Un contrôleur de charge solaire est un équipement qui contrôle la tension et le courant électrique que les panneaux solaires fournissent à une batterie. Les contrôleurs de charge vérifient l'état de charge de la batterie pour optimiser le processus de charge et la durée de vie de l'appareil
Un contrôleur de charge solaire est spécialement conçu pour un système photovoltaïque.
Le contrôleur de charge peut être fourni sous forme d'appareil séparé (par exemple, une unité électronique dans une éolienne ou un système solaire photovoltaïque) ou sous forme de microcircuit à intégrer dans une batterie ou un chargeur.
La tension des panneaux solaires peut être supérieure à la tension de charge finale des batteries. Cela garantit que les panneaux solaires sont toujours capables de charger la batterie, même lorsque la température des cellules de la batterie est élevée et que la tension générée diminue.
A quoi sert un contrôleur de charge ?
Les régulateurs de charge remplissent les fonctions suivantes :
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Le régulateur de charge batterie vérifie l'état de charge de la batterie.
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Ils optimisent le processus de chargement en limitant la vitesse de chargement et de déchargement.
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Ils prolongent la durée de vie utile de l'appareil.
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Ils protègent le banc de batteries d'éventuelles surcharges.
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Fournir un courant supérieur au courant d'autodécharge mais inférieur au courant de charge maximum pour éviter de détruire la batterie.
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Compensation des différences de flux d'énergie lorsque l'alimentation est fournie au consommateur en même temps que la batterie est en cours de charge.
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Mesure de la température (à l'aide d'un capteur de température) pour l'arrêt d'urgence de la charge froide ou en cas de surchauffe.
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Mesure de pression pour l'arrêt d'urgence de la charge en cas de fuite de gaz.
Pourquoi contrôler la surtension de la batterie ?
Cette surtension a deux inconvénients :
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D'une part, une petite partie de l'énergie théorique maximale que peut fournir le panneau photovoltaïque (10%) est perdue, ce qui serait obtenu s'il fonctionnait à des tensions légèrement supérieures à celles imposées par la batterie.
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D'autre part, lorsque la batterie atteint son état de pleine charge, elle n'atteindra pas son potentiel maximum que le panneau solaire peut théoriquement donner, et le panneau solaire continuera à essayer d'injecter de l'énergie aux bornes de la batterie, ce qui provoquera une surcharge qui endommagerait la batterie qui peut l'endommager.
Paramètres d'un régulateur de charge solaire
Les paramètres qui définissent un contrôleur de charge pour panneau solaire sont :
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Tension maximale admise ou tension maximale de régulation : c'est la valeur de la tension nominale maximale que le régulateur permet d'appliquer à la batterie.
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Intervalle d'hystérésis supérieur : c'est la différence entre la tension maximale de régulation et la tension à laquelle le régulateur laisse passer tout le courant produit par les panneaux solaires. Pour une valeur de tension intermédiaire, le régulateur laisse passer une fraction du courant produit par les panneaux photovoltaïques, d'autant plus faible que la tension aux bornes de la batterie est proche de la valeur maximale de régulation.
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Tension de coupure : tension à laquelle les charges des consommateurs sont automatiquement déconnectées afin d'éviter de surcharger la batterie.
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Intervalle d'hystérésis inférieur : c'est la différence entre la tension de déconnexion et la tension à laquelle les charges sont autorisées à se reconnecter à la batterie.
Caractéristiques habituelles des régulateurs de charge
Les paramètres suivants définissent les caractéristiques les plus courantes des régulateurs de charge utilisés dans les installations solaires photovoltaïques autonomes :
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Protection contre les surcharges de l'accumulateur (coupure haute) : c'est la fonction de base du régulateur. Il empêche la batterie de chauffer, de perdre l'eau de l'électrolyte et les plaques de s'oxyder.
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Alarme de batterie faible : indicateurs sonores/lumineux qui indiquent que la batterie est suffisamment déchargée. A partir de ce moment, l'utilisateur peut modérer la consommation, ce qui évitera une décharge nocive et excessive de l'accumulateur.
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Déconnexion de batterie faible (low battery cut-off) : cette fonction amène le régulateur à couper l'alimentation en courant des consommateurs si le niveau de charge de l'accumulateur est trop faible et, par conséquent, court le risque d'une décharge profonde, ce qui provoquerait problèmes de sulfatation.
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Protection contre les courts-circuits : cette fonction permet, au moyen d'un fusible, de protéger le régulateur, ainsi que la sortie de l'accumulateur contre les courants élevés en cas de court-circuit dans l'un des circuits de consommation de l'installation.
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Visualisation des fonctions : la plupart des régulateurs disposent d'un système visuel qui permet d'obtenir des informations sur l'état de l'installation, simplement avec des indicateurs indiquant que les panneaux sont alimentés, si la batterie est chargée ou déchargée, ou plus précisément via des indicateurs de niveaux de charge actuels , Voltage de batterie...
Types de régulateurs de charge solaire
Il existe deux types de contrôleurs de charge solaire :
Contrôleur de charge solaire PWM
Les régulateurs PWM (Pulse Width Modulation) modulent le courant par impulsions. Il ne coupe le passage du courant entre les modules photovoltaïques et les batteries que lorsque ces batteries sont complètement chargées.
Ce type de régulateur de batterie doit fonctionner avec la même tension nominale entre les panneaux solaires et les batteries. Pour ce faire, les panneaux solaires ne fonctionnent pas toujours à puissance maximale, c'est pourquoi les performances de l'installation photovoltaïque diminuent puisqu'une partie de l'énergie générée est perdue. Au contraire, ils sont moins chers.
Il existe des contrôleurs PWM conçus pour fonctionner avec une tension de sortie des panneaux de 12V, 24V et 48V.
Régulateur de charge solaire MPPT
Les régulateurs de charge MPPT (maximum power point tracking) sont conçus pour profiter au maximum de la production du panneau photovoltaïque.
Ce type de contrôleur solaire ajuste efficacement cette tension à celle requise par la batterie, en gagnant en intensité et en conservant la puissance totale de production.
Le régulateur solaire MPPT est plus cher que les régulateurs PWM, mais la meilleure capacité à profiter de la production électrique des cellules solaires compense le surcoût.
Le régulateur MPPT comprend un transformateur DC-DC et un contrôleur de point de puissance maximale. Le transformateur DC-DC convertit le courant continu haute tension en courant continu basse tension pendant la charge de la batterie.
Systèmes de sécurité
Le régulateur de charge a pour mission de réguler le courant absorbé par la batterie afin qu'elle ne soit jamais dangereusement surchargée. Pour cette raison, il détecte et mesure en permanence la tension et l'état de charge de la batterie.
Si ces paramètres atteignent une certaine valeur, il agit de deux manières possibles :
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Couper le flux de courant vers la batterie
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Ne laisser passer qu'une partie pour la maintenir dans un état complètement chargé, sans la dépasser.
Ce courant minimum est appelé courant d'entretien et se produit lorsque la batterie est complètement chargée et reçoit juste assez d'énergie pour la maintenir dans cet état.
Qu'est-ce qu'une diode de blocage ?
Un élément particulièrement important que de nombreux régulateurs incorporent est une diode de blocage.
La diode de blocage permet au courant de circuler dans une seule direction à partir des panneaux de batterie et non dans l'autre sens. Cette diode est nécessaire lorsque le rayonnement solaire est faible et que la tension de la batterie est supérieure à celle des panneaux photovoltaïques, évitant ainsi que la batterie ne soit déchargée par les panneaux solaires photovoltaïques.
Quels sont les régulateurs de charge avec suivi de puissance maximale?
Les régulateurs de charge avec surveillance de puissance maximale sont des contrôleurs de charge qui intègrent un convertisseur de courant continu en courant alternatif à la sortie des modules solaires.
Ce convertisseur de courant permet d'isoler la tension de travail des modules photovoltaïques de la tension de la batterie. De cette façon, les modules peuvent fonctionner à leur point de puissance maximum et, par conséquent, aux performances maximales possibles.
Exemple de contrôleur de charge avec suivi de puissance maximale
Si nous prenons comme exemple un module photovoltaïque dans lequel les données fournies par le constructeur sont: 53Wp à 17,4V et 3,05A.
Lorsque nous connectons le module directement à un accumulateur avec une tension entre bornes qui, en ce moment, est de 12 V, le module délivre réellement une puissance de:
Puissance réel = 12 V · 3,05A = 36,6W
En d'autres termes, sur les 53W disponibles, lorsqu'une batterie 12 V est directement chargée aux bornes, nous ne profitons que de 36,6 W, ce qui implique une perte de puissance de 30%.
La question est: où manquent les autres Watts? Nulle part, puisque la génération du module est courante et non pas électrique.
L'objectif est d'atteindre la puissance maximale du module photovoltaïque en utilisant des régulateurs de charge avec un localisateur de puissance maximale. Dans ce moteur de recherche, la compensation ultérieure de la tension en intensité est développée.
