CONTROLADOR DE CARGA - ENERGIA SOLAR

SAIBA MAIS SOBRE ENERGIA SOLAR FOTOVOLTAICA

• Conheça os tipos de Controladores de Carga - MPPT e PWM
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• O que vem no Kit de Energia Solar
• Bateria de Lítio para Energia Solar
• Tudo sobre a Placa Solar Fotovoltaica 

Um controlador de carga (ou regulador de tensão) é um equipamento obrigatório em sistemas de energia solar fotovoltaica que utilizam baterias (Off Grid e/ ou Híbridos). Ele extrai a energia elétrica gerada pelos painéis solares e regula a tensão e a corrente que serão injetadas nas baterias — ou seja, “controla” o carregamento das baterias para preservar sua vida útil, além de evitar sobrecargas e descargas muito profundas que podem danificá-las.

Quando falamos de projetos elétricos em geral, regulador de tensão é um equipamento diferente de um controlador de carga (ou controlador solar) para aplicações específicas não relacionadas com energia solar.

Já dentro do universo de energia solar, os três termos são comumente utilizados para identificar o mesmo equipamento. Isso porque uma das principais funções do controlador de carga é controlar os níveis de tensão aplicados à bateria para que o processo de carga seja otimizado sem sobrecarregá-las.

Por isso, quando falamos de energia solar controlador de carga e regulador de tensão podem ter o mesmo significado. Já o termo “controlador solar” nada mais é que uma referência a qualquer controlador utilizado em projetos de energia solar – e, portanto, também pode ser considerado um sinônimo. por isso o uso do termo de regulador de tensão nessa aplicação.

Saiba mais o que é e como funciona uma bateria solar

Como o próprio nome diz, o controlador de carga controla o processo de carga das baterias de um sistema solar Off Grid ou Híbrido, com a finalidade de evitar a sobrecarga das baterias e otimizar o rendimento do sistema fotovoltaico.

O controlador de carga é necessário já que a corrente gerada durante o funcionamento dos painéis varia de acordo com a luz incidente (há diversas situações que fazem com que a corrente e a tensão variem muito, como existência de nuvens, sombreamento, dias nublados e outras interferências, etc.)

É necessário, então, que haja um controlador de carga) para regular essa energia dos painéis (que possui valores variados) e enviá-la às baterias de forma controlada. Além de proteger a bateria (evitando sobrecarga e aumentando sua vida útil), esse processo garante que o aproveitamento da energia gerada seja maximizado, garantindo uma melhor performance do sistema solar como um todo.

Há dúvidas se controlador de descarga e controlador de carga e descarga são a mesma coisa. Não são: há controladores de descarga (com a função de regular apenas o processo de descarga das baterias) e controladores de carga e descarga (que possuem as duas funções em um único equipamento – ou seja, regulam e protegem a bateria durante o processo de carga, enquanto também possuem uma saída que regula e protege o processo de descarga). 

Além disso, há também modelos que exibem o status da bateria estacionária (ou seja, permitem saber quando a bateria precisa ser trocada) e o fluxo de energia do sistema, entre outras funções programáveis.

Vale ressaltar que a bateria é um equipamento que não possui ajustes para se auto proteger e, quando utilizada de maneira incorreta, pode rapidamente ser danificada. Sem um controlador que regule a tensão e a corrente, a bateria de um sistema de energia solar utilizada de forma incorreta (com uma descarga excessiva, por exemplo) pode se tornar inutilizável em seu primeiro uso, em questão de horas.

O funcionamento básico de um controlador de carga solar (ou regulador de tensão) é relativamente simples. Ele monitora constantemente os valores de tensão e corrente tanto dos painéis quanto da bateria de um sistema de energia solar, reconhecendo as variações que ocorrem nesses valores.

Com base nesse monitoramento, o controlador ajusta a energia vinda dos painéis para que a bateria seja recarregada com a tensão e corrente ideais para seu estágio de carga. Assim, a bateria não será sobrecarregada e o sistema fotovoltaico terá o melhor rendimento possível.

Para ficar ainda mais simples, podemos dizer que o controlador de carga funciona como a boia de uma caixa d’água. Assim como a boia interrompe entrada de água quando a caixa está cheia (para não transbordar), o controlador de carga controla a carga das baterias evitando sobrecargas e até mesmo riscos de explosões e incêndios.

Exemplo de Controladores de Carga MPPT

Uma função secundária do regulador de tensão é o controle da descarga caso haja uma carga de corrente contínua ligada diretamente ao equipamento. Nessa configuração o controlador também controla a descarga das baterias - sendo que alguns modelos podem oferecer até mesmo um monitoramento mais avançado, inclusive com informações sobre o status das baterias.

• De forma sucinta, podemos dizer que o controlador de carga tem quatro funções principais:
• Protege baterias contra sobrecarga (ferver bateria);
• Protege baterias contra descarga profunda;
• Otimiza o processo de carga das baterias;Preserva e garante maior vida útil da bateria.

Entenda melhor cada função dos controladores solares:

Nos Sistemas Híbridos e Off Grid, e energia produzida pelos módulos é transferida para as baterias durante o dia (entenda aqui como a energia solar é gerada Off Grid ). Essa energia fica armazenada em uma bateria estacionária ou em um banco com várias baterias.

Se não controlada, essa energia pode fluir no sentido contrário durante a noite, energizando os painéis e, consequentemente, gastando a energia armazenada de forma indesejada. Para que esse efeito não ocorra, a maioria dos controladores possui um sistema que bloqueia a circulação inversa da energia.

De forma bem simplificada, o sistema é composto por um transistor (“semicondutor”), que atua como uma válvula para controlar a corrente. Semicondutor é um material que pode ou não conduzir corrente, de acordo com fatores externos (por exemplo: uma superfície semicondutora pode gerar frio ou calor, a depender da tensão a qual ela for submetida).

A partir do momento em que atinge sua carga completa, uma bateria não pode mais armazenar a energia que recebe. Assim, se alguma energia continuar sendo injetada enquanto a bateria estiver com capacidade total, sua tensão e a temperatura tendem a se elevar.

Esse processo acelera a degradação de uma bateria estacionária, podendo causar acidentes com sobreaquecimento e até incêndios em situações extremas.

Além disso, baterias funcionando com tensões acima do normal podem causar o desligamento de inversores e outros equipamentos por conta de uma sobretensão. Em casos mais críticos (tensão muito acima da faixa nominal dos aparelhos), equipamentos conectados ao sistema podem até mesmo queimar.

Evitar a sobrecarga significa impedir que a bateria seja carregada além de sua capacidade. Para isso, o fluxo de energia para a bateria é reduzido, ou interrompido, quando ela atinge uma tensão específica. Por isso, é importante que o controlador de carga atue como “regulador de tensão” (diminuindo a carga quando a bateria estacionária estiver próxima de seu limite).

Quando a tensão da bateria cair (decorrente do uso de equipamentos conectados a ela) ou a intensidade do sol estiver menor devido ao horário, o controlador permitirá novamente a carga da bateria.

As tensões nas quais o controlador altera a taxa de carga são chamadas de pontos de ajuste. A determinação desses pontos depende dos padrões de uso previstos, do dimensionamento do sistema, e, principalmente, do tipo de bateria utilizada. Alguns controladores têm pontos de ajustes que podem ser modificados pelo projetista, enquanto outros não.

Os pontos de ajuste de tensão ideal para controle de carga variam com a temperatura da bateria.

Alguns controladores têm um recurso chamado "compensação de temperatura" – ou seja, quando o controlador solar detecta uma temperatura baixa da bateria, ele aumentará os pontos de ajuste. Caso contrário, quando a bateria estiver quente, a carga será reduzida muito cedo e, se as baterias forem expostas a variações de temperatura superiores a cerca de 17 ° C, a compensação é essencial. 

Alguns controladores de carga possuem também um sensor de temperatura embutido e devem ser montados em um local onde a temperatura seja próxima a das baterias. Uma alternativa, caso o controlador não conte com compensação automática de temperatura, é ajustar manualmente os pontos de ajuste de acordo com as estações.

Os pontos de ajuste ideais para o controle de carga dependem do tipo de bateria.  Nunca use um controlador de carga que não seja adequado para o seu tipo de bateria solar, sob risco de danificar as baterias.

A depender do tipo, uma bateria solar tem três ou quatro etapas de carregamento, nas quais o controlador de carga também atua:   

• Etapa de Carga (Bulk): etapa na qual a bateria é carregada com energia do sistema. Durante o processo, o controlador deve fornecer a corrente necessária para o rápido carregamento da bateria estacionária ou do banco de baterias.
  
  Nesta etapa a corrente é constante e tensão da bateria aumenta conforme o dispositivo é carregado. É esperado que nessa fase a bateria solar alcance um nível de 80% a 90% do seu carregamento.
• Etapa de Absorção (Boost ou Absorption): nesta segunda etapa de carga, a tensão se mantém constante e a corrente de carga para a bateria diminui até que ela esteja totalmente carregada (100%), mantendo a tensão limite (tensão de absorção) alcançada no processo anterior.
• Etapa de Flutuação - Manutenção de Carga (Float): é o último processo de carga. Quando o sistema de bateria já está 100% carregado, o controlador solar atua para manter o carregamento completo durante a utilização da bateria.
  
  Nessa fase, a bateria trabalha com corrente baixa para compensar a autodescarga e permanecer carregada. O período de flutuação pode durar horas ou meses, a depender do tipo de uso da bateria.
• Etapa de Equalização (Equalization): no caso das baterias com eletrólito líquido, há também uma etapa na qual uma alta tensão de carga é aplicada com baixa intensidade de corrente, para que seja igualado o gás do eletrólito da parte inferior e superior da bateria (de forma a evitar que as placas se deteriorem).
  
  Por meio desse processo é possível equalizar a tensão das células da bateria.

Por meio desse processo é possível equalizar a tensão das células da bateria.

Existem dois tipos de controladores de carga: os controladores PWM (Pulse Width Modulation – ou Modulação de Largura de Pulso, em tradução livre) são os mais utilizados, com menor eficiência, mas também menor custo. Já os controladores MPPT (Maximum Power Point Tracking – ou Rastreamento de Ponto Máximo de Potência) possuem maior eficiência e são cerca de duas vezes mais caros.

A principal diferença entre os controladores solares PWM e MPPT é o algoritmo de controle e otimização de cada um deles. Por trabalharem com sistemas diferentes, o MPPT sempre será o controlador solar mais eficiente (com melhor taxa de conversão), enquanto o PWM é um modelo com tecnologia mais simples – mas que pode ser o mais indicado a depender do projeto.

Entenda as principais características de cada tipo de controlador de carga.

O algoritmo MPPT (Maximum Power Point Tracking), também aplicado na tecnologia de inversores solares (Saiba mais aqui), está presente em equipamentos para garantir alto rendimento, monitorando os parâmetros elétricos do sistema – de modo que sejam regulados e proporcionem a geração de energia a mais eficiente para cada situação.

No caso dos controladores, os equipamentos com MPPT são capazes de monitorar e regular a corrente e tensão produzidas pelos painéis solares, buscando sempre a melhor compatibilidade para atingir a eficiência mais alta possível.

Os controladores MPPT utilizam a potência total do arranjo fotovoltaico – ou seja, o equipamento altera os valores de tensão e corrente para extrair toda a potência dos painéis. Normalmente, o controlador diminui a tensão de entrada (para se ajustar à tensão do banco de bateria), aumentando a corrente de saída.

Assim, o aproveitamento da energia produzida pelo sistema fotovoltaico é máximo.

Outra vantagem do controlador de carga MPPT é permitir um descasamento maior entre a tensão dos painéis e a tensão das baterias. Desse modo, o equipamento oferece maior flexibilidade na hora de configurar os painéis em série e paralelo, aceitando uma faixa mais ampla de tensão na entrada.

Controladores de Carga MPPT

Os dispositivos de controle de carga PWM podem ser explicados como uma chave elétrica entre as baterias – ou um interruptor que abre e fecha rapidamente, de forma constante. A tensão desejada para carregar as baterias, portanto, é alcançada regulando a velocidade em que essa chave abre e fecha.

O controlador monitora constantemente o quanto de potência os módulos estão gerando e a tensão de momento da bateria. Assim, ele regula o quanto a chave precisa fechar e abrir, para permitir apenas a passagem da quantidade de corrente e tensão necessárias para carregar a bateria sem sobrecarregá-la.

Os controladores de carga solar PWM não alteram a tensão, ao contrário de um controlador MPPT, que consegue fazer vários ajustes durante o dia. Por exemplo: se um controlador PWM tiver regulação de dois estágios, ele permitirá apenas a passagem de um determinado valor de tensão (em um máximo seguro para que a bateria alcance a carga total). Toda tensão além daquele valor em que o equipamento estiver regulado não será utilizada.

O mesmo irá ocorrer para quando a bateria atingir carga total e o controlador de carga reduzir a tensão para reduzir a recarga. Qualquer valor excedente de tensão nesse momento, não será utilizado.

A regulação em dois estágios é importante para um sistema que pode experimentar muitos dias ou semanas de excesso de energia (ou também pouco uso de energia). Ele mantém uma carga completa, mas minimiza a perda de água e o estresse.

Enquanto os controladores MPPT levam em consideração a potência total do arranjo fotovoltaico, convertendo toda a potência que entra no controlador, os controladores de carga PWM são mais simples e levam em consideração apenas a tensão de carga do banco e a corrente total do arranjo fotovoltaico. Ou seja, é um controlador solar que trabalha mantendo a corrente que sai do painel enquanto diminui a tensão para ajustar ao nível das baterias.

Portanto, o equipamento acaba perdendo parte da energia do sistema, por cortar a tensão no valor de carga da bateria, uma vez que Potência = Corrente x Tensão.

Por esse motivo, a tensão nominal do controlador PWM deve ser sempre próxima a 1,5x a tensão das baterias, evitando desperdícios muito grandes de energia e também possibilitando que a bateria seja carregada mesmo em momentos de menor geração (menor tensão).

Controladores de Carga Solar - PWM 

Para entender melhor a diferença entre os diferentes controladores de carga, imagine um painel comum de 135 Wp abastecendo uma bateria de 12 V. Essa potência de pico (Wp) deste painel é a potência máxima produzida por ele no ponto em que gera, por exemplo, 17,7 V e 7,63 A (17,7 x 7,63 = 135).

Um controlador PWM, nesse momento de pico, reduzirá de 17,7 V para 12,5 V, por exemplo, mantendo os 7,63 A. Isso significa que dos 135 Wp, ele estará fornecendo para a bateria somente 12,5 x 7,63 = 95 W, ou seja, 70% da energia fornecida pelo painel.

Já o controlador MPPT, ao mesmo tempo em que traz a tensão para 12,5 V, eleva a corrente na mesma proporção, levando-a para 10,8 A neste caso. Assim, o controlador fornecerá 12,5 x 10,8 = 135 W para a bateria, ou seja, 100% da energia produzida pelo painel. Como a eficiência dos controladores não é de 100%, essa diferença não será de 30%, como no exemplo, porém pode realmente chegar a 20 ou 25%.

Comparativo - Controlador de Carga Energia Solar - MPPT e PWM

Em alguns controladores solares mais antigos, uma bobina eletromagnética abre e fecha um interruptor mecânico, chamado de relé (que se pode ouvir ligar e desligar). O relé desliga à noite, para bloquear a corrente reversa. Esses controladores às vezes são chamados de controladores “shunt”.

Os relés também podem abrir e fechar recebendo sinais de fontes externas (como uma pessoa com uma espécie de controle remoto). É possível que um controlador de carga opere com um relé, fazendo regulagens de acordo com os sinais elétricos emitidos por alguma fonte para, através do controlador, ligar ou desligar equipamentos como o inversor ou até um gerador externo.

Cada tipo de controlador de carga solar (MPPT ou PWM\) possui vantagens e desvantagens em uma comparação direta. Diversos fatores devem ser avaliados para decidir qual o melhor controlador para o seu sistema fotovoltaico.

O controlador de carga mais eficiente será sempre o MPPT, com um ganho entre 15% e 30%. No entanto, ele sempre custará mais caro e, em uma análise de projeto, é possível que o carregador PWM seja a melhor escolha pelo custo-benefício.

Há quem diga que o controlador PWM é mais robusto, por ser mais simples eletronicamente, porém essa afirmação é questionável (a confiabilidade do fabricante é o principal fator que deve ser levado em conta quando pensamos na resistência do equipamento).

Em geral, quanto maior a tensão do banco de baterias, mais vantajoso é o controlador MPPT pois diminui a corrente de carga e, portanto, o custo do controlador em relação ao sistema. O MPPT sempre será sempre melhor quando existir restrição de espaço para as placas solares (como, por exemplo, em trailers e motorhomes — já que se trata de um regulador de carga mais eficiente e que, logo, demanda menos placas).

Lembre-se sempre: a tensão do painel solar e a tensão da bateria devem sempre ser equivalentes nos sistemas com controladores PWM. Em sistemas com controladores MPPT, uma série de painéis pode ter uma tensão mais alta do que as baterias, o que significa mais flexibilidade para o crescimento do sistema.

Para saber se vale a pena substituir um carregador PWM por um MPPT, deve-se comparar a diferença de custo dos controladores com a redução do número de painéis, já que a maior eficiência do sistema com o controlador MPPT permitirá que se utilizem menos painéis.

O tamanho do sistema de energia solar é o fator mais importante para escolher entre um e outro. O regulador MPPT é o melhor para aplicações profissionais, enquanto o regulador PWM pode fornecer desempenho suficiente em pequenas aplicações que não precisam de mais propriedades. A diferença de eficiência entre PWM e MPPT pode não ser suficiente para justificar a diferença de preço em projetos pequenos. No entanto, em grandes projetos, ele desempenha um papel importante sobre o desempenho do sistema.

O primeiro passo para escolher um controlador de carga solar é verificar qual o tipo mais indicado para o seu projeto: MPPT ou PWM, considerando as vantagens e desvantagens de cada modelo.

Porém, outros pontos de atenção são importantes ao comprar um controlador solar, como: 

• Regime de Carga: o equipamento que será adquirido é um controlador de carga (que só assegura a carga otimizada da bateria) ou um controlador de carga e descarga (que também protege a bateria solar contra descargas excessivas)?
   
• Tensão (Voltagem) e Corrente (Amperagem): é fundamental conhecer essas características do sistema fotovoltaico para escolher qual o tipo de controlador mais apropriado. O controlador deve sempre ser compatível com esses parâmetros. 
   
• Correntes de Entrada e Saída: nem todo controlador tem corrente de entrada e saída iguais, às vezes a corrente de saída é menor. Além disso, nem todo controlador possui saída de corrente contínua (CC).
   
• Funcionalidades adicionais: o controlador também mostra o status da bateria e verifica a temperatura do sistema? O controlador faz parte de um equipamento multifuncional com outras usabilidades (como o inversor-controlador)? Há diversas funções extras possíveis além de controlar a tensão durante o processo de carga/descarga das baterias.
   
• Vida útil: um controlador de carga solar costuma ter vida útil entre 5 e 10 anos (válido tanto para controladores MPPT quando PWM).
   
• Garantia: em média, os fabricantes oferecem 2 anos de garantia para controladores de carga. De forma geral, a garantia é um item mais importante na compra de um controlador de carga do que a vida útil do produto.

• Compatibilidade com as baterias do sistema: há diversos tipos de baterias estacionárias usadas em sistemas de energia solar . Vale verificar se o controlador em questão é compatível com o tipo de bateria utilizado (em especial no caso das baterias de lítio, alguns controladores mais simples podem não ser compatíveis e não conseguir carregar baterias de lítio). 
• Monitoramento: os diferentes tipos de controladores de carga oferecem diversas possibilidades de monitoramento, com displays que podem ser mais ou menos completos para exibir informações sobre o funcionamento e status do sistema. Também há controladores que permitem o monitoramento remoto com Wi-Fi, um importante diferencial para trazer mais praticidade.
  
  
• Fabricante: felizmente, o mercado de energia solar fotovoltaica conta com um número expressivo de fabricantes idôneos e que prezam pela excelência. Comprando controladores de carga das melhores marcas, dificilmente o consumidor terá algum problema por conta da qualidade do produto. Porém, a busca por fabricantes deve ser feita com atenção.
  
  Procure empresas que tenham boa reputação, com avaliações positivas de seus equipamentos e certificações técnicas reconhecidas. Esses são indícios de que essas marcas têm compromisso com as inovações tecnológicas, como também de segurança para oferecer um equipamento de alta qualidade.

• Veja opções de Controladores de Carga MPPT
• Confira opções de Controladores de Carga PWM
• Acessórios para Controladores de Carga - Energia Solar

Produtos multifuncionais têm se tornado cada vez mais comuns no mercado de energia solar fotovoltaica, com equipamentos que, sozinhos, agregam diferentes utilidades.

Um dos aparelhos mais comuns é o inversor-carregador, que, ao mesmo tempo, controla a carga e descarga das baterias (como um controlador de carga), converte energia em corrente contínua em energia em corrente alternada (como inversor comum), e ainda utiliza a rede elétrica da concessionária (ou gerador) para carregar as baterias, se necessário (como um carregador de baterias).

Com essas diferentes funções, os inversores-carregadores são ideais para Sistemas Híbridos, que podem operar conectados à rede elétrica, mas possuem bateria para backup.

O inversor-controlador híbrido também é conhecido como inversor 3 em 1 (carregador, controlador e inversor) e, na parte do controlador, atua como um controlador de carga normal, podendo ser MPPT ou PWM.

Inversor - Carregador para Energia Solar

Quando ligado à rede da concessionária, o inversor-carregador pode ser configurado para operar de várias maneiras: priorizar energia da concessionária, priorizar energia solar, ou até mesmo para utilizar apenas energia solar. Essa escolha de qual fonte priorizar no uso será utilizada tanto para alimentar as cargas que estiverem conectadas na saída do inversor, quanto para carregar o banco de baterias.

Basicamente, em momentos sem fornecimento de energia elétrica, ele funcionará funciona como um nobreak, mas dependendo da necessidade e da configuração inserida no equipamento ele também pode gerar economia no consumo de energia elétrica da rede. Além disso a instalação de sistemas fotovoltaicos com esse tipo de equipamento é mais simples  por ter todas as funções em apenas um equipamento.

O inversor-carregador híbrido também pode trazer maior flexibilidade para sistemas fotovoltaicos, pois pode trabalhar com diferentes fontes de energia de forma independente (a depender do modelo), como: energia solar fotovoltaica, rede elétrica convencional e/ou grupo gerador diesel/gasolina.

Por contar com tecnologia mais avançada de conversão de energia, o controlador solar MPPT será sempre mais caro que o controlador PWM (podendo custar até duas vezes mais). Além disso, possui maior eficiência podendo reduzir a quantidade de painéis necessários no sistema fazendo com que na maioria dos casos seja o mais vantajoso a ser utilizado, além de ser mais flexível na configuração de ligação dos painéis.

Outro ponto que pode influenciar no preço do sistema é a tensão do banco de baterias. Utilizar bancos com tensões maiores como 48Vcc, tende a fazer com que a corrente de carga seja menor, permitindo o uso de controladores com menor corrente e, consequentemente mais baratos.

Em sistema muito pequenos, controladores PWM ainda podem ser mais vantajosos por serem muito baratos.

O preço do controlador de carga solar varia muito a depender de fatores como a cotação do dólar (considerando que os produtos geralmente são importados) e o fabricante. Outras características dos equipamentos (como a Tensão [Voltagem] e a Corrente [Amperagem]), além das funcionalidades adicionais oferecidas (saiba mais aqui)também podem fazer o custo de um controlador variar bastante.

Porém, de forma geral, assim como todos os outros componentes dos sistemas fotovoltaicos, ao longo do tempo a tendência tem sido encontrar controladores solares mais baratos com mais recursos, à medida em que as tecnologias e os processos de produção avançam.

Em agosto de 2021, o preço de um controlador de carga PWM varia de cerca de R$ 100 a até cerca de R$ 800 (considerando diferentes especificações e fabricantes), enquanto o preço de um controlador solar MPPT costuma ser superior a R$ 800.

As aplicações dos controladores solares acontecem em todo sistema fotovoltaico com baterias — ou seja, nos Sistemas Off Grid ou Híbridos (conheça aqui os tipos de sistemas para energia solar).

O controlador de carga solar pode ser utilizado em aplicações que trabalham apenas em Corrente Contínua (CC) como postes solares, equipamentos portáteis em corrente contínua e soluções pequenas que operem em corrente contínua.

No caso das aplicações de maior porte, que trabalham com corrente alternada (CA), o controlador também é utilizado, porém será necessário também o uso de um inversorconverter a energia CC em CA(em alguns casos temos também sistemas com um controlador-inversor; saiba mais aqui.

Uma aplicação comum do controlador solar acontece em projetos de iluminação pública com energia solar (ou seja, com postes autônomos, não conectados à rede, que funcionam de modo Off Grid gerando a própria energia). 

Esses sistemas geralmente são compostos por um poste, uma lâmpada, uma bateria, uma placa solar e um controlador de carga, com menor necessidade de cabos. 

Nesses casos, o controlador utilizado pode ser tanto PWM como MPPT, a depender do projeto. A principal diferença para outras aplicações é que em postes, o controlador de carga além de controlar a carga e descarga das baterias, ele pode ter um timer  para que o equipamento ligue e desligue a lâmpada automaticamente em horários de pouco uso, para otimização no dimensionamento do banco de baterias do poste e aumento da vida útil da bateria.

Exemplo: liga a lâmpada ao anoitecer e mantém ela acessa por 4 ou 5 horas, que normalmente é o horário que ainda existem pessoas circulando, depois ele apaga a luz e volta a acendê-la 1 hora antes do sol nascer, que podem ser momentos que já existem circulação de pessoas novamente.

Não, todo controlador solar é Off Grid ou Híbrido. Mesmo quando estiver integrado com um inversor, o controlador sempre será voltado a aplicações em sistemas Híbridos ou Off Grid. 

Porém, o algoritmo utilizado no controlador MPPT também é utilizado nos inversores On Grid (com a capacidade de procurar o ponto de máxima potência para otimizar a produção de energia).

O controlador de carga deve ser instalado entre a bateria e a placa solar, ligado com cabos. Uma bateria solar não pode ser instalada diretamente a uma placa solar, sob o risco de sofrer sobrecargas podendo até causar explosões.

Ao instalar um controlador de carga a um sistema de energia solar, é recomendável conectar e desconectar os equipamentos na seguinte ordem: 

1 - Bateria e controlador;

2 -Matriz fotovoltaica (placas solares) e controlador;

3 - Carga elétrica e/ou inversor + controlador de carga 

Para desconectar os equipamentos proceder passar acima na ordem invertida.

Para ligar o controlador de carga a uma bateria solar deve ser utilizado um cabo adequado. Nesse processo, deve-se conectar o cabo ao terminal da bateria e no terminal do controlador, combinando o polo positivo (+) da bateria com terminal positivo do controlador e polo negativo (-) com o terminal negativo do controlador.. Certifique-se que o cabo esteja bem firme nas conexões, tanto da bateria quanto do controlador.

Na sequência da instalação, o painel solar deve ser conectado ao controlador, também seguindo os sinais + e – dos terminais de cada equipamento, que devem ser conectados. 

Por fim, deve ser conectado o inversor à bateria usando outros cabos e novamente combinando + com + e - com -. No caso de instalação de inversor-carregador, apenas um aparelho cumpre as duas funções.

É extremamente importante observar qual o cabo será utilizado nesse trecho, entre o inversor e a bateria. Sistemas off-grid possuem corrente elevada que podem causar quedas de tensão elevadas e mal funcionamento no sistema. Então é necessário qual será a corrente de projeto para escolha do cabo correto a ser utilizado além de tentar manter com que a distância entre inversor e bateria seja a menor possível, para minimizar esses efeitos indesejados.

Com alguns acessórios é possível fazer compensação de temperatura, monitorar, programar e acompanhar os principais parâmetros do controlador e banco de baterias.

Alguns dos acessórios capazes de fazer isso são:

• Sensor Remoto de Temperatura – permite medir a temperatura real das baterias e dessa forma fazer compensações de temperatura, otimizando o processo de carga;
• Medidor Remoto – possibilita monitorar os status de funcionamentoem em tempo real remotamente, controlar funcionamento ON/OFF do sistema, ver e modificar parâmetros de controle, modo de carga, informações sobre condicionamento do sistema;        
• Adaptador WiFi – possibilita a comunicação entre controladores de carga e inversores por meio de conexão WiFi. Pode-se realizar monitoramento sem fio, configurar parâmetros, entre outros;
• Data Logger – possibilita gravar as informações do sistema fotovoltaico, além de monitorar em tempo real por meio do Medidor Remoto ou Software de computador.

Na verdade, isso depende de cada modelo de controlador e costuma ser indicado no manual do equipamento. É possível calcular a potência em que o sistema irá trabalhar e com isso, chegar numa estimativa de potência máxima do sistema.

Porém é importante sempre garantir que essa potência máxima não exceda os valores indicados no manual do produto. De forma aproximada, para controladores MPPT podemos dizer que a potência máxima fica limitada à multiplicação da tensão do banco de baterias pela corrente máxima suportada pelo controlador. Então um controlador de 20A em um banco de baterias de 24V suportaria cerca de 20x24 = 480W de painéis.

A capacidade pode variar, porque a tensão do banco varia fazendo com que a potência varie também, além da eficiência do controlador e dos demais componentes que podem causar algumas perdas. 

Além disso, usar mais painéis não resulta necessariamente na queima ou danos ao controlador. Os bons controladores suportam alguma potência a mais do que aquela indicada, sem problemas. O que vai acontecer é que a geração de energia ficará limitada àquela corrente máxima do controlador, desperdiçando parte da energia. É sempre importante consultar o fabricante ou fornecedor para esse tipo de configuração.

Também é importante checar as tensões máximas de operação e em circuito aberto, inclusive considerando alterações possíveis para dias mais quentes ou frios.

Depende do tipo de controlador utilizado. 

Não é recomendado o uso de controladores PWM com painéis de 60 células pois haverá uma perda grande de energia. Em controladores PWM é recomendado que a tensão de entrada dos painéis seja 1,5 vezes a tensão nominal do banco, ou seja, para um banco de 12V, a tensão recomendada a ser utilizada é de 18V.

A bateria será carregada em aproximadamente 14V, a corrente não é alterada, assim o controlador “descarta” a tensão que passa de 14V. Como um painel de 60 células possui tensão de funcionamento de aproximadamente 30V, mais da metade do ele produz, será descartado, fazendo com o que o sistema fique extremamente ineficiente.

E como dito anteriormente, é sempre importante consultar o manual do produto para saber se uma ligação como a indicada acima é permitida. Em alguns casos, podem não causar problemas imediatos ao controlador, mas pode reduzir sua vida consideravelmente.

Neste caso, recomenda-se o uso de controlador de carga MPPT, pois ele busca o ponto de maior potência que o painel solar oferece. Ou seja, enquanto há redução da tensão para se adequar ao banco de baterias, automaticamente ele aumenta a corrente, mantendo a potência. Com isso, ele aproveita praticamente toda energia captada pelo painel solar.

É importante lembrar que a tensão nominal dos painéis deve ser pelo menos 1,5x a tensão do banco de baterias para que o controlador consiga trabalhar efetivamente em todos os estágios de carga das baterias. Isso é válido para os 2 tipos de controlador, PWM e MPPT.

Por exemplo: um sistema em 24V precisa de pelo menos 36V (1,5x24V) nominais para que funcione bem. Portanto o mesmo painel de 60 células, que tem cerca de 30-32V, não funcionará adequadamente nem com PWM nem com MPPT.

Sim, e essa aplicação é bem comum. O ideal é utilizar apenas 1 controlador, mas nem sempre isso é possível e então utilizamos mais de um equipamento, avaliando caso a caso a necessidade e a melhor configuração. 

Os controladores podem ser ligados apenas em paralelo e isso é feito conectando cada um deles diretamente ao banco de baterias e de forma cruzada, para que a recarga das baterias seja feita de forma uniforme sem ocorrer desbalanceamento das cargas e não favorecer apenas um lado do banco de bateria. Além disso, o ideal é utilizar controladores idênticos, pois assim garantimos que eles funcionem de forma similar.

Recomenda-se que a potência total de painéis seja dividida entre controladores, de forma que essa potência fique balanceada.

Além disso, alguns controladores também permitem comunicação entre eles, garantindo um funcionamento ainda melhor.

Nem todos, porém a maioria sim. Em alguns casos essa funcionalidade não se aplica pois o consumo é em Corrente Alternada (CA), portanto alguns fabricantes oferecem modelos sem saída CC.

Nos controladores que oferecem saída CC,  há uma conexão exclusiva para cargas em Corrente Contínua. Geralmente são utilizados para iluminação, pequenas cargas CC ou em telecomunicações, quando já é comum trabalhar em corrente contínua.

Aqui há um ponto importante de atenção sobre a instalação: Via de regra, não deve ser utilizada a saída CC para ligar o inversor.

O correto é ligar o inversor diretamente nas baterias. Isso permite que o inversor solar utilize sua potência total sem queimar o controlador de carga, que muitas vezes não suportaria a corrente máxima do inversor. Em casos muito particulares pode ser utilizada a saída CC para conexão do inversor, mas isso deve ser feito com muita atenção, respeitando os limites de operação.

Um sistema de energia solar fotovoltaico, também chamado de sistema de energia solar ou, ainda, sistema fotovoltaico, é um sistema capaz de gerar energia elétrica através da radiação solar. Existem três tipos básicos de sistemas fotovoltaicos: Sistemas Isolados (Off Grid), Sistemas Conectados à Rede (Grid-Tie ou On Grid) e Híbridos (que mesclam características dos sistemas Off Grid e On Grid).

A bateria solar e o controlador de carga são componentes obrigatórios dos Sistemas Off Grid e Híbridos, que contam com quatro equipamentos básicos:

• Painéis solares – Fazem o papel de coração, “bombeando” a energia para o sistema. Podem ser um ou mais painéis e são dimensionados de acordo com a energia necessária. São responsáveis por transformar energia solar em eletricidade.
• Controladores de carga – Funcionam como válvulas para o sistema. Servem para evitar sobrecargas ou descargas exageradas na bateria, aumentando sua vida útil e desempenho.
• Inversores – Cérebro do sistema, são responsáveis por transformar os 12 V de corrente contínua (CC) das baterias em 110 ou 220 V de corrente alternada (AC), ou outra tensão desejada. No caso de sistemas conectados, também são responsáveis pela sincronia com a rede elétrica.
• Baterias – Trabalham como pulmões. Armazenam a energia elétrica para que o sistema possa ser utilizado quando não há sol.

Os sistemas fotovoltaicos também podem contar com outros componentes, como String Box, cabeamento e sistema de monitoramento. Saiba mais aqui.

Sistema Off Grid de Energia Solar Fotovoltaica