Οι ρυθμιστές φόρτισης είναι ηλεκτρονικές συσκευές οι οποίες ελέγχουν το ρεύμα και την τάση που παρέχεται από τα φωτοβολταικά προς τις μπαταρίες σε ενα αυτόνομο σύστημα, και πολλές φορές και από τις μπαταρίες στα φορτία. Είναι ένα βασικότατο στοιχείο ενός αυτόνομου φωτοβολταϊκού συστήματος, καθώς ρυθμίζουν την τάση με την οποία θα γίνει η φόρτιση των μπαταριών, αν θα τροφοδοτηθούν ή όχι τα φορτία κλπ

Η ιδανική επιλογή δεν είναι πάντα προφανής, και απαιτεί ένα βαθμό ανάλυσης. Οι δύο πιο διαδεδομένοι τύπoι ρυθμιστών φόρτισης σε χρήση σήμερα είναι οι PWM (Pulse Width Modulation) και MPPT (Maximum Power Point Tracking). Και οι δύο τύποι προσαρμόζουν το ρυθμό φόρτισης ανάλογα με την κατάσταση φόρτισης της μπαταρίας, έτσι ώστε η μπαταρία να φορτίζεται όσο περισσότερο γίνεται χωρίς να υπερφορτίζεται ή να υπερθερμαίνεται. Οι δύο τεχνολογίες είναι διαφορετικές, η κάθε μία με τα πλεονεκτήματά της.

Αυτόνομο σύστημα με Φωτοβολταϊκά πάνελ 12V

Τα πάνελ για χρήση σε συστήματα 12V παραδοσιακά αποτελούνται από 36 κυψέλες συνδεδεμένες σε σειρά με μια τάση εξόδου περίπου 18V DC. Για να φορτιστεί μια μπαταρία 12V χρειάζονται περίπου 13,5-14V. Τα επιπλέον 4V στην έξοδο έχουν σκοπό να καλύψουν διάφορες μικροαπώλειες λόγω ελαφρών σκιάσεων καθώς και απώλειες (πτώση τάσης) κατά τη μεταφορά. Ο MPPT μπορεί να μετατρέψει τυχόν επιπλέον τάση την οποία δίνουν τα πάνελ σε ρεύμα. Εάν λοιπόν θεωρήσουμε ένα πάνελ με τάση λειτουργίας 18V και ρεύμα 5Α, ο PWM θα δώσει στη μπαταρία 5Α στα 13,5V δηλαδή 67,5W. Αντίστοιχα, ένας MPPT ρυθμιστής με ακρίβεια 99% και απόδοση 97% στις ίδιες συνθήκες θα δώσει στη μπαταρία περίπου 6,4Α στα 13,5V δηλαδή 86,4W ή 25-30% επιπλέον ρεύμα. Να σημειωθεί ότι η ονομαστική ισχύς του πάνελ αυτού είναι 90Wp.

Θερμοκρασία / Πτώση τάσης

Όταν η θερμοκρασία λειτουργίας και/ή το μήκος των καλωδίων από τα πάνελ στον Ρ/Φ αυξάνεται η τάση στα άκρα του Ρ/Φ μειώνεται. Όταν η τάση αυτή είναι περίπου 15-16V, τότε η διαφορά στην απόδοση ανάμεσα σε PWM και MPPT θα είναι αρκετά μικρότερη. Άν χρησιμοποιήσουμε το πάνελ των 90Wp, ο PWM θα μας δώσει και πάλι 67,5W, ενώ ο MPPT θα μας δώσει 76W ή μόλις 12% επιπλέον ρεύμα.

Σχέση Πάνελ / Καταναλώσεων

Εάν η παραγώμενη ενέργεια καλύπτει τις καταναλώσεις όλο το χρόνο και ο PWM μπορεί να ανταπεξέλθει, τότε δεν χρειάζεται να ξοδέψουμε παραπάνω χρήματα για MPPT.

Μέγεθος πάνελ - Κόστος

Συνήθως σε μικρά συστήματα δεν προτείνεται η χρήση MPPT καθαρά για λόγους κόστους. Γιατί να χρησιμοποιήσουμε έναν MPPT των 130€ για ένα πάνελ των 100€, (συνολικό κόστος 230€) όταν μπορούμε με τη χρήση ενός απλού PWM των 25€ να λειτουργήσουμε 2 πάνελ των 100€ με συνολικό κόστος 225€ και διπλάσια εγκατεστημένη ισχύ; Γενικά για πάνελ με ισχύ μικρότερη από 200Wp πολύ σπάνια συμφέρει η χρήση ρυθμιστή MPPT.

Πάνελ 60 κελιών (Δικτύου)

Στην περίπτωση των πάνελ ονομαστικής τάσης 12V (36 κυψελών) όπως αναλύσαμε παραπάνω, η επιλογή PWM ή MPPT είναι υπό συζήτηση. Γενικά, τα πάνελ με 60 κυψέλες είναι φτηνότερα και διαθέσιμα σε μεγάλες ποσότητες. Όταν θέλουμε να τα χρησιμοποιήσουμε, τότε επιβάλλεται η χρήση του MPPT. Η τάση εξόδου ενός πάνελ δικτύου των 60 κυψελών είναι πολύ υψηλή για έναν ρυθμιστή PWM συνδεδεμένο σε σύστημα 12V. Ακόμη και να είναι εντός ορίων αντοχής του Ρ/Φ αφ'ενός θα λειτουργεί σε τάση πολύ υψηλότερη από την τάση σχεδιασμού και αφ'ετέρου το ποσοστό της ενέργειας η οποία θα πηγαίνει χαμένη θα είναι πολύ υψηλό. Αν θεωρήσουμε ένα πάνελ δικτύου των 250Wp το οποίο παράγει 8Α στα 31.25V και συνδέθηκε σε έναν απλό PWM στα 12V η μέγιστη ισχύς την οποία θα μπορεί να δώσει στη μπαταρία θα είναι περίπου 100W, δηλαδή το 40%(απώλειες της τάξης του 60%!) Εάν το ίδιο πάνελ εγκατασταθεί σε σύστημα 24V με PWM χωρίς προσεκτικό σχεδιασμό μπορεί να μη φορτίζει τη μπαταρία πάνω από 40-50% - εάν δηλαδή η χωρητικότητά της είναι 200Ah, να μη την φορτίσει ποτέ πάνω από 100Ah. Προφανώς είναι επίσης αναγκαστική η επιλογή του MPPT εάν χρησιμοποιήσουμε πάνελ thin film, με τάση εξόδου η οποία κυμαίνεται συνήθως από 60-100V (μια επιλογή η οποία γίνεται ολοένα και σπανιότερη όσο πέφτει το κόστος των κρυσταλλικών πάνελ). Σε περιπτώσεις μεγάλων αυτόνομων συστημάτων, είναι πιθανόν να μη χρησιμοποιηθεί καθόλου ρυθμιστής φόρτισης και η σύνδεση των πάνελ να γίνει απ'ευθείας σε έναν inverter δικτύου, η έξοδος του οποίου συνδέεται στην είσοδο AC ενός αυτόνομου inverter όπως ο Sunny Island της SMA ο οποίος διαχειρίζεται τη φόρτιση των μπαταριών και την τροφοδότηση των φορτίων (AC Coupling). Συμπέρασμα: Η επιλογή του κατάλληλου ρυθμιστή φόρτισης για κάθε περίπτωση πρέπει να γίνει μετά από σκέψη και προσεκτική ανάλυση των παραμέτρων, και αφού συμβουλευτούμε κάποιον ειδικό!

Στον παρακάτω πίνακα συνοψίζονται οι διαφορές των δυο τύπων ρυθμιστή φόρτισης: