Qual è la corrente massima di ricarica di una batteria solare?
Le celle solari sono una soluzione molto popolare per fornire energia verde a basso costo. Sono utili in applicazioni in cui non è disponibile l’alimentazione di linea CA standard o in cui la rete elettrica è intermittente e inaffidabile nelle aree rurali come parti dell’India e altri paesi in via di sviluppo. Un sistema tipico potrebbe essere progettato per utilizzare una cella solare per caricare una batteria durante le ore diurne e quindi consentire alla batteria di alimentare l’applicazione finale come una lanterna a energia solare durante la notte o in condizioni nuvolose.
Regole pratiche per la ricarica di una batteria con il fotovoltaico
Una regola pratica per le batterie al gel e AGM stabilisce che la corrente di carica minima dovrebbe essere compresa tra il 15 e il 25% della capacità della batteria. Durante la ricarica, di solito si continua a fornire alimentazione ai dispositivi collegati e questo consumo di energia dovrebbe essere aggiunto al 15-25%.
Ciò significa che un banco batterie da 400 Ah e un carico collegato di dieci ampere richiedono una capacità del caricabatteria compresa tra 70 e 90 ampere per caricare la batteria in un tempo ragionevole.
La corrente di carica massima è del 50 % per una batteria al gel e del 30 % per una batteria AGM. Le batterie agli ioni di litio possono essere soggette a correnti di carica molto più elevate.
Tuttavia, per massimizzare la durata della batteria agli ioni di litio, si consiglia una corrente di carica massima del 30 % della capacità. Per una batteria da 180 Ah, ad esempio, ciò significa una corrente di carica massima di 60 ampere.
Quanto tempo ci vuole per caricare le batterie dai pannelli solari?
Utilizzando semplici formule matematiche, creiamo una semplice guida che ti aiuterà a calcolare il tempo di ricarica delle tue batterie utilizzando i pannelli solari. Nel nostro esempio consideriamo l’efficienza di un caricabatteria con controller MPPT che è più efficiente rispetto ai caricatori PWM.
Se si utilizza un controller MPPT, l’efficienza massima che si può ottenere è del 90%. Quindi con 355 watt di pannelli solari e 5 ore di sole la maggior parte dell’energia che puoi generare =
Watt x ore x .90 = 355 watt x 5 ore x .90 = 1597 wattora.
Per avere un’idea approssimativa delle batterie, prendi la batteria Voltaggio x Ampere = Wattora. Quindi 12 volt x 250 Ah = 3000 wattora e hai 2 batterie quindi 6000 wattora di capacità di riserva. Ormai hai tutto quello che devi sapere. Tutto quello che devi fare è calcolare i watt rimasti con il tempo in ore.
Quindi, se le tue batterie hanno una carica del 50%, devi sostituire 3000 wattora. I tuoi pannelli possono generare 1597 Wh con un giorno di 5 ore di sole o 1597 Wh / 5 ore = 319 watt. Quindi calcola le ore del sole 3000 wh / 319 watt = 9 ore. La formula è w = wh/h, che significa h = wh/ w e wh = w x h.
Supponiamo che tu abbia il seguente sistema di energia solare:
- Batteria al piombo acido da 48 volt, 200 Ah scarica al 50%
- Pannello solare da 960 watt
- Regolatore di carica PWM.
Ecco un modo semplificato per stimare quanto tempo impiegherebbe il pannello solare per caricare la batteria:
- Dividere la potenza del pannello solare per la tensione della batteria per stimare la massima corrente di carica prodotta dal regolatore di carica solare:
960 W/48 V = 20 A
- Moltiplicare la corrente per le perdite di sistema basate su regole pratiche (20%) e l’efficienza del controller di carica (PWM: 75%; MPPT: 95%):
20A * (1 – 15%) * 95% = 16A
- Moltiplicare la capacità della batteria per 1 diviso per l’efficienza di carica della batteria regolata (piombo acido: 85%; litio: 95%):
200 Ah * (1 / 85%) = 235 Ah
- Dividi la capacità della batteria per la corrente per stimare il tempo necessario per caricare l’intera batteria:
235Ah / 16A = 14 ore
- Moltiplicare il tempo di carica per la profondità di scarica della batteria per stimare quanto tempo ci vorrebbe per caricare la batteria al suo livello attuale:
14 ore * 50% della profondità di scarica = 7 ore
- Aggiungere 2 ore per tenere conto della fase di carica ad assorbimento della maggior parte dei regolatori di carica:
7 ore + 2 ore = 9 ore
Quindi, in questo esempio, ci vorrebbero circa 9 ore per caricare una batteria da 48 volt con un pannello solare da 960 watt.
La ricarica in modo efficiente di una batteria solare
L’uso di circuiti di ricarica estremamente semplici ed economici per collegare la cella solare alla batteria non converte in modo efficiente l’energia solare in energia utilizzabile e può danneggiare la batteria a causa di condizioni di carica eccessiva e insufficiente.
Un sistema di ricarica ben progettato dovrebbe massimizzare l’energia delle celle solari per ridurre al minimo sia le dimensioni che il costo delle celle solari. Dovrebbe anche fornire un circuito di protezione della batteria per garantire che la batteria venga utilizzata solo entro i limiti consigliati. Ciò garantisce la massima durata della batteria e protegge da possibili incendi o esplosioni della batteria.
La tensione più alta della cella solare si verifica con un circuito aperto. Non viene erogata alimentazione in questa condizione operativa. La corrente più alta si verifica con un cortocircuito, ma non viene fornita alimentazione nemmeno in questa condizione operativa. Ciò implica che la cella solare deve avere un punto di massima potenza (MPP) da qualche parte tra queste due condizioni.
Concettualmente, è abbastanza facile operare a questo punto semplicemente progettando il carico della cella solare per consumare qualsiasi quantità di corrente fino alla corrente del punto MPP della cella solare, ma non di più.
Per un caricabatteria standard agli ioni di litio (Li-Ion) funzionante in modalità di carica a corrente costante, spesso chiamata ricarica rapida, il caricabatteria fornisce una corrente costante alla batteria, indipendentemente dalla tensione della batteria.
Funziona bene con una fonte di alimentazione standard per il sistema perché queste fonti sono in genere ben regolate e la loro capacità di corrente supera quella necessaria al caricabatterie.
Le caratteristiche operative di una cella solare rappresentano una sfida nelle applicazioni di ricarica della batteria. Il funzionamento a una corrente troppo bassa non utilizza in modo efficiente la capacità di alimentazione della cella solare.
Il funzionamento a una corrente troppo alta fa sì che la tensione della cella solare scenda troppo in basso per essere utilizzabile. Considera tre diversi punti operativi in modalità di ricarica rapida.
Il primo punto operativo è definito in cui il carico assorbe meno corrente rispetto all’IMPP della cella solare. Questo punto operativo assicura che la tensione della cella solare non scenda troppo in basso, ma non estragga la massima potenza disponibile dalla cella solare.
Se il carico del sistema richiede solo una corrente inferiore all’IMPP della cella solare, il funzionamento a questo punto non presenta inconvenienti. Tuttavia, se l’utente imposta artificialmente la corrente massima disponibile inferiore a IMPP, l’energia della cella solare non viene utilizzata completamente e il sistema impiega più tempo del necessario per caricare la batteria.
Il pieno utilizzo della capacità di alimentazione delle celle solari, il mantenimento di tensioni di carica della batteria sicure e le temperature di carica ammissibili qualificanti sono parametri di progettazione importanti in un’applicazione di ricarica solare. I circuiti di carica discreti e semplici non forniscono la funzionalità richiesta per soddisfare questi requisiti di progettazione.
I progettisti dovrebbero rivolgersi a circuiti integrati progettati specificamente per questo tipo di applicazione. Il loro circuito di tracciamento del punto di massima potenza riduce i requisiti di dimensione delle celle solari e il tempo di ricarica della batteria, mentre il circuito di sicurezza integrato mantiene la durata della batteria e garantisce la sicurezza del sistema.
