Controlador de carga solar: PWM ou MPPT e como escolher o tamanho
O controlador protege a bateria de um sistema solar com baterias. Veja a diferença entre PWM e MPPT, a conta da corrente com folga de 25% e os limites da ficha.
O controlador de carga solar é o aparelho que fica entre as placas e a bateria: ele para de carregar quando a bateria enche e desliga os aparelhos antes que ela descarregue demais. Para escolher o tamanho, a regra do manual do CRESESB é multiplicar a corrente de curto-circuito das placas por 1,25. Um módulo com 13,93 A de curto-circuito pede um controlador de pelo menos 17,4 A, ou seja, um modelo de 20 A.
Ele só aparece em sistemas com bateria. Num sistema comum, ligado à rede, quem controla as placas é o inversor. A seguir, a diferença entre os tipos, a conta completa com fichas reais e os ajustes que decidem quanto tempo a bateria dura.
Para que serve e quando você precisa de um
O Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos, do CRESESB (Cepel), trata o controlador como componente crítico dos sistemas isolados: se ele falhar, a bateria pode sofrer danos irreversíveis. As funções principais são duas:
- Cortar a carga quando a bateria atinge carga plena, para não sobrecarregá-la.
- Desligar os aparelhos quando a bateria chega ao nível mínimo de segurança, para não descarregá-la demais.
Modelos melhores também medem tensão e corrente, mostram alarmes e corrigem os ajustes pela temperatura da bateria.
Onde ele entra:
- Sistema isolado (off-grid): obrigatório na prática. O dimensionamento do sistema inteiro está em energia solar off-grid.
- Kit com placa e bateria para barco, motorhome, sítio ou portão: também leva controlador.
- Sistema ligado à rede, sem bateria: não usa. O inversor de rede já procura o melhor ponto de trabalho das placas, como explica inversor solar: o que é.
- Sistema com inversor híbrido: o próprio inversor cuida da carga da bateria.
Dá para ligar a placa direto na bateria? O manual descreve esses sistemas “auto-regulados” e diz que a maioria dos especialistas não recomenda: a geração varia com a temperatura, e a bateria acaba sobrecarregada ou mal carregada.
PWM ou MPPT: a diferença que muda a energia aproveitada
Há três famílias no mercado. O manual do CRESESB descreve cada uma assim:
| Tipo | Como trabalha | Onde faz sentido |
|---|---|---|
| Liga-desliga (on-off) | Liga a placa direto na bateria e só desconecta nos limites de tensão | Cargas muito pequenas; já não é usado na prática em sistemas isolados |
| PWM, em 3 estágios | Carrega em fases (grossa, absorção e flutuação), regulando a corrente em pulsos; a placa trabalha na tensão da bateria | Placas de 36 células em bateria de 12 V |
| MPPT (ou SPPM) | Tem um conversor na entrada que faz a placa trabalhar no ponto de potência máxima e ajusta a tensão para a bateria | Sistemas maiores e placas de 60 células ou mais |
No PWM, a placa funciona como uma fonte de corrente com a tensão imposta pela bateria. Por isso, ele combina com módulos de 36 células, feitos para bateria: o manual cita cerca de 18 V no ponto de potência máxima e 21 V em circuito aberto.
O MPPT, segundo o manual, tem eficiência de 92% a 97%. A Victron informa pico de 98% nos SmartSolar de 75/10 a 100/20 e diz que, com céu nublado, o seu MPPT colhe até 30% mais que um controlador PWM; é uma alegação do fabricante, para as condições que ele descreve.
O exemplo do manual: ganho de cerca de 8%
O CRESESB compara um painel de 250 Wp carregando bateria de 12 V a 12,5 V, com 1.000 W/m² de sol:
- Com controlador convencional e módulos de 36 células, a corrente de cerca de 14,5 A entra na bateria a 12,5 V: 14,5 × 12,5 = cerca de 181 W.
- Com um módulo de 60 células e um MPPT de 95%, o módulo entrega cerca de 206 W no calor típico do Brasil, e sobram cerca de 196 W úteis.
Ganho de cerca de 8%. O manual lembra que o ganho é maior em lugares frios e que, para o Brasil, o MPPT só se justifica acima de uns 250 Wp de placas. Um fator a favor dele é o preço: módulos de 60 células ou mais, feitos para sistemas ligados à rede, costumam sair mais baratos por Wp que os de 36.
Onde o PWM perde muito: placas grandes em bateria de 12 V
As placas feitas para sistemas ligados à rede têm tensão bem acima da bateria. O módulo monocristalino de 460 Wp da Anauger, por exemplo, trabalha com 38,0 V e 13,11 A no ponto de potência máxima.
Num controlador PWM em bateria de 12 V a 12,5 V, a conta do manual fica assim: 13,11 A × 12,5 V = cerca de 164 W. São uns 36% dos 460 W que a placa entrega nas condições de ensaio (163,9 ÷ 460 = 0,356). Com essa placa, o MPPT deixa de ser luxo.
Como escolher: corrente, tensão e potência
O manual do CRESESB lista as condições mínimas: a tensão do sistema e a corrente máxima do controlador, que deve ser maior que a corrente de curto-circuito das placas vezes 1,25. Nos controladores MPPT, a ficha técnica ainda traz limites de entrada que precisam ser conferidos um a um. Veja com a ficha do SmartSolar MPPT 100/20 da Victron:
| Item da ficha (100/20) | Valor | O que conferir |
|---|---|---|
| Tensão da bateria | 12, 24 ou 48 V | Tem de ser a do seu banco |
| Corrente de carga | 20 A | Quanto o controlador entrega à bateria |
| Potência de placas nominal | 290 W em 12 V, 580 W em 24 V, 1.160 W em 48 V | Acima disso, ele limita a potência |
| Corrente de curto-circuito máxima das placas | 20 A | Acima disso, pode danificar o controlador |
| Tensão de circuito aberto máxima | 100 V | Nunca pode ser ultrapassada, nem no frio |
A conta da corrente
Com a regra de 1,25 do manual:
| Placas | Corrente de curto-circuito | × 1,25 | Controlador mínimo |
|---|---|---|---|
| 1 placa flexível Renogy de 100 W | 5,16 A | 6,45 A | 10 A |
| 1 módulo Anauger de 460 Wp | 13,93 A | 17,41 A | 20 A |
| 2 módulos Anauger em paralelo | 27,86 A | 34,83 A | 40 A |
| 2 módulos Anauger em série | 13,93 A | 17,41 A | 20 A |
Em série, a corrente não soma; soma a tensão. É aí que entra o próximo limite.
A conta da tensão, no frio
A tensão de circuito aberto da placa sobe quando ela esfria. O pior momento é uma manhã fria, com sol chegando e o controlador ainda sem carga.
Dois módulos Anauger em série somam 2 × 41,8 = 83,6 V a 25 °C. Com as células a 5 °C, 20 °C abaixo do ensaio, e o coeficiente de -0,33% por °C que o manual usa no exemplo dele (troque pelo da ficha do seu módulo): 83,6 × (1 + 0,0033 × 20) = 89,1 V. Somando a tolerância de 3% da ficha, 91,8 V.
Parece caber nos 100 V, mas a folga é pequena. O manual de instalação de placas da Renogy recomenda somar de 10% a 20% de margem a essa conta de frio. Com 10%, os 89,1 V viram 98,0 V; com 20%, 106,9 V, acima do limite. Para dois módulos desses em série, o caminho seguro é um controlador com entrada de tensão maior.
A conta da potência
Um módulo Anauger sozinho tem 460 W. Pela ficha, o 100/20 aceita 290 W de placas em 12 V; acima disso ele limita a potência, e parte da geração se perde. Em 24 V, cabem 580 W, e os 460 W entram inteiros. A tensão do banco, portanto, muda o controlador de que você precisa.
Dois módulos em paralelo não servem nesse modelo por outro motivo: somam 27,86 A de curto-circuito, acima dos 20 A que a ficha aceita na entrada. Com duas placas grandes, o controlador certo é outro, maior.
Os ajustes que protegem a bateria
Os pontos de regulagem (set points) dizem em que tensão o controlador para de carregar e em que tensão ele desliga os aparelhos. O manual dá como exemplo, para 12 V:
| Ajuste (bateria de 12 V) | Exemplo do manual (on-off) | SmartSolar 100/20 |
|---|---|---|
| Fim do carregamento | 14,3 V | 14,4 V (absorção) |
| Tensão de flutuação | não se aplica | 13,8 V |
| Desliga os aparelhos | 11,5 V | 11,1 V ou 11,8 V |
| Religa os aparelhos | 13,0 V | 13,1 V ou 14 V |
O manual recomenda confirmar esses valores com o fabricante da bateria, porque a relação entre tensão e carga muda com o tipo, a idade e a temperatura. Para o desligamento, cita profundidades de descarga típicas de 20% a 40% nas baterias de ciclo raso e de 50% a 80% nas de ciclo profundo. Quanto mais raso, mais a bateria dura e mais cedo o controlador corta a energia.
Três pontos que o manual destaca:
- Temperatura. Numa bateria de chumbo-ácido de 12 V, a tensão de carga muda cerca de 30 mV por °C. O sensor externo, quando existe, fica encostado na carcaça de uma bateria do meio do banco.
- Equalização. É uma sobrecarga controlada para misturar o eletrólito. Serve só para chumbo-ácido aberta, porque consome água.
- Lítio. Controladores feitos para chumbo-ácido não devem ser usados com outras baterias sem consulta aos fabricantes do controlador e da bateria. A comparação entre os tipos está em bateria para energia solar.
Saída de carga e inversor
Muitos controladores têm uma saída para ligar aparelhos em corrente contínua, e é por ela que eles fazem o desligamento por bateria baixa. Essa saída tem limite próprio: no SmartSolar 100/20, 20 A em 12 e 24 V, mas só 1 A em 48 V.
Aparelhos com motor puxam uma corrente alta na partida, e o manual alerta que isso pode danificar a chave de desligamento se passar do limite dela. Quando o inversor vai direto nos terminais da bateria, como é comum, a proteção contra descarga profunda passa a ser feita pelo próprio inversor.
Instalação e manutenção
O manual pede o controlador em ambiente fechado, limpo e bem ventilado, com os alarmes do painel conferidos nas visitas de manutenção e os ajustes comparados com as especificações da bateria. Outras recomendações do texto:
- Queda de tensão entre placas e baterias de no máximo 3%.
- Conexões firmes: uma conexão ruim pode fazer arco elétrico e aquecer.
- Garantia de fábrica de pelo menos 2 anos, entre as características que o manual pede na especificação.
A escolha de cabos, fusíveis, disjuntores, o aterramento e a ligação na bateria são trabalho de instalador ou eletricista habilitado. Siga a ordem de conexão do manual do seu controlador. O consumo diário dos aparelhos que o sistema vai alimentar sai da calculadora, e a conta das placas para esse consumo está em quantas placas solares preciso.
Perguntas frequentes
O controlador gasta energia da bateria?
Um pouco. A ficha do SmartSolar 100/20 informa 10 mA com a saída de carga desligada, em 12 V. Isso dá 0,010 × 12 = 0,12 W, ou 0,12 × 24 = 2,9 Wh por dia, uns 86 Wh em 30 dias. Em sistemas pequenos, vale comparar esse número entre modelos; o manual inclui baixo autoconsumo entre as características desejáveis.
Controlador de 20 A aguenta quantas placas?
Depende do tipo e da tensão da bateria. Num PWM, a soma da corrente de curto-circuito das placas, vezes 1,25, precisa caber nos 20 A. Num MPPT, olhe a potência de placas por tensão de bateria: no SmartSolar 100/20, 290 W em 12 V, 580 W em 24 V e 1.160 W em 48 V.
Posso usar um controlador com gerador portátil ou power station?
Esses aparelhos já trazem o controlador dentro. O que você confere é a faixa de tensão e a potência aceitas na entrada solar; veja gerador solar portátil.
Qual a diferença entre controlador e inversor?
O controlador cuida da carga da bateria em corrente contínua. O inversor transforma a corrente contínua da bateria em 127 ou 220 V para os aparelhos de tomada. Um sistema isolado com aparelhos comuns precisa dos dois.
Fontes: CRESESB/Cepel, Manual de Engenharia para Sistemas Fotovoltaicos (2014), Victron Energy, ficha do SmartSolar MPPT 75/10 a 100/20, Anauger, módulo solar 460 Wp e Renogy, placa solar flexível de 100 W e Renogy, manual de instalação e manutenção de placas solares.