Carregando uma bateria: carregamento em vários estágios

Mas antes de mergulharmos diretamente em Capítulo 3: Funções e recursos de um controlador de carregamento solar, é melhor dar uma olhada nas informações necessárias sobre como carregar uma bateria.

Se você já está bastante familiarizado com esta informação, pode pular para o capítulo 3 a partir daqui.

Despeje água no copo

Despeje água em um copo

2.1 Breve interpretação

Imagine despejar água em um copo - no início, você despejará mais rápido; quando o copo está quase cheio, o fluxo de água diminui para que a água não transborde do copo. Pelo contrário, se você continuar derramando água em uma taxa mais rápida, será difícil para você interromper o fluxo a tempo no final, e a água transbordará daquele copo.

Carregando bateria solar

Carregando bateria solar

A mesma teoria se aplica ao carregamento de uma bateria:

  • Quando a bateria está fraca, o controlador de carga fornece muita energia para uma carga rápida
  • Quando a bateria está quase cheia, ele desacelera o carregador regulando sua tensão e corrente.
  • Quando a bateria está cheia, ele envia apenas uma gota de energia para manter a carga completa.

Este é o chamado carregamento de várias etapas.

2.2 Exemplo: 3-4 estágios

Defina pontos:

Para ter certeza de que você pode entender facilmente o conteúdo a seguir, que se refere a um exemplo de carregamento em vários estágios (3-4 estágios), vamos primeiro explicar o jargão “pontos de ajuste”.

Em resumo,

o controlador de carregamento solar é configurado para alterar sua taxa de carregamento em tensões específicas, que são chamadas de pontos de ajuste.

Os pontos de ajuste geralmente são compensados ​​por temperatura e discutiremos este tópico após o exemplo de carregamento em vários estágios.

Agora, vamos examinar o exemplo em detalhes

A seguir está um exemplo da MorningStar, que possui 4 estágios de carregamento.

MorningStar 4 estágios de carregamento

Fonte: MorningStar, 4 estágios de carregamento

2.2.1 Estágio 1: Carga em Massa

Nesse estágio, o banco de baterias está baixo e sua tensão é inferior ao ponto de ajuste da tensão de absorção. Portanto, o controlador de carga solar enviará o máximo possível de energia solar disponível para o banco de baterias para recarga.

2.2.2 Estágio 2: Taxa de Absorção

Quando sua tensão atinge o ponto de ajuste da tensão de absorção, a tensão de saída do controlador de carregamento solar manterá um valor relativamente constante. A entrada de tensão constante evita que um banco de baterias superaquecimento e gaseificação excessiva. Normalmente, o banco de baterias pode estar totalmente carregado neste estágio.

2.2.3 Estágio 3: Carga flutuante

Como sabemos, o banco de baterias está totalmente carregado no estágio de absorção, e uma bateria totalmente carregada não pode mais converter energia solar em energia química. A energia adicional do controlador de carregamento só será transformada em aquecimento e gaseificação, pois está sobrecarregando.

Gotejamento da torneira

Gotejamento da torneira

O estágio de flutuação é projetado para evitar que o banco de baterias sobrecarregue a longo prazo. Neste estágio, o controlador de carga reduzirá a tensão de carga e fornecerá uma quantidade muito pequena de energia, como gotejamentos, de modo a manter o banco de baterias e evitar aquecimento e gaseificação adicionais

2.2.4 Estágio 4: Taxa de equalização

A carga de equalização usa uma tensão mais alta do que a carga de absorção, de modo a nivelar todas as células em um banco de baterias. Como sabemos, as baterias em série ou / e paralelas constituem um banco de baterias. Se algumas células do banco de baterias não estiverem totalmente recarregadas, este estágio fará com que todas estejam totalmente recarregadas e completará todas as reações químicas da bateria.

Água fervente

Água fervente

Já que segue o estágio 3 (quando o banco de baterias está totalmente recarregado), quando aumentamos a tensão e enviamos mais energia para as baterias, os eletrólitos parecerão que estão fervendo. Na verdade, não está quente; é hidrogênio gerado a partir dos eletrólitos, produzindo muitas bolhas. Essas bolhas agitam os eletrólitos.

Agitar os eletrólitos regularmente dessa maneira é essencial para um banco de baterias inundado.

Podemos considerá-la uma sobrecarga periódica, mas é benéfica (às vezes essencial) para certas baterias, como baterias inundadas e baterias não seladas, como AGM e Gel.

Normalmente, você pode encontrar nas especificações da bateria quanto tempo a carga de equalização deve durar e, a seguir, definir o parâmetro no controlador de carga de acordo.

2.3 Por que bancos de baterias inundados precisam de equalização

Em suma,

para impedir a sulfatação de uma bateria de chumbo-ácido.

reação química de descarga

A reação química de descarga

As reações químicas de descarga da bateria geram cristais moles de sulfato de chumbo, que geralmente ficam presos à superfície das placas. Se a bateria continuar funcionando neste tipo de condição, com o passar do tempo, os cristais moles de sulfato se multiplicarão e se tornarão cada vez mais duros, tornando-os muito difíceis de serem convertidos em moles, ou até mesmo ativar os materiais que faziam parte de o eletrólito.

A sulfatação de baterias de chumbo-ácido é o flagelo de uma falha de bateria. Esse problema é comum em bancos de baterias de longo prazo com carga insuficiente.

Se carregados completamente, os cristais moles de sulfato podem ser convertidos de volta em materiais ativos, mas uma bateria solar raramente é totalmente recarregada, especialmente em um sistema fotovoltaico não bem projetado, onde o painel solar é muito pequeno ou o banco de baterias é superdimensionado .

Sulfação de bateria de chumbo-ácido

Sulfação de bateria de chumbo-ácido

Somente uma sobrecarga periódica em alta tensão pode resolver este problema; a saber, o carregamento de equalização, que funciona em alta tensão, gera bolhas e agita o eletrólito. É por isso que o estágio 4 é essencial para um banco de bateria inundado. Em muitos sistemas solares fora da rede, geralmente usamos um gerador + carregador para equalizar a bateria solar inundada periodicamente, de acordo com a especificação da bateria.

2.4 Pontos de ajuste de controle vs. temperatura

Uma vez que o ponto de ajuste de absorção (estágio 2), ponto de ajuste de flutuação (estágio 3) e ponto de ajuste de equalização (estágio 4), todos podem ser compensados ​​pela temperatura se houver um sensor de temperatura, gostaríamos de poupar algumas palavras para este pequeno tópico.

Em alguns controladores de carga avançados, os pontos de ajuste de carregamento de vários estágios flutuam com a temperatura da bateria. Isso é chamado de recurso de “compensação de temperatura”.

O controlador tem um sensor de temperatura e, quando a temperatura da bateria está baixa, o ponto de ajuste aumenta e vice-versa - ele se ajusta de acordo quando a temperatura aumenta.

Sonda do sensor de temperatura

Sonda do sensor de temperatura

Alguns controladores possuem sensores de temperatura embutidos, portanto, devem ser instalados próximos à bateria para detectar a temperatura. Outros podem ter uma sonda de temperatura que deve ser conectada diretamente à bateria; um cabo o conectará ao controlador para relatar a temperatura da bateria.

Se suas baterias forem aplicadas em uma situação em que a flutuação da temperatura seja maior que 15 graus Celsius todos os dias, é preferível adotar um controlador com compensação de temperatura.

2.5 Controlar pontos de ajuste vs. tipo de bateria

Quando falamos sobre o tipo de bateria, outro artigo sobre baterias solares é recomendado.

A maioria dos sistemas de energia solar adota uma bateria de chumbo-ácido de ciclo profundo, da qual existem 2 tipos: tipo inundado e tipo selado. Uma bateria inundada com chumbo-ácido não é apenas econômica, mas também prevalente no mercado.

Vários tipos de bateria solar

Vários tipos de bateria solar

Os tipos de bateria também afetam o projeto de pontos de ajuste para controladores de carga solar; os controladores modernos têm o recurso de permitir que você selecione os tipos de bateria antes de conectar a um sistema de energia solar.

2.6 Determinando os pontos de ajuste ideais

Finalmente, chegamos à teoria sobre como determinar os pontos de ajuste ideais. Falando francamente, é mais sobre o equilíbrio entre carregamento rápido e carregamento lento de manutenção. O usuário de um sistema de energia solar deve levar vários fatores em consideração, como temperatura ambiente, intensidade solar, tipo de bateria e até mesmo cargas de eletrodomésticos.

É necessário lidar apenas com os 1 ou 2 principais fatores; isso é suficiente na maioria dos casos.