LE RÉGULATEUR SOLAIRE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT D'UN RÉGULATEUR SOLAIRE
Qu'est-ce qu'un régulateur de charge/décharge solaire ?
DESCRIPTION
Le régulateur de charge/décharge est associé à un générateur photovoltaïque, il a pour rôle, entre autres, de contrôler la charge de la batterie et de limiter sa décharge. Sa fonction est primordiale, car elle a un impact direct sur la durée de vie de la batterie.
On trouve sur les installations plusieurs technologies de contrôleur de charge :
Régulation tout ou rien (TOR) par coupure électromécanique. Ce type de régulateur n'est plus commercialisé et est amené à disparaitre.
Régulation MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) avec deux types de couplage sur la batterie.
Couplage direct appelé régulateur PWM (Pulse Width Modulation).
Couplage par adaptateur d'impédance appelé régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking).
FONCTIONNEMENT
1/ Régulation PWM (Pulse Width Modulation)
Le régulateur est inséré entre le champ photovoltaïque et la batterie. Il est composé d'un interrupteur électronique fonctionnant en MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) et d'un dispositif anti-retour (diode).
L'ouverture et la fermeture de l'interrupteur électronique s'effectuent à une certaine fréquence, ce qui permet de réguler le courant de charge en fonction de l'état de charge avec précision.
Lorsque la tension batterie est inférieure à la tension de limitation du régulateur, l'interrupteur est fermé. La batterie se charge alors avec le courant correspondant à l'ensoleillement. On est en phase "Bulk".
Lorsque la tension batterie atteint un seuil de régulation prédéterminé, l'interrupteur s'ouvre et se ferme à une fréquence fixe pour maintenir un courant moyen injecté dans la batterie. La batterie est chargée, on est en phase "Floating".
Attention
Le régulateur PWM ne peut fonctionner qu'exclusivement avec des modules photovoltaïques 36 ou 72 cellules (12V ou 24V).
2/ Régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking)
Le régulateur de charge est composé d'un convertisseur DC/DC à découpage de haut rendement qui assure trois fonctions :
- Détection de la puissance maximale du champ photovoltaïque tant que la batterie n'est pas chargée.
- Conversion DC/DC.
- Régulation de la tension de sortie en fonction de la phase de charge (Bulk, Absorption et Floating).
A savoir
Le convertisseur DC/DC est utilisé comme abaisseur de tension. Ce qui signifie que la tension MPP du générateur photovoltaïque doit toujours être supérieure à la tension batterie.
Le champ solaire est connecté à l'entrée du régulateur et la batterie à sa sortie. Lorsque la tension batterie est inférieure à la tension de régulation, le régulateur fait fonctionner le générateur photovoltaïque à puissance maximale Pmpp et transfère cette puissance à la sortie.
Par conception, le régulateur MPPT permet un gain de production de 5 à 30% par rapport à un régulateur PWM. Ce gain augmentera en hiver et pendant les périodes de faible ensoleillement.
Le régulateur de charge MPPT permet une plus grande souplesse au niveau du choix des panneaux. En effet, tous les types de module photovoltaïque peuvent être utilisés du moment que l'on reste dans les tolérances de tension (V) et de courant (A) du régulateur.
Choix et compatibilité
Le régulateur de charge doit être compatible avec les panneaux solaires et la batterie.
1/ Pour la ou les batteries
Il suffit de connaitre la tension du parc complet, 12V, 24V, 36V ou 48V.
2/ Pour le ou les panneaux
Il y a plusieurs cas possibles. (pour plus d'informations sur les panneaux, rendez-vous sur la page d'installation des panneaux solaires).
Panneaux 36 cellules (12V) ou 72 cellules (24V) :
- Avec un régulateur classique type "PWM", la tension panneau doit être la même que celle de la batterie. Dans le cas d'une batterie 12V, on doit avoir un panneau 12V ou plusieurs mais branchés en parallèle pour ne pas modifier la tension. On ne pourra pas utiliser un panneau 24V ou deux panneaux 12V branchés en série qui donnerait du 24V.
- Avec un régulateur MPPT, la tension panneau doit être supérieure à celle de la batterie pour qu'il fonctionne correctement. 5V de plus pour démarrer la charge puis 1V une fois lancé.
Panneaux 54 / 60 cellules et autres :
- On pourra utiliser uniquement un régulateur MPPT car la tension panneau ne correspond pas à une tension batterie standard. On s'assurera toutefois d'avoir toujours une tension supérieure à celle de la batterie.
3/ Régulateur MPPT
Il est limité en tension côté panneau solaire, 75V, 100V, 150V ou plus.
Pour savoir si le régulateur est compatible avec les panneaux qu'on cherchera à brancher en série pour obtenir la tension la plus élevée possible, on additionne les tensions à vide (Uoc) puis on ajoute un coefficient de 20% pour tenir compte de l'influence de la température ambiante.
Exemple : 2 Panneaux 250Wc avec une tension à vide de 38V chacun nous donne : 38(V) + 38(V) = 76(V) x 1.2 = 91.2V
Il faudra donc un régulateur qui supporte une tension en entrée de 100V.
A savoir
Concernant le courant du régulateur, une seule formule s'applique : P = U x I ("P" étant la puissance en Watt, "U" la tension en Volts et "I" le courant en A).
Exemple : 2 Panneaux 150Wc avec une batterie en 12V donne : 300(W) = 12(V) x I(A) >>> I = 300 / 12 = 25A
Il faudra donc un régulateur de 25A.
Installation du régulateur
Le régulateur de charge assure plusieurs fonctions :
Régulation de la charge de la batterie par limitation de la tension pour éviter les surcharges.
Limitation de la décharge par délestage de l'utilisation, pour éviter les décharges trop profondes risquant d'endommager la batterie.
Contrôle du fonctionnement du système par voyant ou affichage LCD.
Il doit être installé au plus près de la batterie pour limiter la longueur des câbles et donc les pertes d'énergies.
Il est préférable de choisir un emplacement hors gel, au sec et ventilé.
Se référer à la notice fabricant.
Câblage
Le choix du câble est primordial pour le bon fonctionnement du système. Une section de câble insuffisante va provoquer une grande perte d'énergie.
Le dimensionnement du câble est définis par le courant et la tension qui le traverse ainsi que par sa longueur.
Pour calculer la section adéquate, reportez-vous au tableau de dimensionnement.
Attention
1/ Sur tous les modèles de régulateur PWM ou MPPT, il est important de raccorder la batterie en 1er puis de le mettre sous tension sans aucun autre branchement pour que l'appareil identifie la tension du système (12V, 24V, 36V ou 48V).
2/ De plus, pour les régulateurs équipés d'une sortie pour l'alimentation des consommateurs (sortie de charge en 12, 24 ou 48 V), il est fortement déconseillé d'y brancher un onduleur ou une pompe en direct. Le risque est d'endommager le régulateur.
Vérifier la polarité des câbles avant chaque branchement à l'aide d'un testeur (multimètre) ou en repérant les câbles avec du scotch par exemple. Les couleurs communes étant le rouge pour le (+) et le bleu pour le (-).
Consignes de sécurité
Le plus souvent le câble souple sera privilégié (multi-brins fins), il faut donc s'assurer que tous les brins du câble sont bien rentrés dans le bornier de connexion. Si des brins sont écrasés, pliés ou ressortis, recommencer le branchement.
Ne pas couper des brins sur un câble pour réduire la section. Si le câble est trop gros pour le bornier, il convient de le remplacer par une section inférieure. La section maximale tolérée par le régulateur est indiquée sur la fiche technique.
Les risques liés à des brins qui dépassent du bornier ou à une mauvaise connexion sont :
Le court-circuit, incendie, brûlure…
Conseil pratique
Protéger toutes les entrées et sorties du régulateur avec des protections individuelles type disjoncteur ou fusible ayant un calibre adapté.
Maintenance
Le régulateur ne nécessite pas de maintenance particulière.
Cependant, pour s'assurer du bon fonctionnement, il est conseillé d'effectuer quelques contrôles périodiques :
Vérifier les connexions, (serrage, absence de corrosion)
Vérifier l'état général des câbles et de leurs supports.