Un controlador solar es un dispositivo electrónico que controla la bomba de circulación en un sistema solar de agua caliente para recolectar la mayor cantidad de calor posible de los paneles solares y proteger el sistema contra el sobrecalentamiento. El trabajo básico del controlador es encender la bomba de circulación cuando hay calor disponible en los paneles, moviendo el fluido de trabajo a través de los paneles hasta el intercambiador de calor en el almacén térmico . El calor está disponible siempre que la temperatura del panel solar sea mayor que la temperatura del agua en el intercambiador de calor. La protección contra el sobrecalentamiento se logra apagando la bomba cuando el acumulador alcanza su temperatura máxima y, a veces, enfriando el acumulador encendiendo la bomba cuando el acumulador está más caliente que los paneles.
La mayoría de los controladores comerciales muestran la temperatura del agua caliente en la tienda y brindan información general sobre el estado del sistema, incluida la producción general de energía.
El circuito de controlador solar más simple utiliza un comparador con dos entradas de temperatura, una en el panel solar y otra en el intercambiador de calor del acumulador térmico , y una salida para controlar la bomba. Los controladores comerciales utilizan un microprocesador normalmente con una pantalla LCD y una interfaz de usuario sencilla con unos pocos botones. La energía para el controlador y la bomba puede provenir de una red eléctrica o de un módulo fotovoltaico (PV). [ cita necesaria ]
La función principal del controlador es encender o apagar la bomba de circulación. La bomba normalmente se enciende cuando el panel solar está más caliente que el agua en el intercambiador de calor de la tienda y se apaga cuando el panel está más frío. Al encender la bomba se transfiere el calor del panel al acumulador. Apagarlo cuando los paneles se enfrían evita que se revierta el proceso y se pierda calor del acumulador. El controlador mide y compara las temperaturas en el panel y el intercambiador de calor cada pocos segundos.
Los controladores comerciales no encienden la bomba hasta que la diferencia de temperatura entre los paneles y el agua en el intercambiador de calor sea suficiente para proporcionar significativamente más energía de la que consume la bomba. Esta diferencia de temperatura se denomina diferencial de encendido (normalmente entre 4 y 15 °C). Apaga la bomba cuando los paneles ya no están lo suficientemente calientes como para proporcionar calor significativo al acumulador (el diferencial de apagado ). Cuanto más amplia sea la diferencia entre estos diferenciales, Se producirán menos ciclos de encendido y apagado de la bomba. Estos factores suelen ser establecidos por el instalador solar en relación con la instalación particular, dependiendo especialmente de la eficiencia del intercambiador de calor y de la capacidad de producción de los paneles.
Los controladores proporcionan un tiempo adicional para extraer parte de la energía térmica que queda en las tuberías de interconexión después de que los paneles se enfrían. También pueden implementar ciertas características de seguridad, como enfriar la tienda cuando excede una temperatura preestablecida, como 65 °C, enviando el exceso de calor de regreso a los paneles para que se libere al medio ambiente.
Un controlador solar fotovoltaico (PV) utiliza electricidad solar producida en el sitio para hacer funcionar la bomba que suministra el fluido de transferencia calentado por energía solar al acumulador de agua caliente.
Una ventaja supuesta de la energía fotovoltaica es que reduce las emisiones generales de carbono asociadas con el funcionamiento del sistema, ya que evita la necesidad de suministrar esta energía a partir de fuentes fósiles. [ cita necesaria ] Sin embargo, la energía necesaria para operar el sistema es muy pequeña en comparación con la energía producida por el sistema y la reducción de emisiones de carbono al agregar energía fotovoltaica fraccional. [ cita necesaria ]
El beneficio más práctico de un controlador fotovoltaico es la simplicidad resultante del sistema general. En lugar de utilizar algoritmos complejos basados en las temperaturas del almacén y del panel, la bomba es impulsada directamente por el panel fotovoltaico: cuando brilla el sol, la bomba funciona. En la práctica, este es un algoritmo de control práctico casi (90-99%) tan eficiente como lo logran la mayoría de los demás y tiene ventajas obvias para reducir la complejidad del sistema. [ ¿investigacion original? ]
Una desventaja del enfoque con energía fotovoltaica es que la bomba se detiene inmediatamente después de que se oculta el sol. Con los paneles solares de tubos de vacío y tubos de calor, estos pueden tener una cantidad apreciable de energía almacenada en cada tubo en el momento en que sale el sol. Para evitar el sobrecalentamiento de los tubos es necesario bombear el circuito por un corto tiempo después de la salida del sol, o bien proporcionar un gran depósito de fluido en el cabezal situado encima de los tubos. Ninguna de estas opciones es realmente compatible con el enfoque simple de bomba fotovoltaica directa, por lo que dichos sistemas se limitan a utilizar colectores de panel plano menos eficientes. [ cita necesaria ]
Un controlador fotovoltaico puede contener un pequeño acumulador de electricidad para permitir que el controlador permanezca encendido y muestre las temperaturas por la noche cuando no hay luz solar. Este almacén de electricidad suele ser en forma de supercondensadores , ya que estos tienen una vida mucho más larga que las baterías . [ cita necesaria ]
Los beneficios de un controlador solar fotovoltaico tienen un costo de reducción del rendimiento del sistema en el rango del 1 al 10%. [1] Esto se debe a pérdidas de calor en momentos en que el panel puede estar más caliente que el depósito de agua pero no hay suficiente luz solar para alimentar la bomba. Esto sucede principalmente en los días calurosos, cuando es probable que haya un exceso de agua caliente, por lo que la reducción potencial es menos significativa que en momentos en que la tienda estaba más fría. [ ¿investigacion original? ]
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