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Contrôleur de charge solaire: le guide définitif

Chapitre 1: Qu’est-ce qu’un régulateur de charge solaire?

Le contrôleur de charge solaire, ou contrôleur de charge solaire, est un instrument important dans presque tous les systèmes solaires qui utilisent des batteries comme solution pour stocker l’énergie chimique. Il est utilisé dans les systèmes d’énergie solaire autonomes ou hybrides, mais n’est pas utilisé dans les systèmes plats connectés au réseau qui n’ont pas de batteries rechargeables.

système solaire autonome

Système solaire indépendant

Ses deux fonctions de base sont très simples:

  1. Empêche la surcharge des batteries
  2. Bloque le flux de courant inverse.

Une surcharge peut entraîner une surchauffe de la batterie ou, dans des cas extrêmes, un incendie. Des batteries à décharge profonde excessivement chargées peuvent également émettre de l’hydrogène gazeux, qui est explosif. De plus, une surcharge détruira rapidement la batterie et raccourcira ainsi considérablement sa durée de vie.

Batterie au plomb acide brûlée

Batterie au plomb acide brûlée

Les contrôleurs solaires peuvent empêcher le flux de courant inverse de la batterie vers les panneaux solaires la nuit lorsque la tension des panneaux solaires est inférieure à la tension de la batterie.

De plus, les contrôleurs de charge solaire ont d’autres fonctionnalités optionnelles, telles que la compensation de température du capteur et de la batterie, la déconnexion basse tension (LVD), le contrôle de la charge (de l’aube à l’aube), les écrans, la surveillance à distance et le contrôle de la déviation de la charge.

Jetons un coup d’œil à l’article pour découvrir ces fonctionnalités et fonctions l’une après l’autre.

Chapitre 2: Chargement de la batterie: chargement en plusieurs étapes

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Mais avant d’aller directement Chapitre 3: Fonctions et caractéristiques d’un régulateur de charge solaire, il est préférable de consulter les informations nécessaires sur la charge de la batterie.

Si vous connaissez déjà assez bien ces informations, vous pouvez passer au chapitre 3 à partir de là.

Versez de l'eau dans une tasse

Versez de l’eau dans une tasse

2.1 Brève interprétation

Imaginez que vous versez de l’eau dans une tasse – au début, vous verserez plus rapidement; lorsque le verre est presque plein, l’écoulement de l’eau est ralenti afin que l’eau ne déborde pas du verre. Au contraire, si vous faites constamment l’appoint d’eau, il est difficile d’arrêter l’écoulement à temps et l’eau débordera de ce verre.

Charger la batterie solaire

Charger la batterie solaire

La même théorie s’applique à la charge de la batterie:

  • Lorsque la batterie est vide, le régulateur de charge fournit beaucoup d’énergie pour une charge rapide
  • Lorsque la batterie est complètement chargée, elle ralentit le chargeur en régulant la tension et le courant.
  • Lorsque la batterie est chargée, elle n’envoie qu’un peu d’énergie pour se recharger complètement.

C’est ce que l’on appelle le remplissage en plusieurs étapes.

2.2 Exemple: 3-4 phases

Définir des points:

Pour vous assurer que vous pouvez facilement comprendre le contenu suivant, qui se réfère à l’exemple de la charge multicouche (3-4 phases), expliquons d’abord le jargon « valeurs par défaut ».

En bref,

le régulateur de charge solaire est réglé pour modifier sa vitesse de charge à des tensions spécifiques, appelées points de consigne.

Les valeurs définies sont généralement compensées par la température, et nous aborderons ce sujet sur l’exemple de la charge en plusieurs étapes.

Voyons maintenant un exemple détaillé

Ce qui suit est un exemple de MorningStar, qui a 4 étapes de charge.

MorningStar 4 phases de charge

Source: MorningStar, 4 phases de charge

2.2.1. Phase 1: charge en vrac

À ce stade, la batterie est petite et la tension est inférieure au point de consigne de la tension d’absorption. Ainsi, le régulateur de charge solaire dirigera autant d’énergie solaire disponible que possible vers le groupe de batteries rechargeables.

2.2.2 Phase 2: Charge

Lorsque sa tension atteint la valeur définie de la tension d’absorption, la tension de sortie du régulateur de charge solaire maintiendra une valeur relativement constante. L’entrée de tension constante empêche la surchauffe et la surchauffe. La batterie peut généralement être complètement chargée à ce stade.

2.2.3 Phase 3: charge flottante

Comme nous le savons, une batterie est entièrement chargée pendant la phase d’absorption et une batterie complètement chargée ne peut plus convertir l’énergie solaire en énergie chimique. La puissance supplémentaire du régulateur de charge sera uniquement convertie en chauffage et en gaz pendant la charge.

Curseur de robinet

Curseur de robinet

La phase flottante est conçue pour empêcher la charge à long terme de la batterie. À ce stade, le contrôleur de charge réduira la tension de charge et fournira une très petite quantité d’énergie, telle qu’une difficulté, pour maintenir le groupe de batteries et empêcher un chauffage et une gazéification supplémentaires.

2.2.4 Phase 4: frais de péréquation

La charge d’égalisation utilise une tension plus élevée que la tension d’absorption, nous égalisons donc toutes les cellules du groupe de batteries. Comme nous le savons, les batteries en série et / ou parallèles représentent un groupe de batteries. Si certaines cellules du groupe de batteries ne sont pas complètement chargées, cette phase les chargera et terminera toutes les réactions chimiques de la batterie.

Eau bouillante

Eau bouillante

Comme la phase 3 (lorsque la batterie est complètement chargée) suit, lorsque nous augmentons la tension et envoyons plus d’énergie aux batteries, les électrolytes auront l’air de bouillir. En réalité, il ne fait pas chaud; c’est l’hydrogène qui est formé d’électrolytes, créant beaucoup de bulles. Ces bulles mélangent des électrolytes.

Un mélange d’électrolyte régulier de cette manière est crucial pour une batterie inondée.

On peut le considérer comme une surcharge périodique, mais il est utile (parfois crucial) sur certaines batteries, comme les batteries noyées et les batteries non fermées, comme l’AGM et le Gel.

Dans les spécifications de la batterie, il est généralement possible de déterminer le temps nécessaire pour charger l’égalisation, puis de définir le paramètre approprié dans le contrôleur de charge.

2.3 Pourquoi les batteries inondées ont besoin d’égalisation

En bref,

pour empêcher la sulfatation de l’acide de plomb.

réaction de décharge chimique

Réaction de décharge chimique

Les réactions chimiques de la décharge de la batterie créent des cristaux mous de sulfate de plomb, qui sont généralement attachés à la surface des plaques. Si la batterie continue de fonctionner dans cet état au fil du temps, les cristaux de sulfate mous se multiplieront et deviendront de plus en plus durs, ce qui les rendra assez difficiles à convertir en matériaux mous ou encore plus activants qui faisaient partie de l’électrolyte.

Les batteries au plomb-acide au sulfate sont un problème pour les batteries. Ce problème est courant dans les banques à long terme avec des batteries insuffisamment chargées.

S’ils sont complètement chargés, les cristaux de sulfate mous peuvent être convertis en matériaux actifs, mais une batterie solaire est rarement complètement chargée, en particulier dans un système solaire PV mal conçu, où le panneau solaire est trop petit ou la batterie est trop grande.

Sulfuration de la batterie d'acide sulfurique

Sulfuration de la batterie d’acide sulfurique

Ce problème périodique ne peut être résolu que par une surcharge périodique à haute tension; à savoir, une charge d’égalisation à haute tension crée des bulles et décompose l’électrolyte. Par conséquent, la phase 4 est essentielle pour une batterie inondée. Dans de nombreux systèmes solaires hors réseau, nous utilisons généralement un générateur + chargeur pour égaliser périodiquement une batterie solaire inondée, conformément aux spécifications de la batterie.

2.4 Valeurs de contrôle en fonction de la température

Puisque la consigne d’absorption (étape 2), la valeur de flotteur (étape 3) et la consigne d’égalisation (étape 4) peuvent toutes être compensées par la température s’il y a un capteur de température, nous voudrions épargner quelques mots pour ce petit sujet.

Dans certains contrôleurs de charge avancés, les paramètres de charge à plusieurs niveaux varient en fonction de la température de la batterie. C’est ce qu’on appelle la fonction « compensation de température ».

Le contrôleur a un capteur de température, et lorsque la température de la batterie est basse, la valeur définie augmente et vice versa – elle sera ajustée en conséquence lorsque la température est plus élevée.

Sonde de capteur de température

Sonde de capteur de température

Certains contrôleurs ont des capteurs de température intégrés, ils doivent donc être installés près de la batterie pour détecter la température. D’autres peuvent avoir une sonde de température qui doit être fixée directement à la batterie; le câble le connectera au contrôleur de rapport de température de la batterie.

Si vos batteries sont utilisées dans une situation où la variation de température est supérieure à 15 degrés Celsius chaque jour, il est conseillé d’utiliser un régulateur avec compensation de température.

2.5 Valeurs de contrôle en fonction du type de batterie

En ce qui concerne le type de batterie, un autre article sur les batteries solaires est recommandé.

La plupart des systèmes d’énergie solaire acceptent une batterie rechargeable à cycle profond, dont il existe 2 types: trempée et fermée. Une batterie au plomb est non seulement économique, mais également répandue sur le marché.

Différents types de batteries solaires

Différents types de batteries solaires

Les types de batteries influencent également la conception des points de consigne pour les régulateurs de charge solaire; Les contrôleurs modernes ont la possibilité de sélectionner les types de batterie avant de se connecter à un système d’alimentation solaire.

2.6 Détermination des points de consigne idéaux

Enfin, nous arrivons à la théorie de la détermination des points de consigne idéaux. Honnêtement, il s’agit davantage de l’équilibre entre la charge rapide et la charge en utilisant le service. L’utilisateur du système solaire doit tenir compte de divers facteurs, tels que la température ambiante, l’intensité du soleil, le type de batterie et même la charge des appareils électroménagers.

Vous n’avez qu’à faire face à 1 ou 2 facteurs; cela suffit dans la plupart des cas.

Chapitre 3: Quelle est la fonction d’un régulateur de charge solaire?

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3.1 Prévention du surpeuplement

Lorsque la batterie est complètement chargée, elle ne peut pas stocker plus d’énergie solaire que d’énergie chimique. Mais si la puissance est appliquée en continu à une batterie complètement chargée à haute vitesse, la puissance sera convertie en chaleur et en gaz, ce qui serait comme une batterie inondée avec beaucoup de bulles de l’électrolyte. C’est l’hydrogène, qui est formé par une réaction chimique. Ces gaz sont dangereux car ils sont explosifs. La surcharge accélère également le vieillissement de la batterie. Et puis nous avons besoin d’un régulateur de charge solaire.

Batterie endommagée en raison d'une surcharge

Batterie endommagée en raison d’une surcharge

La fonction principale du régulateur de charge solaire est de réguler la tension et le courant générés par les panneaux solaires qui vont aux batteries pour empêcher les batteries de surcharger et garantir un état de fonctionnement sûr et une durée de vie plus longue.

Il existe 3 types de régulateurs:

1. Régulateur de courant

Le régulateur actuel agit comme un interrupteur. Il active ou désactive simplement le circuit de contrôle du débit de la batterie, tout comme la charge de la phase 1. Ils sont généralement appelés contrôleurs rotatifs, qui ne sont plus utilisés en raison de leur technologie obsolète.

2. Modulation de largeur d’impulsion (PWM)

Les contrôleurs shunt coupent complètement l’alimentation, tandis que le contrôleur PWM réduit progressivement la puissance. PWM est plus similaire à une charge flottante de niveau 3.

Nous aurons une discussion détaillée sur PWM et MPPT lorsque nous lancerons le sujet: PWM VS MPPT qui est mieux.

3. Régulateur de tension

La régulation de tension est courante. Le régulateur de charge solaire régule la charge en réponse à la tension de la batterie. C’est assez simple. Lorsque la tension de la batterie atteint une certaine valeur, le contrôleur protège la batterie de la surcharge en réduisant la puissance. Lorsque la tension de la batterie chute en raison d’une grande consommation d’énergie, le contrôleur permet la recharge.

3.2 Blocage du courant inverse

Une autre fonction principale est d’empêcher le flux de courant inverse.

La nuit, ou chaque fois qu’il n’y a pas de soleil, le panneau solaire n’a pas le pouvoir de se convertir en électricité, et, dans un système d’alimentation solaire, la tension du banc de batterie sera supérieure à la tension du panneau solaire parce que nous connaissons tous un courant de haute à basse tension. Ainsi, sans contrôleur de charge, l’électricité ira du parc de batteries au panneau solaire, ce qui est une perte d’énergie, car le système d’énergie solaire s’efforce de collecter de l’énergie pendant la journée, mais la consomme un peu la nuit. Bien que la perte ne soit que légèrement proportionnelle à l’énergie totale collectée, elle n’est pas difficile à résoudre.

Il bloque le courant inverse la nuit

Il bloque le courant inverse la nuit

Ce problème peut être résolu par un régulateur de charge solaire.

La plupart des régulateurs permettent au flux de passer uniquement du panneau solaire à la batterie en projetant un semi-conducteur dans le circuit, ce qui fuit le courant dans une seule direction.

Certains contrôleurs ont un interrupteur mécanique, également appelé relais. Lorsque le relais clique et s’éteint, vous entendrez un cliquetis. Lorsque la tension des panneaux solaires est inférieure à la tension de la batterie, il détecte puis coupe le circuit, déconnectant les panneaux solaires de la batterie.

3.3 Contrôle de charge

Certains régulateurs de charge solaires sont conçus avec un contrôle de charge, vous permettant de connecter une charge CC, telle qu’une lampe à LED (un exemple concret se trouve sur notre site Web, des lampadaires solaires LED tout-en-un), directement au contrôleur de charge solaire et le contrôle de charge allume et éteint l’ampoule selon son préréglage (tension de la batterie, capteur photoélectrique ou minuterie).

Régulateur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Régulateur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Par exemple, il y a généralement des minuteries dans les lampadaires solaires à LED, et le contrôle de charge lira l’heure à partir de la minuterie, puis exécutera la commande: allumez la LED au crépuscule à 7h00 et éteignez-la à 6h00 le lendemain matin. Ou le contrôle de charge lira les données du capteur de photocellule, puis contrôlera la LED marche / arrêt en fonction de la luminosité ambiante.

3.4 Commutateur basse tension (LVD)

Imaginez de l’eau bouillante dans une casserole et oubliez d’éteindre le feu jusqu’à ce que l’eau bouillante se soit complètement évaporée; il n’y a plus d’eau dans le pot sec et le pot surchauffe. Le pot est définitivement détruit. De la même manière, décharger complètement la batterie solaire entraînera des dommages permanents à la batterie.

Pot brûlé

Pot brûlé

Les batteries à décharge profonde sont largement utilisées dans les systèmes d’énergie solaire. La profondeur de décharge (DOD) pourrait atteindre 80%; cependant, ils sont soumis à des dommages permanents s’ils sont vidés jusqu’à 90% ou, pire encore, 100%.

Si vous attendez d’éteindre l’alimentation CC des batteries jusqu’à ce que vous constatiez que les lumières diminuent, des dommages aux batteries peuvent déjà se produire. La capacité et la durée de vie de la batterie diminuent à chaque fois qu’une décharge excessive se produit. Si la batterie devait fonctionner dans un tel état de décharge excessive pendant un certain temps, elle serait rapidement détruite.

La seule solution pratique pour protéger les batteries contre une décharge excessive consiste à éteindre et à rallumer la charge (tels que les appareils, les voyants LED, etc.), à condition que la tension se soit rétablie après une charge complète.

Normalement, si une batterie de 12 V tombe à 10,9 volts, la batterie serait au bord d’une surcharge. De même 21,9 volts pour une batterie 24V.

Interrupteur basse tension

Interrupteur basse tension

Si votre système solaire domestique a une charge CC, une fonction LVD est requise. Certains LVD sont intégrés dans les contrôleurs de charge, tandis que d’autres ne le sont pas.

3.5 Protection contre les surcharges

Fusible

Fusible

Lorsque le flux de courant d’entrée est beaucoup plus élevé que ce qui peut être transporté en toute sécurité dans le circuit, votre système est surchargé. Cela peut entraîner une surchauffe ou même un incendie. La surcharge peut être causée par diverses raisons, telles qu’une conception de câblage incorrecte (court-circuit) ou un dispositif problématique (ventilateur bloqué). Une réinitialisation de la pression est généralement conçue pour protéger le circuit d’une surcharge.

Cependant, il y a une protection intégrée contre les surcharges dans chaque régulateur de charge solaire; les grands systèmes d’énergie solaire nécessitent généralement une double protection de sécurité: fusibles ou disjoncteurs. Si la capacité de charge des fils est inférieure à la limite de surcharge du régulateur, l’installation d’un fusible ou d’un interrupteur dans votre circuit est nécessaire.

3.6 Écrans

Les affichages des régulateurs de charge solaire varient des indicateurs LED aux écrans LCD, avec des informations de tension et de courant. Les vues des systèmes d’énergie solaire sont les tableaux de bord d’une console de voiture. Ils vous donnent des informations détaillées afin que vous puissiez surveiller l’état de votre batterie: la quantité d’énergie que vous utilisez ou générez.

Régulateur de charge solaire avec indicateurs LED

Régulateur de charge solaire avec indicateurs LED

Si votre système possède déjà un moniteur avec son propre écran, la fonction d’affichage n’aurait pas d’importance. Même le moniteur le moins cher comprendrait des compteurs de base, tout comme les contrôleurs.

Régulateur de charge solaire avec écran LCD

Régulateur de charge solaire avec écran LCD

Chapitre 4: Contrôleur de charge PWM

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4.1 Glossaires à connaître

Nous allons parcourir quelques glossaires au début – voir le tableau suivant.

Nominalement Cellules Voc Vmp
12V 36 22V 17V
20V 60 38V 30V
24V 72 44V 36V
  • Voc, la tension en circuit ouvert, est la tension maximale à travers une cellule PV, lorsque vous mesurez un panneau solaire dans des conditions de test standard théoriques (STC) avec seulement un voltmètre connecté. La tension que le compteur reçoit est Voc.
  • Vmp, la tension d’alimentation maximale, est la tension de sortie des panneaux solaires lorsqu’ils sont connectés à un système PV.
  • Tension nominale est la tension de référence utilisée pour classer les équipements solaires dans un système hors réseau. Dans un système connecté au réseau, les tensions nominales (12v, 24v et 48v) n’ont pas de sens.
Panneau solaire monocristallin de 120 W avec une puissance nominale de 12V avec 36 morceaux de carrés de silicone

Panneau solaire monocristallin de 120 W avec une puissance nominale de 12V avec 36 morceaux de carrés de silicone

Bien que la charge de la batterie nécessite une tension plus élevée, les tensions nominales peuvent vous aider à trouver le bon équipement (comme une batterie) auquel le panneau solaire peut correspondre.

Donc,

Le panneau solaire 12V a en fait 22V Voc et 17V Vmp, avec 36 morceaux de carrés de silicone sur le devant.

De même

Le panneau solaire 24V a un 44V Voc et un 36V Vmp, avec 72 morceaux de carrés de silicone.

Vous vous demandez peut-être: pourquoi un panneau 12 volts n’est-il pas 12 volts?

voici l’affaire.

4.2 Pourquoi les panneaux de 12 volts sont de 17 volts

Une batterie de 12 V complètement chargée fait environ 12,6 V; pour charger une batterie de 12 V, nous avons besoin d’une tension d’entrée plus élevée – environ 13,7-14,4 volts à partir du panneau solaire. Mais pourquoi avons-nous conçu un panneau solaire 17 V Vmp et pas seulement 14 V?

Le volume du panneau solaire est mesuré dans des conditions de test standard ou STC, et Vmp est également mesuré sous STC, où la température ambiante n’est pas trop élevée, l’intensité de la lumière du soleil est parfaite – pas de nuages, pas de brouillard. Cependant, nous ne sommes pas toujours aussi heureux. Si nous rencontrons du mauvais temps – par exemple, des jours nuageux ou nuageux – la tension du panneau solaire chutera; Ainsi, les cartes doivent être conçues avec une tension supplémentaire afin que votre système puisse toujours recevoir suffisamment de tension, même si le temps n’est pas idéal; c’est à dire. il n’y a pas de soleil.

4.3 Types de régulateurs de charge:

Il existe trois types de régulateurs de charge solaire:

  • Contrôleurs shunt
  • PWM
  • MPPT

Contrôleurs shunt: Nous avons mentionné les commandes lorsque nous avons parlé de la régulation du courant – elles agissent comme des interrupteurs, allumant et éteignant la batterie. Vous pouvez toujours les voir sur d’anciens systèmes, même s’ils sont déjà retirés du marché. PWM et MPPT sont les deux principaux types qui prédominent aujourd’hui.

Maintenant

Passons d’abord à PWM.

4.4 Qu’est-ce qu’un régulateur de charge solaire PWM?

PWM (Pulse Width Modulated), littéralement, fonctionne en modulant la largeur d’impulsion actuelle.

Le PWM envoie des impulsions de charge occasionnelles aux batteries, pas une puissance de sortie constante. Il fonctionne comme une charge flottante triphasée qui génère un flux de courant vers la batterie.

Mais la vitesse (fréquence) et la durée (largeur) que l’impulsion doit produire sont déterminées par l’état de la batterie qu’elle détecte. Si la batterie est déjà complètement chargée et que les charges du système ne fonctionnent pas, le PWM enverra une impulsion très courte en quelques secondes; pour une batterie déchargée, les impulsions seraient presque ininterrompues. Tel est le principe de base du travail.

Bien que le PWM soit moins cher que le MPPT, en raison de l’impulsion forte générée par le PWM, vos signaux TV, radio ou téléphoniques peuvent souvent être interrompus lors du traitement d’un interrupteur rapide et éteint pendant le fonctionnement. Il s’agit d’une faille inhérente au PWM.

Lorsque votre système sélectionne PWM comme régulateur de charge, il est important que la tension nominale des panneaux solaires soit la même que la tension nominale du groupe de batteries;

à savoir,

PWM dans un système 12V

PWM dans un système 12V

si votre batterie est de 12V, vous devez également choisir un panneau solaire 12V.

PWM dans un système 24V

PWM dans un système 24V

Et si votre batterie est de 24V, vous devez utiliser un panneau solaire 24V ou deux fils de panneaux solaires 12V d’affilée, pour la rendre 24V.

PWM dans un système 48V

PWM dans un système 48V

Mais si votre batterie est de 48V, vous devrez connecter quatre panneaux solaires 12V ou deux panneaux solaires 24V d’affilée pour obtenir 48V.

Etc.

En attendant, assurez-vous que les spécifications du PWM s’adaptent également à votre batterie.

4.5 Combien ai-je besoin d’un contrôleur de charge solaire: PWM

Comment déterminer le PWM lors de la conception d’un système photovoltaïque hors réseau?

Étape 1, Obtenez le panneau solaire Isc (tension de tension courte) et voc (tension de circuit ouvert) de votre plaque signalétique et déterminez combien de fils parallèles sont dans le champ solaire.

plaque signalétique de panneau solaire

Autocollant sur le panneau solaire

Depuis la plaque signalétique,

nous lisons Voc 22.1V et Isc 8.68A, et confirmons qu’il s’agit d’un panneau solaire 12V nominal de Voc.

Commençons par un exemple simple et supposons que nous n’avons qu’une seule chaîne en parallèle.

Étape 2, Multipliez Isc par le nombre de chaînes en parallèle.

8.68Isc x 1 chaîne = 8.68A

Étape 3, multiplié par 1,25 coefficients de sécurité. (Pourquoi le facteur est de 1,25: voir NEC 690.8 (A) (1) courants de source photovoltaïque)

8,68 Isc x 1 chaîne x 1,25 = 10,85 A

On peut donc choisir un PWM dont la capacité de charge actuelle doit être supérieure à 10.85A.

Largeur d'alimentation en 24V 2 fils

Largeur d’alimentation en 24V 2 fils

Maintenant, vérifions un autre exemple avec 2 fils en 2 parallèles en utilisant le même panneau de 140 W.

Mais rappelez-vous – nous utilisons un régulateur de charge PWM, nous devons donc faire attention au nombre de panneaux dans les fils afin que la tension du générateur solaire corresponde à la tension du groupe de batteries.

Dans cet exemple, nous avons 2 panneaux parallèles et 2 panneaux dans une rangée, donc le panneau solaire est destiné à un système avec des batteries de 24 V.

8,68 Isc x 2 fils x 1,25 = 21,7 A

Un régulateur de charge solaire de 25 A PWM suffirait.

Chapitre 5: Contrôleur de charge MPPT

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5.1 Comment fonctionne le régulateur de charge solaire MPPT?

Quelle est la signification de MPPT?

MPPT est un acronyme pour le suivi de puissance maximale qui est un type de suivi numérique électronique.

Le MPPT est plus sophistiqué – et en même temps plus cher – que les deux. MPPT a une efficacité de conversion d’environ 94% à 98%. Autrement dit, la puissance (à partir du panneau solaire) est presque égale à la consommation (sur la batterie).

Les contrôleurs de charge MPPT lisent la sortie du panneau solaire et la tension de la batterie pour déterminer le meilleur point d’alimentation du panneau solaire; alors MPPT réduit la tension pour répondre à la tension de charge de la batterie tout en augmentant le courant. Ce faisant, le MPPT peut augmenter l’énergie que nous obtenons finalement des panneaux solaires de près de 40%, par rapport au PWM, car le PWM ne peut pas augmenter le courant pour suivre la valeur de puissance maximale.

Contrairement au PWM, qui nécessite que les tensions correspondent des deux côtés, le MPPT peut être appliqué à un système PV, dont la tension du panneau solaire est supérieure à la tension de la batterie. Cette fonctionnalité apporte à MPPT un certain nombre d’avantages, dont nous parlerons au chapitre 6

Triste,

passons aux exemples pour obtenir rapidement le point.

5.2 Comment configurer un régulateur de charge solaire MPPT?

Rappelez-vous les panneaux nominaux de 20 V avec 60 cellules?

Dans le circuit PWM, ils sont trop gros pour accueillir une batterie 12 V et trop petits pour une batterie de banque 24 V, mais MPPT peut résoudre cette situation délicate.

La carte 20 V a 30 Vmp et 9A Imp, et la puissance nominale = 30 x 9 = 270W.

Supposons qu’une carte 20V se réfère à une batterie 12V. Le MPPT convertira 30V à environ 14V pour charger la batterie et augmenter la puissance afin de pouvoir tirer le maximum d’énergie du panneau solaire.

Si nous réduisons 30V à 14V, le taux diminue

30/14 = 2,14

Ensuite, le courant est augmenté

9 x 2,14 = 19,28A.

Finalement,

30 x 9 = 14 x 19,28 = 270 watts (puissance égale à la puissance de sortie);

comme le courant de sortie est de 19,28 A, nous multiplions par 1,25 le facteur de sécurité.

Nous avons compris

19,28 x 1,25 = 24,1A.

Il serait donc judicieux de choisir un MPPT avec une capacité actuelle supérieure à 24,1 A.

Un autre exemple avec 2 fils en 2 parallèles utilisant un panneau de charge de batterie nominal 20V 12V: la puissance totale est

270 x 4 = 1080 W.

La sortie actuelle serait

1080/14 = 77,14A.

Multipliez par 1,25

77,14 x 1,25 = 96,43A.

Nous allons donc choisir 100A MPPT.

5.3 Taille du régulateur de charge: tension du régulateur

Une autre chose à laquelle nous devons prêter attention lors de la détermination de la taille d’un régulateur de charge solaire est la tension. Assurez-vous que le contrôleur peut gérer la tension d’entrée des cartes. Le régulateur de charge 150V ne peut transporter que trois panneaux nominaux 20V en série. Vous vous demandez peut-être … 3 x 20 = 60V? C’est loin de 150V!

Pourquoi?

En effet, la tension réelle générée par les panneaux solaires peut être bien supérieure à 20 V; parfois plus grand que Vmp 30V. Nous utilisons donc Voc pour le calcul. Voc = 38V.

3 x 38 = 114 V

Ensuite, il y a trois panneaux nominaux 20V dans la série 114V

Tableau NEC 690.7

Tableau NEC 690.7

Comme la tension sur la carte augmentera par temps froid, voir le tableau NEC 690.7. Ensuite, nous choisissons le facteur le plus sûr, 1,25, multiplions 114v par 1,25,

on a

114 x 1,25 = 142,5 V.

Vous pouvez maintenant comprendre pourquoi un contrôleur 150 V ne peut prendre en charge que trois 20 V en série, surtout en hiver.

Aujourd’hui, les contrôleurs nouvellement développés pourraient avoir des tensions beaucoup plus élevées; certains modèles prennent même en charge les entrées 700V. Ceci est très important lorsque votre panneau solaire est loin de votre batterie.

Voyons la raison au chapitre 6.

Chapitre 6: PWM Vs. MPPT

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6.1 PWM Vs. MPPT: Quel est le meilleur?

Nous avons découvert les caractéristiques des deux contrôleurs (PWM et MPPT) dans les chapitres précédents. Nous avons bien remarqué que le PWM ne convertit pas la tension supplémentaire en courants, ce qui entraîne un faible taux de conversion électrique. En d’autres termes, le PWM ne transfère pas toute l’énergie collectée par les panneaux solaires aux batteries, mais le MPPT surveille toujours le point de puissance maximale du panneau et ajuste le courant et la tension en conséquence afin qu’il puisse transférer toute l’énergie collectée par le panneau solaire à la batterie.

PWM Vs. MPPT

PWM Vs. MPPT

Un exemple concret expliquera clairement ceci:

Formule physique de base:

Puissance (watts) = V (Volts) x I (Ampères)

Si nous utilisons un panneau solaire nominal de 12 V, 100 W pour charger le système de batterie 12V, le Vmp réel est de 17V, et nous pouvons calculer sa sortie actuelle:

I = puissance / V

I = 100/17 = 5,88 ampères

Nous savons maintenant que la carte de sortie est de 17 V et 5,88 A.

Scénario 1: Le système photovoltaïque est équipé d’un régulateur de charge solaire PWM.

Le PWM va tirer la tension jusqu’à la tension de charge de la batterie – environ 14V. Après avoir traversé le PWM, l’énergie solaire ne reste que 14 V et 5,88A.

C’est:

P = V x I = 14 x 5,88 = 82,32 W

Scénario 2: Le système photovoltaïque est équipé d’un régulateur de charge solaire MPPT.

Le MPPT non seulement tire la tension jusqu’à 14 V, mais augmente également le courant, de sorte que la puissance est presque égale à l’alimentation.

Donc, si la tension est réduite de 17/14 = 1,21

Ensuite, le courant vers la batterie augmente de 1,21, nous avons

5,88 x 1,21 = 7,11 A

Pouvoir total

P = 14 x 7,11 = 99,54 W

Dans cet exemple, la puissance consommée par le PWM est consommée

99,54 – 82,32 = 17,22 W

Près de 20% de l’énergie n’est pas convertie en énergie chimique de la batterie. Si nous considérons le scénario dans un grand champ solaire, la perte pourrait être énorme.

Il est donc préférable d’utiliser MPPT pour un grand panneau solaire.

6.2 Forces MPPT

a) Haute efficacité de conversion

Si votre système photovoltaïque est livré avec un grand champ solaire, MPPT serait le meilleur choix pour encourager la conversion de l’énergie solaire, en particulier par temps froid, car la tension sur le panneau augmente à mesure que la température baisse. Le taux de conversion MPPT pourrait passer de 20% à 40%. C’est une énergie verte et gratuite qui fait vraiment des économies sur votre compte.

Une série de distances par rapport au panneau solaire

Une série de distances par rapport au panneau solaire

b) Moins de pertes d’énergie dans les câbles ou moins de coûts d’achat de câbles.

Rappelez-vous la formule juridique d’Ohm

V (volts) = R (Ohm) x I (ampères)

Puissance de sortie POh (Watt) = V (volts) x I (ampères)

Donc

Perte de résistance PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Ampère)

Si vos panneaux photovoltaïques sont installés à une grande distance de la batterie, la perte de résistance du câble est importante (PR = R x I2 ). Ici R représente la résistance des câbles. R augmente à mesure que la longueur du câble augmente:

Formule de résistance du câble

Formule de résistance du câble

Mais si nous doublons la tension du panneau solaire en les connectant en plusieurs séries, selon POh = V x I, pas de changement de la puissance de sortie totale POh , de sorte que le courant traversant le câble doit être de moitié.

Enfin, la résistance de PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Ampère) sera un quart qu’auparavant.

En fait, avec MPPT, vous pouvez encore augmenter la tension du panneau solaire pour réduire le flux de courant.

Dans ce cas, nous augmentons la tension du panneau pour réduire la perte de résistance via les câbles, et puisque nous utilisons MPPT qui surveille toujours la collecte de la puissance maximale des cartes, nous n’avons pas de perte de tension comme PWM peut avoir.

Nous pourrions regarder ce sujet sous un autre aspect. Si vous ne pouvez pas augmenter la tension sur la carte, vous devez trouver une solution pour réduire la résistance du câble, car résistance = résistance = longueur / surface, il semble que la seule façon d’utiliser des câbles avec de grandes zones transversales, et ce sera un autre énorme le montant d’argent à dépenser.

Pour une inversion, en ce qui concerne les petits systèmes, le PWM est une bonne solution car il est peu coûteux, mais pour les grands systèmes, afin d’améliorer le taux de conversion et de ne pas consommer la capacité du panneau solaire à utiliser l’énergie solaire, le MPPT est préféré. Le MPPT s’appliquerait toujours aux systèmes de puissance supérieure.

6.3 Avantages et inconvénients

Avant de prendre la décision d’acheter un régulateur de charge solaire pour votre système PV, il est nécessaire d’apprendre les informations du contenu précédent. Un tableau de comparaison, montrant la différence entre PWM et MPPT, est également suggéré. Nous avons donc rassemblé leurs avantages et leurs inconvénients pour vous permettre de naviguer.

Avantages Les inconvénients
PWM
  • La technologie PWM est disponible depuis longtemps dans les systèmes PV et est une technologie relativement stable et mature
  • Ils sont rentables et abordables pour la plupart des consommateurs
  • Le PWM peut actuellement supporter jusqu’à 60 ampères
  • La plupart des PWM ont une structure de distribution de chaleur raisonnable qui leur permet de fonctionner en continu
  • PWM est disponible dans une variété de tailles pour convenir à un large éventail d’applications
  • Si le PWM est appliqué aux systèmes solaires photovoltaïques, la tension du panneau solaire doit correspondre à la tension de la batterie
  • La capacité de charge actuelle d’un seul PWM n’a pas été développée et n’est toujours que jusqu’à 60 A
  • Certains contrôleurs PWM de plus petit format peuvent ne pas être répertoriés en raison d’une mauvaise conception de la structure
  • Certains PWM plus petits n’ont pas de tube de renforcement
  • PWM a parfois des problèmes d’interférence de signal. Les contrôleurs génèrent du bruit dans la télévision ou les radios
  • PWM limite dans une certaine mesure l’expansion des systèmes solaires photovoltaïques
  • Il ne peut pas être appliqué aux panneaux solaires hors réseau haute tension
MPPT
  • MPPT maximizes the conversion of solar energy from PV panels, and the rates can be 40% more efficient than PWM
  • MPPT can be used in cases where the solar panel voltage is higher than the battery voltage.
  • MPPT can withstand up to 80 amps load current
  • MPPT features longer warranties than PWM
  • MPPT does not limit the expansion of solar panels in the system
  • MPPT is the only solution for a hybrid solar power system
  • MPPT are more expensive than PWM. The pricing of some models is double that of a PWM charge controller
  • Since MPPT has more components and functions, its physical size is larger than PWM.
  • MPPT are more complicated, so most time, we need to follow a guide when sizing the solar array
  • MPPT solar controller constantly compels the solar panel array wired in strings

6.4 Does every solar PV system need a charge controller?

The answer is no.

Generally, if your solar panel is less then 5 watts for every 100 amp hours battery, then you do not need a solar charge controller.

Here is a formula we can use:

Quotient = Battery Capacity (Amp Hour) / Imp of solar panel (Amps)

If the quotient is larger than 200, you don’t need a controller; otherwise, you’d better install a controller.

For example, if you have a 200AH battery and 20W panel, the quotient would be 200/1.18=169.5; in this case, you need a controller.

If you have 400AH battery and 10W panel, the quotient would be 400/0.59=677.9; in this case, you do not need a controller.

Glossaries

  • Set Points: The specific voltages that were set for charge controllers to change charging rates.
  • DoD: Depth of Discharge, the proportion of battery capacity (amp hours) removed from a fully charged battery. For example, if total battery capacity is 100 Ah and 40 Ah is already discharged, then the DoD is 40%.
  • Deep Cycle Battery: Lead-acid battery, which can always be deeply discharged to a low state-of-charge. Deep cycle batteries have high DoD.
  • Imp: Current at maximum power; the quotient of maximum power by Vmp.
  • STC: Standard test conditions, ideal conditions in a laboratory where a fixture is tested.
  • Voc: Open-circuit voltage, the maximum voltage across a PV cell, when you measure a solar panel in theoretically standard test conditions (STC) with only voltmeter connected. The voltage the meter gets is the Voc.
  • Vmp: Voltage at maximum power, the output voltage of a solar panel when it is connected to the PV system.
  • Nominal Voltage: A reference voltage used to categorize solar equipment in an off-grid system. In a grid-tied system, the nominal voltages (12v, 24v and 48v) are meaningless.
  • Isc: Short-circuit current, the maximum current across an external circuit that is without any loads or resistance.

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