, il controller regola la scarica e protegge la batteria. Il controller attende quindi che la batteria venga ricaricata a un livello accettabile prima di ricollegare il carico.

Il circuito che scollega e ricollega il carico in questo modo costituisce una funzione di “disconnessione a bassa tensione” o “disconnessione del carico”. Una batteria che viene regolarmente scaricata in profondità tende a guastarsi prima, ovvero dopo meno cicli – rispetto a una batteria con un ciclo meno profondo. La disconnessione del carico ha lo scopo di garantire che lo stato di carica minimo sia sufficientemente alto da garantire una durata ragionevole della batteria.

Sebbene ciò protegga la batteria, ha un costo: la capacità utilizzabile della batteria è molto ridotta, poiché la capacità “sotto” il sezionatore del carico è inaccessibile. Pertanto, per una data quantità di spazio di accumulo utilizzabile, è necessario utilizzare un banco di batterie più grande. Tuttavia, è generalmente più conveniente, in base al ciclo di vita, utilizzare un banco di batterie grande e di lunga durata rispetto a una piccolo pacco batterie che spesso deve essere sostituito.

C’è una buona argomentazione che tutti i controller dovrebbero avere una disconnessione del carico. L’ulteriore costo, approssimativamente tra 15 e 30 euro, è solitamente una parte insignificante del

costo totale del sistema; il vantaggio netto quasi certamente supererà questo valore. Anche in un sistema che è progettato in modo che la probabilità di una scarica profonda sia estremamente bassa, se il carico si disconnette protegge dalla scarica eccessiva derivante da un guasto del modulo o da una cattiva connessione; mentre il rischio di tali eventi è minimo, il costo di sostituzione di un banco di batterie danneggiato dalla scarica eccessiva può essere molto alto.

I vari tipi di Low Voltage Disconnect o LVD

Esistono almeno tre tipi di LVD per proteggere le batterie:

• Un tipo è LVD controllato in tensione. Quando il carico scarica la batteria a una tensione specifica, il controller spegne il carico entro pochi minuti.
• Un altro tipo è LVD controllato da SOC. Il controller considera lo stato di carica della batteria e la corrente di carico per determinare dinamicamente quando spegnere il carico. Il controller impiega in genere circa mezz’ora per spegnere il carico.
• Un terzo tipo è l’LVD di emergenza o protezione da sottotensione. Questo è un LVD ad azione molto rapida solitamente attivato a causa di errori o condizioni di guasto quando la tensione della batteria scende improvvisamente a un livello estremamente basso.

I sistemi di disconnessione del carico (LVD) ad alta affidabilità

Le batterie nei sistemi Low Voltage Disconnect (LVD) ad alta affidabilità generalmente ciclano molto poco: spesso verranno conservate in carica quasi completa per la maggior parte dell’anno, quindi effettuano un ciclo lungo e profondo durante l’inverno.

In questi tipi di impianti, quindi, il ciclo di vita della batteria non ne limita la durata; piuttosto, la batteria invecchia a causa di corrosione, perdita d’acqua e forse solfatazione (la trasformazione del materiale attivo della batteria in cristalli insolubili che limitano la capacità della batteria) durante la lunga e profonda scarica invernale.

Il regolatore di carica influenza la velocità di corrosione e perdita d’acqua solo attraverso il modo in cui carica la batteria, non attraverso la disconnessione del carico. L’entità della solfatazione durante lo scarico invernale dipende principalmente da quanto tempo la batteria rimane parzialmente carica; questo, a sua volta, è una funzione del carico e della quantità di luce solare disponibile.

Il modo appropriato per ridurre la solfatazione in tali sistemi sta nel progettare il sistema per limitare la durata del periodo durante il quale la batteria funziona in stato di carica parziale. Un disconnessione del carico che mantiene la batteria sopra a uno stato di carica relativamente alto potrebbe anche ridurre la solfatazione, ma solo a prezzo di una frequenza e periodi di lunga durata in cui il carico non poteva essere alimentato. Questo è per definizione inaccettabile nei sistemi ad alta affidabilità.