Contrôleur de charge solaire: le guide définitif

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Contrôleur de charge solaire: le guide définitif

Contrôleur de charge solaire: le guide définitif

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Chapitre 1: Qu'est-ce qu'un contrôleur de charge solaire?

Un contrôleur de charge solaire, ou régulateur de charge solaire, est un instrument important dans presque tous les systèmes d'énergie solaire qui utilisent des batteries comme solution de stockage d'énergie chimique. Il est utilisé seul ou systèmes d'énergie solaire hybride mais pas utilisé dans les systèmes droits liés au réseau, qui n'ont pas de piles rechargeables.

système d'alimentation solaire autonome

Système d'énergie solaire autonome

Ses deux fonctions de base sont très simples:

  1. Empêche les batteries de surcharger
  2. Bloque le flux de courant inverse.

Une surcharge peut entraîner une surchauffe de la batterie ou, dans des cas extrêmes, un incendie. Les batteries noyées dans un cycle profond surchargées pourraient également émettre du gaz d'hydrogène, qui est explosif. De plus, une surcharge risque de ruiner rapidement la batterie, réduisant ainsi considérablement sa durée de vie.

Batterie au plomb brûlée

Batterie au plomb brûlée

Les contrôleurs de charge solaire peuvent empêcher la circulation du courant inverse des batteries vers les panneaux solaires la nuit lorsque la tension des panneaux solaires est inférieure à celle des batteries.

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

Nous allons plonger dans l'article pour vérifier ces fonctions et caractéristiques une par une.

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Chapitre 2: Chargement d’une batterie: charge en plusieurs étapes

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Mais avant de plonger directement dans Chapitre 3: Fonctions et caractéristiques d'un régulateur de charge solaire, nous ferions mieux de regarder les informations nécessaires sur le chargement d’une batterie.

Si vous connaissez déjà assez bien cette information, vous pouvez passer directement à chapitre 3 d'ici.

Versez de l'eau dans une tasse

Versez de l'eau dans une tasse

2.1 Brève interprétation

Imaginez que vous versiez de l'eau dans une tasse. Au début, vous verserez plus rapidement. lorsque la tasse est presque pleine, le débit d'eau ralentit pour que l'eau ne déborde pas de la tasse. Au contraire, si vous continuez à verser de l'eau plus rapidement, il vous sera difficile d'arrêter le flux à la fin, et l'eau débordera de cette tasse.

Chargement de la batterie solaire

Chargement de la batterie solaire

La même théorie s'applique à la charge d'une batterie:

  • Lorsque la batterie est faible, le contrôleur de charge fournit beaucoup d’énergie pour une charge rapide.
  • Lorsque la batterie est presque pleine, il ralentit le chargeur en régulant sa tension et son courant.
  • Lorsque la batterie est pleine, il n’envoie qu’un filet d’alimentation pour garder une charge complète.

Il s’agit de la charge dite à plusieurs étapes.

Exemple 2.2: étapes de 3-4

Définir des points:

Afin de vous assurer que vous pouvez facilement comprendre le contenu suivant, qui fait référence à un exemple de chargement en plusieurs étapes (étapes 3-4), expliquons tout d'abord le jargon "points de réglage".

En bref,

le contrôleur de charge solaire est configuré pour modifier son taux de charge à des tensions spécifiques, appelées les points de consigne.

Les points de consigne sont généralement compensés en température, et nous discuterons de ce sujet après l'exemple de la charge en plusieurs étapes.

Voyons maintenant l'exemple en détail

Voici un exemple tiré de MorningStar, qui présente des étapes de chargement 4.

Étapes de charge MorningStar 4

Source: MorningStar, étapes de chargement 4

2.2.1 Stage 1: Charge globale

À ce stade, le groupe de batteries est faible et sa tension est inférieure au point de consigne de la tension d'absorption. Ainsi, le contrôleur de charge solaire envoie le maximum d’énergie solaire disponible au groupe de batteries pour le recharger.

2.2.2 Stage 2: Charge d'absorption

Lorsque sa tension atteint le point de consigne de la tension d'absorption, la tension de sortie du contrôleur de charge solaire conservera une valeur relativement constante. Une entrée de tension constante empêche un groupe de batteries de surchauffer et de provoquer des gaz excessifs. Généralement, le groupe de batteries peut être complètement chargé à ce stade.

2.2.3 Stage 3: Charge d'entretien

Comme nous le savons, le groupe de batteries est complètement chargé au stade de l’absorption et une batterie complètement chargée ne peut plus convertir l’énergie solaire en énergie chimique. Le contrôleur de charge ne produira plus d’énergie que pour chauffer et dégager des gaz, car il est surchargé.

Filet de robinet

Filet de robinet

La phase de flottement est conçue pour empêcher le groupe de batteries de surcharger à long terme. À ce stade, le contrôleur de charge réduira la tension de charge et délivrera une très petite quantité d’énergie, comme des charges, afin de maintenir le parc de batteries et d’empêcher tout réchauffement et tout dégagement de gaz.

2.2.4 Stage 4: Charge d'égalisation

La charge d'égalisation utilise une tension supérieure à celle de la charge d'absorption, de manière à niveler toutes les cellules d'un groupe de batteries. Comme on le sait, les batteries en série et / ou parallèles constituent un groupe de batteries. Si certaines cellules du groupe de batteries ne sont pas complètement rechargées, cette étape les rend toutes complètement rechargées et complète toutes les réactions chimiques de la batterie.

Eau bouillante

Eau bouillante

Puisqu'il suit l'étape 3 (lorsque le groupe de batteries est complètement rechargé), lorsque nous augmentons la tension et envoyons plus de puissance aux batteries, les électrolytes donneront l'impression qu'ils sont en train de bouillir. En réalité, il ne fait pas chaud; c'est l'hydrogène généré à partir des électrolytes, produisant beaucoup de bulles. Ces bulles remuent les électrolytes.

Il est essentiel d’agiter régulièrement les électrolytes de cette manière pour éviter l’inondation d’un groupe de batteries.

On peut considérer cela comme une surcharge périodique, mais cela est bénéfique (parfois essentiel) pour certaines batteries, telles que les batteries saturées et non non scellées, telles que les batteries AGM et Gel.

Généralement, vous pouvez trouver dans les spécifications de la batterie combien de temps la charge d'égalisation doit durer, puis définir le paramètre dans le régulateur de charge en conséquence.

2.3 Pourquoi les banques de batteries inondées ont besoin d'égalisation

En bref,

pour empêcher la sulfatation d'une batterie plomb-acide.

réaction chimique de décharge

La réaction chimique de décharge

Les réactions chimiques de la décharge de la batterie génèrent des cristaux de sulfate de plomb, généralement fixés à la surface des plaques. Si la batterie continue de fonctionner dans ce genre de situation, au fil du temps, les cristaux de sulfate tendre se multiplieront et deviendraient de plus en plus difficiles à reconstituer, ce qui les rendrait difficile à reconvertir en batteries molles, voire en activant davantage l'électrolyte.

La sulfatation des batteries au plomb est le fléau d’une défaillance de la batterie. Ce problème est courant dans les banques de batteries sous-chargées à long terme.

Si elles sont complètement chargées, les cristaux de sulfate mous peuvent être reconvertis en matériaux actifs, mais une batterie solaire est rarement complètement rechargée, en particulier dans un système photovoltaïque mal conçu, où le panneau solaire est trop petit ou le banc de batteries trop grand. .

Sulfatation de la batterie au plomb

Sulfatation de la batterie au plomb

Seule une surcharge périodique à haute tension peut résoudre ce problème. à savoir, la charge d'égalisation, qui fonctionne à haute tension, génère des bulles et agite l'électrolyte. C'est pourquoi l'étape 4 est essentielle pour un parc de batteries inondé. Dans de nombreux systèmes solaires hors réseau, nous utilisons généralement un générateur + chargeur pour égaliser périodiquement la batterie solaire inondée, en fonction des spécifications de la batterie.

2.4 Control points de consigne en fonction de la température

Depuis la consigne d’absorption (étape 2), la consigne de flottement (étape 3) et la consigne d’égalisation (étape 4), tout peut être compensé pour la température s’il ya un capteur de température, nous voudrions en réserver quelques mots sujet.

Dans certains contrôleurs de charge avancés, les points de consigne de charge à plusieurs étages fluctuent avec la température de la batterie. C'est ce qu'on appelle une fonction de «compensation de température».

Le contrôleur possède un capteur de température et, lorsque la température de la batterie est basse, le point de consigne sera augmenté, et inversement - il s’ajustera en conséquence lorsque la température augmentera.

Sonde de température

Sonde de température

Certains contrôleurs ont des capteurs de température intégrés. Ils doivent donc être installés à proximité de la batterie pour détecter la température. D'autres peuvent avoir une sonde de température qui devrait être attachée directement à la batterie; un câble le connectera au contrôleur pour signaler la température de la batterie.

Si vos batteries sont appliquées à une situation où la fluctuation de température est supérieure à 15 degrés Celsius tous les jours, il est préférable d’adopter un contrôleur avec compensation de température.

2.5 Control points de consigne en fonction du type de batterie

Lorsque nous en arrivons au type de batterie, un autre article sur les batteries solaires est recommandé.

La plupart des systèmes d'énergie solaire adoptent une batterie plomb-acide à cycle profond, de type 2: type noyé et type scellé. Une batterie noyée dans du plomb est non seulement économique, mais également répandue sur le marché.

Différents types de batteries solaires

Différents types de batteries solaires

Les types de batterie affectent également la conception des points de consigne pour les régulateurs de charge solaire; Les contrôleurs modernes ont pour fonction de vous permettre de sélectionner les types de batterie avant de vous connecter à un système d’énergie solaire.

2.6 Détermination des points de consigne idéaux

Enfin, nous arrivons à la théorie sur la détermination des points de consigne idéaux. Franchement, il s’agit plus d’équilibre entre charge rapide et charge d'entretien. L'utilisateur d'un système d'alimentation solaire doit prendre en compte différents facteurs, tels que la température ambiante, l'intensité solaire, le type de batterie et même les charges d'appareils ménagers.

Il est nécessaire de ne gérer que les principaux facteurs 1 ou 2; cela suffit dans la plupart des cas.

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Chapitre 3: Quelle est la fonction du régulateur de charge solaire?

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3.1 Prévenir la surcharge

Lorsqu'une batterie est complètement chargée, elle ne peut pas stocker plus d'énergie solaire sous forme d'énergie chimique. Mais si la batterie complètement chargée est alimentée en permanence à un débit élevé, elle se transforme en chaleur et en gazage, ce qui se présente sous la forme d’une batterie inondée avec beaucoup de bulles d’électrolytes. C'est le gaz hydrogène, qui est généré par une réaction chimique. Ces gaz sont dangereux car ils sont explosifs. La surcharge accélère également le vieillissement de la batterie. Et ensuite, nous avons besoin d'un contrôleur de charge solaire.

Batterie endommagée suite à une surcharge

Batterie endommagée suite à une surcharge

La fonction principale du contrôleur de charge solaire est de réguler la tension et le courant générés par les panneaux solaires alimentant les batteries afin d'éviter toute surcharge des batteries et de garantir aux batteries une condition de travail sûre et une durée de vie prolongée.

Il existe différents types de régulateurs 3:

1. Régulateur de courant

Un régulateur de courant agit comme un commutateur. Il suffit simplement d'activer ou de désactiver le circuit pour contrôler le flux d'énergie vers le groupe de batteries, tout comme pour le chargement en bloc de l'étape 1. On les appelle généralement des contrôleurs shunt, qui ne sont plus utilisés en raison de leur technologie obsolète.

2. Modulation de largeur d'impulsion (PWM)

Les contrôleurs shunt coupent complètement le courant, tandis que le contrôleur PWM le réduit progressivement. Le PWM est plus similaire au stade 3.

Nous aurons une discussion approfondie sur PWM et MPPT lorsque nous abordons le sujet: PWM VS MPPT lequel est le meilleur.

3. Régulateur de tension

La régulation de tension est commune. Le contrôleur de charge solaire régule la charge en réponse à la tension de la batterie. C'est assez simple. Lorsque la tension d'une batterie atteint une certaine valeur, le contrôleur protège la batterie de la surcharge en réduisant la puissance. Lorsque la tension d'une batterie chute en raison d'une somme importante de consommation d'énergie, le contrôleur autorise à nouveau la charge en masse.

3.2 Blocage du courant inverse

La deuxième fonction principale est d'empêcher le courant inverse.

La nuit ou lorsqu'il n'y a pas de lumière solaire, le panneau solaire n'a pas le pouvoir de convertir en électricité et, dans un système d'énergie solaire, la tension du groupe de batteries sera supérieure à celle du panneau solaire, car nous avons tous savoir que l’électricité coule de haute tension à basse tension. Ainsi, sans contrôleur de charge, l'électricité passera du groupe de batteries au panneau solaire, ce qui représente un gaspillage d'énergie, car le système d'énergie solaire s'efforce de collecter de l'énergie le jour mais en gaspille un peu la nuit. Bien que la perte ne soit qu'un peu proportionnelle à l’énergie totale collectée, elle n’est pas difficile à résoudre.

Blocage du courant inverse la nuit

Blocage du courant inverse la nuit

Un contrôleur de charge solaire peut traiter ce problème.

La plupart des contrôleurs permettent au flux de passer uniquement du panneau solaire à un banc de batteries en concevant dans le circuit un semi-conducteur, qui ne fait passer les courants que dans un sens.

Certains contrôleurs ont un interrupteur mécanique, également appelé relais. Lorsque le relais est activé et désactivé, vous entendrez un cliquetis. Lorsque la tension des panneaux solaires est inférieure à celle du groupe de batteries, il détecte puis éteint le circuit, déconnectant les panneaux solaires du groupe de batteries.

Contrôle de charge 3.3

Certains régulateurs de charge solaire sont conçus avec un contrôle de charge, ce qui vous permet de connecter une charge CC, telle qu'une lampe LED (un exemple concret est disponible sur notre site Web). lampadaires solaires à DEL tout-en-un), directement au contrôleur de charge solaire, et le contrôle de charge allumera et éteindra la lampe selon ses préréglages (tension de la batterie, capteur photoélectrique ou minuterie).

Contrôleur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Contrôleur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Par exemple, il existe couramment des minuteries dans les lampadaires solaires à LED, et le contrôle de la charge lira l’heure à partir du minuteur, puis exécutera la commande: allumer la LED sous 7: 00 pm au crépuscule et l’éteindre sous 6: 00 am le lendemain matin. Ou bien, le contrôle de charge lit les informations du capteur à cellule photoélectrique, puis contrôle les DEL en fonction de la luminosité de l'environnement ambiant.

3.4 Déconnexion Basse Tension (LVD)

Imaginez que vous faites bouillir de l'eau dans une casserole et que vous oubliez d'éteindre le feu jusqu'à ce que l'eau bouillante soit totalement évaporée; plus d'eau dans le pot sec et le pot surchauffe. Le pot est détruit de façon permanente. De la même manière, le déchargement complet d'une batterie solaire entraînera des dommages permanents à la batterie.

Pot brûlé

Pot brûlé

Batteries à décharge profonde sont largement utilisés dans les systèmes d'énergie solaire. La profondeur de décharge peut atteindre 80%; Cependant, ils sont susceptibles de subir des dommages permanents s'ils sont déchargés jusqu'à 90% ou, pire encore, 100%.

Si vous attendez que vos piles s’éteignent jusqu’à ce que vos lampes s’atténuent, il est possible que les piles soient déjà endommagées. La capacité de la batterie et la durée de vie seront diminuées chaque fois que surviendra une décharge excessive. Si la batterie devait fonctionner dans ce genre d'état de décharge excessive pendant un certain temps, elle serait rapidement détruite.

La seule solution pratique pour protéger les batteries contre les décharges excessives consiste à allumer et éteindre des charges (telles que des appareils électroménagers, des lampes à LED, etc.), à condition que la tension ait été rétablie après une charge en vrac.

En règle générale, si une batterie 12V tombe en volts 10.9, elle risque de se décharger excessivement. De la même manière, 21.9 volts pour une batterie 24V.

Déconnexion basse tension

Déconnexion basse tension

Si votre système solaire domestique a des charges CC, la fonction LVD est nécessaire. Certains LVD sont intégrés aux contrôleurs de charge, d'autres non.

Protection contre les surcharges 3.5

fusible

fusible

Lorsque le flux de courant d'entrée est très supérieur à ce que le circuit peut gérer en toute sécurité, votre système est surchargé. Cela peut entraîner une surchauffe de votre système, voire un incendie. La surcharge peut être causée par différentes raisons, telles qu'une conception de câblage incorrecte (court-circuit) ou un appareil problématique (ventilateur bloqué). Généralement, une réinitialisation par bouton-poussoir est conçue pour le circuit de protection contre les surcharges.

Cependant, il existe une protection intégrée contre les surcharges dans chaque contrôleur de charge solaire; Les grandes installations solaires nécessitent généralement une double protection: fusibles ou disjoncteurs. Si la capacité de charge du câble est inférieure à la limite de surcharge du contrôleur, l'installation d'un fusible ou d'un disjoncteur dans votre circuit est indispensable.

Afficheurs 3.6

Les affichages des régulateurs de charge solaire varient des indicateurs à LED aux affichages sur écran LCD, avec des informations sur la tension et le courant. Les tableaux de bord sur consoles pour les voitures sont l’affichage des systèmes d’énergie solaire. Ils vous fournissent des données détaillées vous permettant de surveiller l’état de votre banque de batteries: la quantité d’énergie utilisée ou générée.

Régulateur de charge solaire avec indicateurs LED

Régulateur de charge solaire avec indicateurs LED

Si votre système dispose déjà d'un moniteur autonome, la fonction d'affichage ne serait pas importante. Même le moniteur le moins cher comprendrait des compteurs de base, tout comme les contrôleurs.

Contrôleur de charge solaire avec écran LCD

Contrôleur de charge solaire avec écran LCD

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Chapitre 4: Régulateur de charge PWM

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Glossaires 4.1 à connaître

Au début, nous allons passer en revue quelques glossaires - reportez-vous au tableau suivant.

NominalCellulesVousVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, tension de circuit ouvert, correspond à la tension maximale aux bornes d'une cellule photovoltaïque lorsque vous mesurez un panneau solaire dans des conditions de test théoriquement standard (STC) avec uniquement un voltmètre connecté. La tension reçue par le compteur est le Voc.
  • Vmp, tension à la puissance maximale, correspond à la tension de sortie des panneaux solaires lorsqu’ils sont connectés au système PV.
  • tension nominale est une tension de référence utilisée pour catégoriser un équipement solaire dans un système hors réseau. Dans un système relié au réseau, les tensions nominales (12v, 24v et 48v) n'ont pas de sens.
120W nominal Panneau solaire monocristallin 12V avec carrés 36 en silicium

120W nominal Panneau solaire monocristallin 12V avec carrés 36 en silicium

Bien que la charge d'une batterie nécessite une tension plus élevée, les tensions nominales peuvent vous aider à trouver le matériel correspondant (tel qu'un groupe de batteries) avec lequel un panneau solaire peut correspondre.

Alors,

un panneau solaire 12V a en réalité Voc de 22V et Vmp de 17V, avec des morceaux de carrés de silicium 36 sur la face avant.

De même, le

le panneau solaire 24V a Voc de 44V et Vmp de 36V, avec des morceaux de carrés de silicium 72.

Vous vous demandez peut-être pourquoi un panneau 12-volt n'est pas un volt 12?

voici le deal.

4.2 Pourquoi les panneaux 12-volt sont-ils 17 volts

Une batterie 12V entièrement chargée correspond en réalité à environ 12.6 volts; Pour charger une batterie 12V, nous avons besoin d’une tension d’entrée plus élevée - environ 12 volts 13.7-14.4 à partir d’un panneau solaire. Mais pourquoi avons-nous conçu le panneau solaire Vmp selon 17V et pas seulement 14V?

La Voc d'un panneau solaire est mesurée dans des conditions de test standard ou STC, et Vmp est également mesurée en STC, où la température ambiante n'est pas trop chaude, l'intensité du soleil est parfaite - pas de nuages, pas de brume. Cependant, nous n'avons pas toujours cette chance. Si nous rencontrons du mauvais temps - par exemple, des jours nuageux ou nuageux - la tension d’un panneau solaire va baisser; ainsi, les panneaux doivent être conçus avec une tension supplémentaire afin que votre système puisse toujours recevoir suffisamment de tension, même si les conditions météorologiques ne sont pas idéales; c'est à dire pas de soleil.

Types de contrôleurs de charge 4.3:

Il existe différents types de contrôleurs de charge solaire 3:

  • Contrôleurs shunt
  • PWM
  • MPPT

Contrôleurs shunt: Nous avons mentionné les contrôleurs de shunt quand nous avons parlé de réglementation en vigueur - Ils agissent comme un interrupteur, allumant et éteignant le flux de courant d’une batterie. Vous en verrez peut-être encore quelques-uns sur d'anciens systèmes, même s'ils ont déjà été retirés du marché. PWM et MPPT sont les principaux types 2 qui prévalent aujourd'hui.

Nous

Allons dans PWM en premier.

4.4 Qu'est-ce que le contrôleur de charge solaire PWM?

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

Le PWM envoie à la batterie des impulsions de charge intermittentes plutôt qu’une sortie de puissance constante. Il fonctionne plutôt comme une charge de chargement à la plate-forme 3 qui génère des courants de courant vers la batterie.

Mais la rapidité (fréquence) et la durée (largeur) de l'impulsion à produire sont déterminées par l'état de la batterie détectée. Si la batterie est déjà complètement chargée et que les charges du système ne fonctionnent pas, le PWM n'enverra qu'une impulsion très courte toutes les quelques secondes. pour une batterie déchargée, les impulsions seraient presque continues. C'est le principe de base.

Bien que le PWM soit moins coûteux que le MPPT, en raison de l'impulsion nette qu'il génère, les signaux de votre téléviseur, de vos radios ou de votre téléphone peuvent souvent être perturbés lors du traitement d'un commutateur d'activation / désactivation rapide. C'est l'inconvénient inhérent de PWM.

Lorsque votre système choisit PWM comme contrôleur de charge, il est important que la tension nominale des panneaux solaires soit identique à la tension nominale d'un groupe de batteries.

à savoir,

PWM dans le système 12V

PWM dans le système 12V

Si votre groupe de batteries est 12V, vous devez également sélectionner le panneau solaire 12V.

PWM dans le système 24V

PWM dans le système 24V

Et si votre banque de batteries est 24V, vous devez utiliser un panneau solaire 24V ou câbler deux panneaux solaires 12V en série pour en faire un 24V.

PWM dans le système 48V

PWM dans le système 48V

Mais si votre banque de batteries est 48V, vous devez câbler quatre panneaux solaires 12V en série ou deux panneaux solaires 24V en série pour obtenir 48V.

Et ainsi de suite.

En attendant, assurez-vous que les spécifications PWM correspondent également à celles de votre groupe de batteries.

4.5 De quelle taille d'un contrôleur de charge solaire ai-je besoin: PWM

Comment dimensionner un PWM lors de la conception d'un système PV hors réseau?

Étape 1, Obtenez les panneaux solaires Isc (ampères de court-circuit) et Voc (tension de circuit ouvert) sur sa plaque signalétique, et déterminez le nombre de chaînes en parallèle se trouvant dans le générateur solaire.

plaque signalétique du panneau solaire

Plaque signalétique du panneau solaire

De la plaque signalétique,

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

Commençons par un exemple simple et supposons que nous n’avons que la chaîne 1 en parallèle.

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

8.68Isc x Chaîne 1 = 8.68A

Étape 3, multipliez par le facteur de sécurité 1.25. (Pourquoi le facteur est-il 1.25: reportez-vous à NEC 690.8 (A) (1) Courants du circuit source photovoltaïque)

8.68Isc x Chaîne 1 x 1.25 = 10.85A

Nous pouvons donc choisir une PWM dont la capacité de charge actuelle doit être supérieure à 10.85A.

PWM dans le système de chaînes 24 2V

PWM dans le système de chaînes 24 2V

Voyons maintenant un autre exemple de chaînes 2 parallèles à 2, en utilisant le même panneau 140w que nous venons de mentionner.

Mais rappelez-vous - nous utilisons un contrôleur de charge PWM, nous devons donc être attentifs au nombre de panneaux enchaînés de manière à ce que la tension du panneau solaire corresponde à la tension du groupe de batteries.

Dans cet exemple, nous avons des chaînes parallèles 2 et des panneaux 2 en série, de sorte que le panneau solaire est conçu pour le système de batterie 24V.

8.68Isc x Chaînes 2 x 1.25 = 21.7A

Un contrôleur de charge solaire 25A PWM serait suffisant.

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Chapitre 5: Régulateur de charge MPPT

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5.1 Comment fonctionne un régulateur de charge solaire MPPT?

Quelle est la signification de MPPT?

MPPT est l'acronyme de Maximum Power Point Tracking, type de suivi électronique numérique.

MPPT est plus sophistiqué - et aussi le plus cher - des deux. MPPT a une efficacité de conversion d'environ 94% - 98%. C'est-à-dire que l'alimentation (à partir du panneau solaire) équivaut presque à la sortie d'alimentation (sur le banc de batteries).

Les contrôleurs de charge MPPT lisent la sortie des panneaux solaires et la tension des batteries afin de déterminer le meilleur point d'alimentation pour les panneaux solaires; puis, le MPPT diminue la tension pour qu'elle corresponde à la tension de charge de la batterie tout en augmentant le courant. En faisant cela, le MPPT peut augmenter l'énergie que nous obtenons finalement des panneaux solaires de près de 40% par rapport à PWM, puisque PWM ne peut pas augmenter le courant pour suivre le point de puissance maximale.

Contrairement à la technologie PWM, qui exige que les tensions correspondent aux deux côtés, le MPPT peut être appliqué au système PV, la tension du générateur solaire étant supérieure à celle du groupe de batteries. Cette fonctionnalité apporte au MPPT de nombreux avantages, dont nous discuterons dans Chapitre 6

Maintenant,

Passons aux exemples afin que vous puissiez saisir le point rapidement.

5.2 Comment dimensionner le régulateur de charge solaire mppt?

Vous vous souvenez des panneaux nominaux 20V avec des morceaux de cellules 60?

Dans le circuit PWM, ils sont trop volumineux pour correspondre à un groupe de batteries 12V et trop petits pour un groupe de batteries 24V, mais le MPPT peut résoudre cette situation embarrassante.

Le panneau 20V a 30Vmp et 9A Imp, et sa puissance nominale = 30 x 9 = 270W.

Supposons que le panneau 20V s’applique à la batterie 12V. Le MPPT convertit 30V aux alentours de 14V pour charger la batterie et augmente le courant de manière à tirer le maximum de puissance du panneau solaire.

Si nous prenons 30V jusqu'à 14V, le taux diminué est

30 / 14 = 2.14.

Alors le courant accru est

9 x 2.14 = 19.28A.

Enfin,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watts (puissance d'entrée égale à sortie);

puisque le courant de sortie est 19.28A, nous multiplions par le facteur de sécurité 1.25.

On a

19.28 x 1.25 = 24.1A.

Donc, il sera bon que nous choisissions un MPPT avec une capacité actuelle supérieure à 24.1A.

Un autre exemple de parallèles 2 utilisant des chaînes 2 utilise le panneau nominal 20V pour charger la batterie 12V: la puissance totale est de

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 un 100A MPPT.

Dimensionnement du contrôleur de charge 5.3: la tension du contrôleur

Une autre chose à laquelle nous devons prêter attention lors du dimensionnement d’un contrôleur de charge solaire est la tension. Assurez-vous que le contrôleur est capable de supporter la tension d’entrée des panneaux. Un contrôleur 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 générée par les panneaux solaires pourrait être beaucoup plus élevée que 20V; parfois, plus élevé que le Vmp 30V. Donc, nous utilisons Voc pour faire le calcul. Voc = 38V.

3 x 38 = 114V

Ensuite, trois panneaux nominaux 20V en série sont 114V

Table NEC 690.7

Table NEC 690.7

La tension du panneau augmentant par temps froid, reportez-vous à la table NEC 690.7. Ensuite, nous prenons le facteur le plus sûr, 1.25, multiplions 114v par 1.25,

nous obtenons

114 x 1.25 = 142.5V.

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

De nos jours, les contrôleurs nouvellement développés pourraient avoir des tensions beaucoup plus élevées; certains modèles prennent même en charge autant que l’entrée 700V. Ceci est très important lorsque votre générateur solaire est installé loin de votre banque de batteries.

Explorons la raison au chapitre 6.

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Chapitre 6: PWM vs. MPPT

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6.1 PWM vs MPPT: Lequel est le meilleur?

Nous avons appris les fonctionnalités des deux contrôleurs (PWM et MPPT) dans les chapitres précédents. Nous avons bien noté que le PWM ne convertit pas la tension supplémentaire en courants, ce qui entraîne des taux de conversion de puissance faibles. En d'autres termes, le PWM ne transfère pas toute l'énergie collectée par les panneaux solaires vers les batteries, mais MPPT suit toujours le point de puissance maximal des panneaux et ajuste ses courants et sa tension en conséquence, de manière à pouvoir transférer toute l'énergie collectée par le panneau solaire. à la batterie.

PWM vs. MPPT

PWM vs. MPPT

Un exemple concret expliquera ceci clairement:

La formule physique de base:

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

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

I = Puissance / V

I = 100 / 17 = Ampères 5.88

Nous savons maintenant que la sortie du panneau est 17V et 5.88A.

Scenario 1 : Le système photovoltaïque est avec contrôleur de charge solaire PWM.

PWM réduira la tension jusqu'à la tension de charge de la batterie - approximativement 14V. Après avoir traversé le PWM, l’énergie solaire ne reste que 14V et 5.88A.

C'est:

P = V x I = 14 x 5.88 = 82.32 W

Scenario 2 : Le système photovoltaïque est équipé du contrôleur de charge solaire MPPT.

Le MPPT n'entraîne pas seulement la tension jusqu'à 14V, mais augmente également le courant, de sorte que la puissance est presque égale à la sortie.

Donc, si la tension diminue de 17 / 14 = 1.21

Ensuite, le courant de la batterie augmente de 1.21, nous obtenons

5.88 x 1.21 = 7.11A

Puissance totale

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Dans cet exemple, l’énergie perdue par PWM est

99.54 - 82.32 = 17.22W

Presque 20% de l'énergie n'a pas été convertie en énergie chimique de la batterie. Si nous considérons le scénario dans un grand panneau solaire, la perte pourrait être énorme.

Il est donc préférable d’utiliser MPPT pour les grands panneaux solaires.

6.2 Les points forts de MPPT

a) Efficacité de conversion élevée

Si votre système photovoltaïque est équipé d’un grand panneau solaire, le MPPT serait le meilleur choix pour stimuler la conversion de l’énergie solaire, en particulier par temps froid, car la tension du panneau augmentera à mesure que la température baisse. Le taux de conversion MPPT pourrait passer de 20% à 40%. C'est de l'énergie verte et gratuite qui économise vraiment de l'argent sur votre facture.

Panneau de panneaux solaires en distance

Panneau de panneaux solaires en distance

b) Réduction des pertes d’énergie dans les câbles ou réduction des coûts d’achat de câbles.

S'il vous plaît rappelez-vous La formule de la loi d'Ohm

V (Volts) = R (Ohm) x I (Ampères)

Puissance de sortie PO (Watts) = V (volts) x I (ampères)

So

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

Ensuite, si vos panneaux photovoltaïques sont installés à grande distance de votre groupe de batteries, la perte de puissance de la résistance du câble est considérable (PR = R x I2 ). Ici, R représente la résistance des câbles. R augmente avec la longueur du câble:

Formule de résistance de câble

Formule de résistance de câble

Mais si on double la tension des panneaux solaires en les câblant en plusieurs séries, selon PO = V x I, il n'y a pas de changement de la puissance totale produitePO , donc le courant à travers le câble, je devrais être la moitié.

Enfin, la résistance PR(Watts) = R (Ohm) x I2 (Ampères) sera un quart qu'avant.

En fait, avec MPPT, vous pouvez augmenter encore plus la tension du générateur solaire afin de réduire le flux de courant.

Dans ce cas, nous augmentons la tension du panneau pour réduire la perte de résistance par le biais de câbles, et comme nous utilisons le MPPT, qui cherche toujours à capter le maximum de puissance des panneaux, nous n’avons aucune perte de tension, contrairement à ce que pourrait avoir PWM.

Nous pourrions examiner ce sujet sous un autre aspect. Si vous ne pouvez pas augmenter la tension des panneaux, vous devez trouver une solution pour réduire la résistance des câbles, car résistance = résistivité × longueur / surface, il semble que le seul moyen consiste à utiliser des câbles avec de grandes zones transversales, ce qui sera un autre énorme somme d'argent à dépenser.

Pour rappel, quand il s'agit de petits systèmes, PWM est une bonne solution car elle est peu coûteuse, mais pour les grands systèmes, afin d’améliorer les taux de conversion et de ne pas gaspiller la capacité de panneaux solaires d’exploiter l’énergie solaire, le MPPT est préférable. Le MPPT serait toujours appliqué aux systèmes à haute puissance.

6.3 Avantages et inconvénients

Avant de prendre la décision d’acheter un régulateur de charge solaire pour votre système photovoltaïque, il est nécessaire d’acquérir des informations pertinentes provenant du contenu précédent. Un tableau comparatif répertoriant la différence entre PWM et MPPT est également suggéré. Nous mettons donc leurs avantages et leurs inconvénients en commun pour vous faciliter la tâche.

AvantagesInconvénients
PWM
  • La technologie PWM est disponible dans les systèmes PV depuis longtemps et est une technologie relativement stable et mature.
  • Ils sont économiques et abordables pour la plupart des consommateurs
  • PWM peut supporter jusqu’à présent une charge d’amplis 60
  • La plupart des PWM ont une structure de dissipation thermique raisonnable qui leur permet de fonctionner en continu
  • Le PWM est disponible en différentes tailles pour répondre à un large éventail d'applications
  • Si PWM est appliqué à des systèmes solaires photovoltaïques, la tension du panneau solaire doit correspondre à celle du groupe de batteries.
  • La capacité de charge actuelle d’un seul PWM n’a pas été développée et n’est encore disponible que jusqu’à un amplificateur 60.
  • Certains contrôleurs de charge PWM de plus petite taille ne peuvent pas être homologués UL en raison de la mauvaise conception de leur structure
  • Certains PWM de plus petite taille n'ont pas de raccords de conduit
  • Le 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 à haute tension
MPPT
  • MPPT optimise la conversion de l'énergie solaire provenant des panneaux photovoltaïques, et les taux peuvent être 40% plus efficaces que le PWM
  • MPPT peut être utilisé dans les cas où la tension du panneau solaire est supérieure à la tension de la batterie.
  • MPPT peut supporter un courant de charge jusqu’à 80 ampps
  • MPPT offre des garanties plus longues que PWM
  • MPPT ne limite pas l'expansion des panneaux solaires dans le système
  • MPPT est la seule solution pour un système d'alimentation hybride solaire
  • Les MPPT sont plus chers que les PWM. Le prix de certains modèles est le double de celui d'un contrôleur de charge PWM
  • MPPT ayant plus de composants et de fonctions, sa taille physique est supérieure à PWM.
  • Les MPPT sont plus compliqués, donc la plupart du temps, nous devons suivre un guide lors du dimensionnement du panneau solaire
  • Le contrôleur solaire MPPT impose en permanence le réseau de panneaux solaires câblés dans des chaînes

6.4 Chaque système photovoltaïque solaire a-t-il besoin d'un contrôleur de charge?

La réponse est non.

En règle générale, si votre panneau solaire est inférieur à 5 watts pour chaque pile 100 amp heures, vous n’avez pas besoin d’un contrôleur de charge solaire.

Voici une formule que nous pouvons utiliser:

Quotient = Capacité de la batterie (ampère heure) / Imp du panneau solaire (ampères)

Si le quotient est supérieur à 200, vous n'avez pas besoin d'un contrôleur. sinon, vous feriez mieux d'installer un contrôleur.

Par exemple, si vous avez une batterie 200AH et un panneau 20W, le quotient serait 200 / 1.18 = 169.5; dans ce cas, vous avez besoin d'un contrôleur.

Si vous avez la batterie 400AH et le panneau 10W, le quotient serait 400 / 0.59 = 677.9; dans ce cas, vous n'avez pas besoin d'un contrôleur.

Glossaires

  • Définir des points: Les tensions spécifiques définies par les contrôleurs de charge pour modifier les taux de charge.
  • DoD: Profondeur de décharge, proportion de la capacité de la batterie (ampères-heures) retirée d’une batterie complètement chargée. Par exemple, si la capacité totale de la batterie est 100 Ah et que 40 Ah est déjà déchargé, le DoD correspond à 40%.
  • Batterie à décharge profonde: Batterie au plomb qui peut toujours être déchargée à un état de charge faible. Les batteries à cycle profond ont un DoD élevé.
  • Lutin: Courant à puissance maximale; le quotient de puissance maximale par Vmp.
  • STC: Conditions de test standard, conditions idéales dans un laboratoire où un appareil est testé.
  • Vous: Tension de circuit ouvert, tension maximale aux bornes d'une cellule photovoltaïque, lorsque vous mesurez un panneau solaire dans des conditions de test théoriquement standard (STC) avec uniquement un voltmètre connecté. La tension que le compteur obtient est le Voc.
  • Vmp: Tension à la puissance maximale, la tension de sortie d'un panneau solaire lorsqu'il est connecté à l'installation photovoltaïque.
  • tension nominale: Une tension de référence utilisée pour classer les équipements solaires dans un système hors réseau. Dans un système relié au réseau, les tensions nominales (12v, 24v et 48v) n'ont pas de sens.
  • Isc: Courant de court-circuit, courant maximal sur un circuit externe sans charge ni résistance.
By | 2019-12-09T07:21:48+00:00 Décembre 9th, 2019|nouvelles de la société|0 Commentaires