MPPT vs. PWM: cómo elegir un controlador para bancos de litio

Un conjunto solar puede estar generando energía mientras una batería de litio se carga más lentamente de lo previsto. Una causa frecuente es elegir el controlador basándose únicamente en el precio o la tensión nominal: PWM y MPPT no aprovechan la potencia de los paneles de la misma manera, y ninguno puede compensar un perfil de carga inadecuado.

MPPT frente a PWM no es simplemente una elección entre una opción avanzada y otra básica. El controlador adecuado depende de la tensión del conjunto, la tensión de la batería, la temperatura, el tamaño del sistema y la cantidad de energía que la aplicación debe captar. En sistemas de respaldo para telecom, sistemas UPS, instalaciones solares aisladas de la red y sistemas marinos, estos factores afectan tanto a la energía utilizable como al funcionamiento de la batería.

Cómo funcionan los dos tipos de controlador

Un controlador PWM conecta el conjunto solar a la batería mediante pulsos rápidos, acercando en la práctica la tensión de los paneles a la tensión de la batería durante la carga. Es sencillo y puede ser económico cuando la tensión de funcionamiento del panel coincide estrechamente con la tensión de carga de la batería.

Un controlador MPPT utiliza una etapa de conversión CC-CC para operar el conjunto cerca de su punto de máxima potencia y, a continuación, convierte esa potencia a la tensión que necesita la batería. Esto permite utilizar cadenas de paneles de mayor tensión con una batería de menor tensión, dentro de los límites de entrada del controlador.

Por ejemplo, un panel de 200 W que opera cerca de 18 V produce alrededor de 11,1 A en su punto de máxima potencia. Si se conecta mediante PWM a una batería de 12 V que se carga cerca de 14 V, la corriente puede mantenerse cerca de 11,1 A y la potencia del lado de la batería, alrededor de 155 W, antes de considerar otras pérdidas. Un controlador MPPT puede convertir gran parte de la potencia disponible del panel en una corriente mayor del lado de la batería, según la eficiencia de conversión, las condiciones de funcionamiento y los límites del controlador.

Qué comparar antes de comprar

Considere esta comparación ilustrativa para un banco LiFePO4 de 12 V y un panel de 200 W. La salida real varía según la temperatura del panel, la irradiancia, el cableado, el sombreado y la eficiencia del controlador.

PWM: tensión de funcionamiento del panel de unos 18 V; tensión de carga de la batería de unos 14 V; potencia aproximada del lado de la batería de unos 155 W en las condiciones indicadas; menor costo del equipo; la mejor opción cuando las tensiones del panel y de la batería coinciden estrechamente.

MPPT: el panel opera cerca de su punto de máxima potencia; la potencia del lado de la batería puede acercarse a la potencia del panel menos las pérdidas de conversión y cableado; mayor costo del equipo; útil cuando la tensión del panel supera considerablemente la de la batería o el conjunto es más grande.

El ejemplo no es una estimación de rendimiento garantizada. Las ventajas del MPPT suelen ser más importantes en condiciones frías, cuando aumenta la tensión del panel, y en conjuntos diseñados con cadenas de mayor tensión. Una configuración PWM bien adaptada puede seguir siendo razonable para un sistema pequeño, sensible al costo, con cableado limitado y necesidades energéticas moderadas.

Compruebe la compatibilidad con el banco de litio

Confirme que el controlador tenga un perfil de carga LiFePO4 o permita configurar la tensión de carga, el comportamiento de absorción y el comportamiento de flotación especificados por el fabricante de la batería. No aplique la ecualización para baterías de plomo-ácido a una batería LiFePO4, salvo que el fabricante de la batería indique explícitamente un procedimiento compatible.

El BMS es una capa de protección, no sustituye a una configuración correcta del controlador. Compruebe los límites de corriente de carga, las restricciones de carga a temperaturas altas y bajas, y la respuesta del controlador si el BMS desconecta la batería. Coordine las protecciones del controlador y de la batería para evitar interrupciones repetidas de la carga.

Comprobaciones de dimensionamiento y diseño del sistema

Compare la tensión máxima de circuito abierto FV, la corriente de entrada, la corriente de salida y la potencia nominal del controlador con las del conjunto y la batería reales. Incluya la tensión FV en condiciones de frío en el cálculo de circuito abierto; superar el límite de tensión del controlador puede dañar el equipo.

En los bancos de litio, adapte la corriente de carga a las especificaciones de la batería y tenga en cuenta la tasa C: corriente de carga dividida por la capacidad nominal en amperios-hora. Por ejemplo, 20 A para un banco de 100 Ah equivalen a 0,2C, pero el límite documentado de la batería es el que prevalece. Revise la DoD prevista, los objetivos de vida útil en ciclos y la supervisión del SOC/SOH, además de la demanda energética diaria.

Utilice estas comprobaciones al especificar un sistema:

- Elija PWM cuando la tensión del panel coincida estrechamente con la tensión de carga de la batería y la energía prevista cubra la carga.

- Elija MPPT cuando las cadenas FV de mayor tensión, las limitaciones del cableado, las condiciones variables o la captación de energía adicional justifiquen el costo.

- Confirme los ajustes LiFePO4, los límites de temperatura, la coordinación con el BMS y la corriente de carga aprobada por el fabricante.

- Compruebe la documentación aplicable de instalación y del producto, incluidas las pruebas de transporte UN38.3 para baterías y las normas IEC 62619 o UL 1973 cuando el proyecto lo requiera.

Consideraciones de adquisición e implementación

Compare el costo del sistema completo, no solo el precio del controlador. Las cadenas FV de mayor tensión pueden reducir la corriente y las pérdidas en los cables, mientras que la conversión MPPT añade costos de equipo y requisitos de configuración. En instalaciones de telecom, UPS, solares y marinas, compruebe también las interfaces de supervisión, los grados de protección ambiental, el acceso para mantenimiento y la disponibilidad de repuestos.

Cuando la batería deba adaptarse a un gabinete, una autonomía, una interfaz o un requisito ambiental específicos, Newbeebattery puede actuar como socio OEM/ODM para diseñar un pack a medida y adaptar el BMS y las especificaciones de carga del pack LiFePO4 al diseño del sistema.

Conclusión

Para un conjunto pequeño cuyas características coinciden estrechamente con las de la batería, PWM puede satisfacer los requisitos de forma económica. Cuando importan la diferencia de tensión o el rendimiento energético, MPPT suele ser la opción más adecuada. Base la decisión en los cálculos del conjunto, los límites de carga documentados de la batería y las condiciones de funcionamiento del sistema.