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Comment choisir un régulateur de charge solaire pour votre système PV

Écrit par Douglas Grubbs, ingénieur d’application, Morningstar Corporation

Dans ses formes de base, le solaire PV est une proposition très claire. Fixez le panneau solaire à une charge CC et cela fonctionnera jusqu’à ce que le soleil se couche. Connectez les panneaux solaires à l’onduleur connecté au secteur et tant que le soleil brille, l’électricité sera envoyée au service public. Tout est assez simple – jusqu’à ce que le soleil cesse de briller.

Là où il commence à devenir plus complexe, c’est le stockage d’énergie, à utiliser lorsque le soleil ne brille pas ou lorsque le réseau tombe. Si vous souhaitez stocker l’électricité pour plus tard, vous avez besoin de batteries connectées à un système solaire photovoltaïque. Après avoir ajouté la batterie, le contrôleur de charge devient l’un des composants les plus importants du système.

Quiconque se déconnecte du réseau ou souhaite utiliser un système hybride qui peut vendre l’électricité produite par l’énergie solaire pendant la journée et stocker cette énergie pour la nuit, les temps d’arrêt ou aux heures de pointe aura besoin d’un régulateur de charge solaire.

régulateur de charge solaire

Contrôleur de charge ProStar PWM de Morningstar

À quoi sert un régulateur de charge solaire

Considérez un régulateur de charge solaire comme un régulateur. Il fournit du courant provenant du générateur photovoltaïque pour les charges du système et un groupe de batteries. Lorsque la batterie est presque pleine, le contrôleur coupe le courant de charge pour maintenir la tension requise pour charger complètement la batterie et l’éteindre en haut. En régulant la tension, le contrôleur solaire protège la batterie. Le mot clé est « protège ». Les batteries peuvent être la partie la plus chère du système et le contrôleur de charge solaire les protège à la fois de la surcharge et de la surcharge.

Le deuxième rôle peut être plus difficile à comprendre, mais faire fonctionner des batteries en « charge partielle » peut raccourcir considérablement leur durée de vie. Des périodes prolongées de charge partielle entraîneront la sulfatation des plaques de batterie au plomb et réduiront considérablement la durée de vie, et les batteries chimiques au lithium sont également sensibles à la sous-estimation chronique. En fait, des batteries à zéro peuvent les tuer rapidement. Par conséquent, le contrôle de la charge pour les charges électriques CC connectées est très important. Un interrupteur basse tension (LVD) avec un régulateur de charge protège les batteries contre les décharges excessives.

La surcharge de tous les types de batteries peut causer des dommages irréparables. La surcharge des batteries au plomb peut provoquer une gazéification excessive qui peut réellement « faire bouillir » l’eau, endommageant les plaques de la batterie par exposition. Dans le pire des cas, une surchauffe et une pression élevée peuvent provoquer des résultats explosifs après le déclenchement.

En règle générale, les petits régulateurs de charge comprennent un circuit de commande de charge. Sur les grands régulateurs tels que le Morningstar TriStar, des commutateurs et relais de contrôle de charge séparés peuvent également être utilisés pour contrôler les charges de charge CC jusqu’à 45 ou 60 ampères. En plus du contrôleur de charge, un relais d’entraînement est également utilisé pour activer et désactiver le relais de contrôle de charge. Le variateur de relais comprend quatre canaux distincts pour hiérarchiser les charges plus critiques à conserver plus longtemps que les charges moins critiques. Il est également utile pour contrôler automatiquement les déclencheurs d’alarme et les notifications d’alarme.

Des contrôleurs solaires plus avancés peuvent également surveiller la température et ajuster la charge de la batterie pour optimiser la charge. C’est ce qu’on appelle la compensation de température, qui chauffe jusqu’à une tension plus élevée à des températures froides et une tension plus basse lorsqu’il est chaud.

De nombreux contrôleurs de charge solaire incluent une surveillance des données sur site et à distance. Morningstar offre des capacités de communication série afin que les contrôleurs puissent être surveillés localement ou à distance à l’aide d’un équipement de communication compatible. De plus, la possibilité de communication Ethernet est également disponible pour une surveillance locale via LAN ou à distance via Internet.

Pour ces raisons et d’autres, le régulateur solaire peut être considéré comme le cœur et le cerveau du système. Il assure la santé à long terme de la batterie dans tous les types de conditions de fonctionnement, ainsi que le contrôle de la charge critique et la surveillance du système.

Deux principaux types de contrôleurs de charge

Bien que les contrôleurs de charge viennent dans une large gamme de prix, de puissances et de caractéristiques, ils appartiennent tous à l’une des deux catégories de base: la modulation de largeur d’impulsion (PWM) et la surveillance de puissance maximale (MPPT).

Les types PWM sont relativement simples, la commutation entre le générateur photovoltaïque et la batterie est utilisée. L’interrupteur peut être ouvert et fermé rapidement, de sorte qu’il peut pulser ou « tirer » de l’électricité du panneau solaire pour réduire le courant de charge pendant la charge des batteries. Étant donné que les contrôleurs PWM ne fonctionnent qu’avec un commutateur, la tension de la baie pendant le fonctionnement est égale à la tension de la batterie. Cela signifie que vous devez utiliser des panneaux solaires de tension nominale avec un contrôleur PWM (panneaux à 36 cellules pour 12 V et à 72 cellules pour 24 V).

Même avec une plage de tension nominale, le contrôleur PWM fonctionnera en dessous de la tension d’alimentation maximale (Vmp). Lorsqu’il fait froid à l’extérieur ou lorsque la tension de la batterie baisse, le contrôleur PWM fonctionnera bien en dessous de la Vmp et de la puissance maximale (Pmp) du champ solaire. Pour profiter pleinement de la puissance de sortie maximale du champ PV, vous avez besoin d’un contrôleur MPPT.

Les contrôleurs MPPT sont relativement plus sophistiqués. Ils peuvent ajuster (ou surveiller) la tension et le courant d’entrée du générateur photovoltaïque pour trouver la tension de fonctionnement optimale qui générera le plus d’énergie à un moment donné. Vous trouverez ci-dessous des graphiques du courant en fonction de la tension (IV) et du courant en fonction de la puissance (IP) pour le générateur photovoltaïque à tension nominale. En surveillant et fonctionnant en continu sur le Vmp, le contrôleur MPPT sera en mesure de générer plus d’énergie que le contrôleur PWM pendant la charge.

régulateur de charge solaire

Les contrôleurs MPPT peuvent également être utilisés avec des faisceaux PV de tension supérieure à la tension nominale. Cela permet l’utilisation de différents panneaux solaires photovoltaïques qui peuvent coûter moins cher ou être de taille plus optimale. Par exemple, les unités à 60 cellules coûtent moins cher que les modules à 36 cellules et sont plus faciles à installer que les modules plus grands à 72 cellules. Des réseaux de tension plus grands permettent également de réduire le nombre de fils en parallèle, ce qui entraîne des fusibles plus petits sur les combinateurs, une baisse de courant plus faible et une baisse de tension moindre, de sorte que des fils plus petits peuvent être utilisés, ce qui signifie que les contrôleurs MPPT peuvent économiser de l’argent en réduisant le câblage en cuivre coûteux, en particulier pour les réseaux de fils plus longs. courir.

Gardez à l’esprit que bien que la technologie MPPT soit plus chère, elle n’est pas nécessairement meilleure. Pour un système de la bonne taille, les contrôleurs MPPT et PWM feront un bon travail de maintien des batteries chargées. Le choix d’un PWM ou d’un MPPT dépend vraiment de l’application et de l’emplacement de quelqu’un.

régulateur de charge solaire

Contrôleur de charge TriStar MPPT Morningstar

S’il n’y a pas de conducteur long et que des modules solaires de tension nominale sont utilisés, un contrôleur PWM est souvent le meilleur choix. C’est la même chose dans des endroits qui peuvent également avoir beaucoup de soleil constant et fiable – dans le désert ou les tropiques. Dans ces endroits, les contrôleurs PWM sont le bon outil pour le travail car une partie de l’énergie solaire consommée n’est pas critique. Tout avantage d’utiliser un contrôleur MPPT peut être minime car la tension est plus basse dans des conditions chaudes. Une autre considération est la taille du système. Les contrôleurs PWM sont souvent utilisés dans des systèmes plus petits et sensibles aux coûts, où le coût supplémentaire avec MPPT n’en vaut pas la peine.

Dans les endroits où la lumière du soleil est variable, les températures fluctuantes et l’ombrage, dans les latitudes nord ou sud avec des chutes de neige en hiver, le MPPT est beaucoup plus souhaitable car il peut maximiser le rendement dans des conditions exigeantes. Tout se résume à l’outil approprié pour le travail.

Choses à rechercher dans un contrôleur de charge

Il est important de choisir le bon contrôleur de charge en termes de taille et de fonctionnalités. Pour les systèmes distants, la fiabilité et les performances sont des aspects très importants. Les contrôleurs solaires à faible coût ne sont souvent pas les plus fiables et peuvent ne pas répondre aux exigences vitales de charge. Des performances ou une fiabilité médiocres peuvent entraîner plusieurs fois le coût d’un contrôleur solaire en termes de remplacement de batterie, de visites sur site et de temps de travail perdu.

Les régulateurs de charge solaire doivent être conçus pour résister aux battements, car ils peuvent supporter beaucoup de chaleur et doivent être gérés correctement. L’avantage des petits régulateurs de charge est qu’ils sont sans ventilateur – ils libèrent de la chaleur par simple refroidissement passif. En éliminant le ventilateur, trois avantages sont obtenus:

  1. Plus grande fiabilité – Les ventilateurs ont des pièces mobiles, généralement le seul composant avec des pièces mobiles sur le contrôleur de charge. Retirez le ventilateur et supprimez l’un des points de défaillance les plus courants.
  2. Durée de vie plus longue – Les ventilateurs attirent la saleté, la poussière et même les insectes qui peuvent obstruer l’intérieur du régulateur de charge et raccourcir sa durée de vie.
  3. Efficacité plus élevée – Les ventilateurs ont besoin d’électricité pour fonctionner et que l’électricité provient de l’énergie solaire provenant du panneau. Les ventilateurs sont une «charge parasite» dans le système, redirigeant et consommant de l’énergie qui pourrait être utilisée ailleurs.

Certains contrôleurs plus grands (y compris tous les contrôleurs Morningstar) utilisent également le refroidissement passif sans ventilateur, qui comprend une conception et un logiciel thermomécaniques très avancés. Ils sont préférés dans les bâtiments éloignés et critiques où l’entretien est peu fréquent et les remplacements difficiles.

Les contrôleurs de charge plus petits n’ont souvent que des paramètres de charge prédéfinis. Si les exigences de charge de la batterie ne sont pas suffisamment satisfaites par ces paramètres, un contrôleur avec plusieurs options de réglage peut être sélectionné. Les paramètres personnalisés peuvent être de simples paramètres de tension, d’application spécifique ou de points de consigne d’environnement. Par exemple, un système qui ne circule pas beaucoup peut être mis en place avec un temps d’absorption quotidien raccourci, c’est-à-dire le temps avant que la batterie ne flotte.

Certains contrôleurs Morningstar ont également des options de réglage personnalisées pour le contrôle quotidien de l’éclairage. Ce type de commande ajuste automatiquement la commande d’allumage / extinction de l’éclairage quelle que soit la période de l’année afin que les lumières s’allument quand il fait sombre le soir et / ou le matin avant de s’allumer.

Quels que soient votre application, votre emplacement ou votre budget, l’étape la plus importante pour contrôler votre investissement solaire + stockage est de passer du temps et de vous soucier de choisir le bon contrôleur de charge. Morningstar a vendu plus de 4 millions de contrôleurs de charge dans 100 pays au cours du dernier quart de siècle – et encore aucun client ne nous a dit qu’il voulait ignorer cette composante essentielle du système.


Douglas Grubbs est ingénieur d’application chez Morningstar Corporation, qui fournit des applications de produits et une assistance technique aux ventes, ainsi que la conformité technique et électrique avec le code. Il a plus de 11 ans d’expérience dans l’industrie photovoltaïque. Avant de rejoindre Morningstar, Douglas a conçu des systèmes solaires connectés à des réseaux pour les intégrateurs dans le nord-est, et était également responsable de la recherche et du développement photovoltaïque au Bucks County Community College, dispensant des cours de niveau débutant. Son expérience à ce jour comprend près d’une décennie avec la Federal Communications Commission (FCC) en tant qu’ingénieur en électronique. Douglas possède un BSEE de l’Université du Maryland et était auparavant un installateur photovoltaïque certifié NABCEP.



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