Chapitre 1: Qu'est-ce qu'un régulateur 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 en mode autonome ou systèmes d'énergie solaire hybrides mais pas utilisé dans les systèmes à réseau droit, 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 une extrême possibilité, un incendie. Les batteries noyées à décharge profonde surchargées pourraient également émettre du gaz d'hydrogène, qui est explosif. De plus, une surcharge endommagera rapidement la batterie, raccourcissant ainsi considérablement sa durée de vie.

Batterie plomb-acide brûlée

Batterie plomb-acide brûlée

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

En outre, les contrôleurs de charge solaire ont d'autres fonctionnalités en option, telles que le capteur de température de la batterie et la compensation, la déconnexion basse tension (LVD), le contrôle de la charge (du crépuscule à l'aube), les écrans, la surveillance à distance et le contrôle de la charge de déviation.

Plongeons dans l'article pour vérifier ces fonctions et fonctionnalités une par une.

Chapitre 2: Charger une batterie: Chargement en plusieurs étapes

Mais avant de plonger directement dans Chapitre 3: Fonctions et caractéristiques d'un régulateur de charge solaire, nous ferions mieux de jeter un œil aux informations nécessaires sur la charge d'une batterie.

Si vous êtes déjà assez familier avec cette information, vous pouvez passer au chapitre 3 à partir d'ici.

Versez de l'eau dans la tasse

Versez de l'eau dans une tasse

2.1 Brève interprétation

Imaginez verser de l'eau dans une tasse - au début, vous verserez plus rapidement; lorsque la tasse est presque pleine, le débit d'eau ralentit de sorte que l'eau ne déborde pas de la tasse. Au contraire, si vous continuez à verser de l'eau à un rythme plus rapide, il vous sera difficile d'arrêter le débit à temps 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, elle ralentit le chargeur en régulant sa tension et son courant.
  • Lorsque la batterie est pleine, elle envoie seulement un filet de puissance pour garder une charge complète.

Il s'agit de la soi-disant charge en plusieurs étapes.

2.2 Exemple: 3-4 étapes

Définir des points:

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

En bref,

le régulateur de charge solaire est configuré pour modifier son taux de charge à des tensions spécifiques, appelées 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.

Maintenant, passons en revue l'exemple en détail

Voici un exemple de MorningStar, qui comporte 4 étapes de charge.

MorningStar 4 étapes de charge

Source: MorningStar, 4 étapes de charge

2.2.1 Étape 1: Charge globale

À ce stade, le groupe de batteries est faible et sa tension est inférieure à la valeur de consigne de la tension d'absorption. Ainsi, le contrôleur de charge solaire enverra autant d'énergie solaire disponible que possible à la banque de batteries pour la recharge.

2.2.2 Étape 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 dégager trop de gaz. Généralement, le banc de batteries peut être complètement chargé à ce stade.

2.2.3 Étape 3: charge flottante

Comme nous le savons, le banc de batteries est complètement chargé à l'étape d'absorption et une batterie complètement chargée ne peut plus convertir l'énergie solaire en énergie chimique. La puissance supplémentaire du contrôleur de charge ne sera transformée qu'en chauffage et en gazage, car elle est en surcharge.

Trickle du robinet

Trickle du robinet

L'étage flottant est conçu pour empêcher la batterie de se surcharger à long terme. À ce stade, le contrôleur de charge réduira la tension de charge et fournira une très petite quantité d'énergie, comme des ruissellements, de manière à maintenir le banc de batteries et à empêcher tout chauffage et gazage supplémentaires.

2.2.4 Étape 4: Charge d'égalisation

La charge d'égalisation utilise une tension plus élevée que celle de la charge d'absorption, de manière à niveler toutes les cellules d'un banc de batteries. On le sait, les batteries en série ou / et en parallèle constituent un banc de batteries. Si certaines cellules du banc de batteries ne sont pas complètement rechargées, cette étape les rendra toutes complètement rechargées et terminera toutes les réactions chimiques de la batterie.

Eau bouillante

Eau bouillante

Puisqu'il suit l'étape 3 (lorsque le banc de batteries est complètement rechargé), 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 de l'hydrogène généré à partir des électrolytes, produisant beaucoup de bulles. Ces bulles agitent les électrolytes.

Agiter régulièrement les électrolytes de cette manière est essentiel pour un banc de batteries inondé.

On peut considérer cela comme une surcharge périodique, mais elle est bénéfique (parfois indispensable) pour certaines batteries, comme les batteries noyées et les batteries non scellées, comme l'AGM et le Gel.

Généralement, vous pouvez trouver dans les spécifications de la batterie la durée de la charge d'égalisation, puis régler le paramètre dans le contrôleur de charge en conséquence.

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

En bref,

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

réaction chimique de décharge

La réaction chimique de la décharge

Les réactions chimiques de la décharge de la batterie génèrent des cristaux de sulfate de plomb doux, qui sont généralement attachés à la surface des plaques. Si la batterie continue de fonctionner dans ce type de condition, 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 reconvertir en doux, ou encore à activer davantage les matériaux qui faisaient partie de l'électrolyte.

La sulfatation des batteries plomb-acide est le fléau d'une panne de batterie. Ce problème est courant dans les banques de batteries sous-chargées à long terme.

S'ils sont complètement chargés, les cristaux de sulfate mous peuvent être reconvertis en matériaux actifs, mais une batterie solaire est rarement complètement rechargée, en particulier dans un système solaire photovoltaïque pas bien conçu, où le panneau solaire est trop petit ou le banc de batteries est surdimensionné .

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 remue l'électrolyte. C'est pourquoi l'étape 4 est essentielle pour un banc de batteries inondé. Dans de nombreux systèmes solaires hors réseau, nous utilisons généralement un générateur + un chargeur pour égaliser périodiquement la batterie solaire inondée, selon les spécifications de la batterie.

2.4 Points de consigne de contrôle en fonction de la température

Étant donné que le point de consigne d'absorption (étape 2), le point de consigne du flotteur (étape 3) et le point de consigne d'égalisation (étape 4) peuvent tous être compensés pour la température s'il y a un capteur de température, nous aimerions épargner quelques mots pour ce petit 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 a un capteur de température, et lorsque la température de la batterie est basse, le point de consigne sera augmenté, et vice versa - il s'ajustera en conséquence une fois que la température augmente.

Sonde de sonde de température

Sonde de 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 doit 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 les fluctuations de température sont supérieures à 15 degrés Celsius chaque jour, il est préférable d'adopter un contrôleur avec compensation de température.

2.5 Points de consigne de contrôle par rapport au 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 adoptent une batterie au plomb-acide à décharge profonde, dont il existe 2 types: type inondé et type scellé. Une batterie noyée au plomb est non seulement économique, mais aussi répandue sur le marché.

Différents types de batteries solaires

Différents types de batteries solaires

Les types de batteries affectent également la conception des points de consigne des régulateurs de charge solaire; les contrôleurs modernes ont la 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. Pour parler franchement, il s'agit davantage d'un équilibre entre la charge rapide et la charge d'entretien d'entretien. L'utilisateur d'un système d'énergie solaire doit prendre en compte divers facteurs, tels que la température ambiante, l'intensité solaire, le type de batterie et même la charge des appareils ménagers.

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

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

3.1 Prévention de la surcharge

Lorsqu'une batterie est complètement chargée, elle ne peut pas stocker plus d'énergie solaire sous forme d'énergie chimique. Mais si l'alimentation est continuellement appliquée à la batterie complètement chargée à un taux élevé, la puissance sera transformée en chaleur et en gaz, qui se présenterait comme une batterie inondée avec beaucoup de bulles d'électrolytes. C'est l'hydrogène gazeux généré 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 contrôleur de charge solaire.

Batterie endommagée en raison d'une surcharge

Batterie endommagée en raison d'une surcharge

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

Il existe 3 types de régulateurs:

1. Régulateur de courant

Un régulateur de courant agit comme un interrupteur. Il allume ou éteint simplement le circuit pour contrôler le flux d'énergie vers le banc de batteries, tout comme la charge en vrac de l'étape 1. Ils sont généralement appelés 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 réduit progressivement le courant. PWM est plus similaire avec la charge flottante de l'étape 3.

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

3. Régulateur de tension

La régulation de tension est courante. 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 bloc.

3.2 Blocage du courant inverse

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

La nuit, ou chaque fois qu'il n'y a pas de lumière du soleil, le panneau solaire n'a pas le pouvoir de se convertir en électricité et, dans un système d'énergie solaire, la tension du banc de batteries sera supérieure à la tension du panneau solaire, car nous savoir que l'électricité passe de la haute tension à la basse tension. Ainsi, sans contrôleur de charge, l'électricité circulera du banc de batteries au panneau solaire, ce qui est un gaspillage d'énergie, car le système d'énergie solaire fait des efforts pour collecter de l'énergie pendant la journée mais en gaspille un peu la nuit. Bien que la perte ne soit que 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 résoudre 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 laisse passer les courants que dans une direction.

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

3.3 Contrôle de la charge

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

Régulateur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Régulateur de charge solaire dans les lampadaires solaires

Par exemple, il y a couramment des minuteries dans les lampadaires solaires à LED, et le contrôle de charge lira l'heure de la minuterie, puis exécutera la commande: allumez la LED à 7h00 au crépuscule et l'éteignez à 6h00. le lendemain matin. Ou le contrôle de charge lira les informations du capteur de la cellule photoélectrique, puis contrôlera l'allumage et l'extinction de la LED 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 définitivement. De la même manière, la décharge complète d'une batterie solaire entraînera des dommages permanents à une batterie.

Pot brûlé

Pot brûlé

Batteries à décharge profonde sont largement utilisés dans les systèmes d'énergie solaire. La profondeur de décharge (DOD) pourrait être aussi grande que 80%; cependant, ils sont susceptibles de subir des dommages permanents s'ils sont déchargés jusqu'à 90% ou, pire encore, à 100%.

Si vous attendez d'éteindre la charge CC de vos batteries jusqu'à ce que vos lumières s'assombrissent, la batterie est peut-être déjà endommagée. La capacité de la batterie et l'espérance de vie seront réduites à chaque fois qu'une décharge excessive se produit. Si la batterie était configurée pour fonctionner dans ce type d'état de décharge excessive pendant un certain temps, elle serait rapidement endommagée.

La seule solution pratique pour protéger les batteries contre les décharges excessives est d'éteindre et de rallumer les charges (telles que les appareils électroménagers, les lumières LED, etc.), à condition que la tension soit rétablie après une charge en vrac.

En règle générale, si une batterie 12V tombe à 10.9 volts, la batterie serait sur le point 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 dans des 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 que le circuit peut gérer en toute sécurité, votre système se surcharge. Cela peut entraîner une surchauffe de votre système ou même provoquer un incendie. La surcharge peut être causée par différentes raisons, telles qu'une mauvaise conception du câblage (court-circuit) ou un appareil problématique (un ventilateur bloqué). Généralement, une réinitialisation par bouton-poussoir est conçue pour le circuit de protection contre les surcharges.

Cependant, il existe une protection contre les surcharges intégrée dans chaque contrôleur de charge solaire; les grands systèmes solaires nécessitent généralement une double protection de sécurité: fusibles ou disjoncteurs. Si la capacité de transport du fil est inférieure à la limite de surcharge du contrôleur, la configuration d'un fusible ou d'un disjoncteur dans votre circuit est un must.

Afficheurs 3.6

Les affichages des contrôleurs de charge solaire varient des indicateurs LED aux écrans LCD, avec des informations sur la tension et le courant. Les écrans des systèmes d'énergie solaire sont ce que les tableaux de bord de console sont pour les voitures. Ils vous fournissent des données détaillées afin que vous puissiez surveiller l'état de votre parc de batteries: la quantité d'énergie que vous utilisez ou produisez.

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 n'est pas importante. Même le moniteur le moins cher inclurait 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

4.1 Glossaires indispensables

Au début, nous allons parcourir quelques glossaires - reportez-vous au tableau suivant.

CapacitéCellulesVousVmp
12V3622V17V
20V6038V30V
24V7244V36V
  • Voc, tension en circuit ouvert, est la tension maximale aux bornes d'une cellule PV, lorsque vous mesurez un panneau solaire dans des conditions de test théoriquement standard (STC) avec seulement un voltmètre connecté. La tension que le compteur reçoit est le Voc.
  • Vmp, la tension à la puissance maximale, est la tension de sortie des panneaux solaires lorsqu'ils sont connectés au système PV.
  • tension nominale est 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 aucun sens.

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

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

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

Alors,

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

De même, le

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

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

voici l'affaire.

4.2 Pourquoi les panneaux de 12 volts sont de 17 volts

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

Un Voc d'un 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 chaude, l'intensité du soleil est parfaite - pas de nuages, pas de brume. Cependant, nous ne sommes pas toujours aussi chanceux. Si nous rencontrons du mauvais temps - par exemple, des jours brumeux ou nuageux - la tension d'un panneau solaire chutera; ainsi, les panneaux doivent être conçus avec une tension supplémentaire afin que votre système puisse encore recevoir une tension suffisante, même si le temps n'est pas idéal; c'est à dire pas de lumière du soleil.

4.3 Types de contrôleur de charge:

Il existe 3 types de contrôleurs de charge solaire:

  • Contrôleurs de shunt
  • PWM
  • MPPT

Contrôleurs shunt: Nous avons mentionné les contrôleurs shunt lorsque nous avons parlé de la régulation actuelle - ils agissent comme un interrupteur, activant et désactivant le flux de courant vers une batterie. Vous pouvez encore en voir quelques-uns sur les anciens systèmes, bien qu'ils aient déjà été retirés du marché. PWM et MPPT sont les 2 principaux types qui prévalent aujourd'hui.

Maintenant

Commençons par PWM.

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.

PWM envoie à la batterie des impulsions de charge intermittentes plutôt qu'une puissance de sortie constante. Il fonctionne plus comme une charge flottante de niveau 3 qui génère des ruissellements de courants vers la batterie.

Mais à quelle vitesse (fréquence) et combien de temps (largeur) l'impulsion doit être produite est déterminée 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 n'enverra qu'une très courte impulsion toutes les quelques secondes; pour une batterie déchargée, les impulsions seraient presque continues. C'est le principe de fonctionnement de base.

Bien que le PWM soit moins cher que le MPPT, en raison de l'impulsion forte que le PWM génère, lors du traitement d'un interrupteur marche / arrêt rapide pendant le travail, votre téléviseur, vos radios ou vos signaux téléphoniques peuvent souvent être perturbés. C'est l'inconvénient inhérent à PWM.

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

à savoir,

PWM dans un système 12V

PWM dans un système 12V

si votre banque de batteries est de 12V, vous devez également sélectionner un panneau solaire 12V.

PWM dans un système 24V

PWM dans un système 24V

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

PWM dans un système 48V

PWM dans un système 48V

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

Et ainsi de suite.

Pendant ce temps, assurez-vous que les spécifications PWM correspondent également à celles de votre banque de batteries.

4.5 De ​​quelle taille de contrôleur de charge solaire ai-je besoin: PWM

Comment dimensionner un PWM lorsque nous concevons un système PV hors réseau?

ÉTAPE, Obtenez le panneau solaire Isc (ampères de court-circuit) et Voc (tension de circuit ouvert) de sa plaque signalétique et déterminez le nombre de chaînes en parallèle dans le panneau solaire.

plaque signalétique de panneau solaire

Plaque signalétique du panneau solaire

De la plaque signalétique,

nous lisons le Voc 22.1V et l'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 qu'une chaîne en parallèle.

ÉTAPE, Multipliez Isc par le nombre de chaînes en parallèle.

8.68Isc x 1 chaîne = 8.68A

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

8.68Isc x 1 chaîne x 1.25 = 10.85A

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

PWM en système 24 cordes 2V

PWM en système 24 cordes 2V

Maintenant, vérifions un autre exemple avec 2 chaînes dans 2 parallèles en utilisant le même panneau 140w mentionné tout à l'heure.

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

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

8.68Isc x 2 chaînes x 1.25 = 21.7A

Un contrôleur de charge solaire PWM de 25 A suffirait.

Chapitre 5: Régulateur de charge MPPT

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, qui est un type de suivi numérique électronique.

MPPT est le plus sophistiqué - et aussi le plus cher - des deux. MPPT a une efficacité de conversion d'environ 94% à 98%. C'est-à-dire que la puissance d'entrée (du panneau solaire) équivaut presque à la puissance de sortie (vers la batterie).

Les contrôleurs de charge MPPT lisent la sortie des panneaux solaires et la tension des batteries pour déterminer le meilleur point d'alimentation à tirer du panneau solaire; puis, le MPPT réduit la tension pour répondre 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 au PWM, car PWM ne peut pas augmenter le courant pour suivre le point de puissance maximum.

Contrairement au PWM, qui nécessite que les tensions correspondent aux deux côtés, le MPPT peut être appliqué au système PV, dont la tension du panneau solaire est supérieure à celle du groupe de batteries. Cette fonctionnalité apporte au MPPT de nombreux avantages, dont nous parlerons au chapitre 6

Maintenant,

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

5.2 Comment dimensionner le régulateur de charge solaire mppt?

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

Dans le circuit PWM, ils sont trop grands pour correspondre à un banc de batteries 12V et trop petits pour un banc 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 convertira 30V à environ 14V pour charger la batterie et augmente le courant afin de pouvoir tirer le maximum d'énergie du panneau solaire.

Si nous réduisons 30V à 14V, le taux réduit est

30 / 14 = 2.14.

Alors le courant augmenté est

9 x 2.14 = 19.28A.

Enfin,

30 x 9 = 14 x 19.28 = 270 watts (puissance en entrée égale puissance en sortie);

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

On a

19.28 x 1.25 = 24.1A.

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

Un autre exemple avec 2 cordes en 2 parallèles utilisant le panneau nominal 20V pour charger la batterie 12V: la puissance totale en est

270 x 4 = 1080 W.

La sortie actuelle serait

1080/14 = 77.14A.

Multiplier par 1.25

77.14 x 1.25 = 96.43A.

Donc, nous allons choisir un MPPT 100A.

5.3 Dimensionnement du contrôleur de charge: 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 transporter la tension d'entrée des panneaux. Un contrôleur de charge 150 V ne peut transporter que trois panneaux nominaux de 20 V 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 pourrait être bien supérieure à 20V; parfois, plus élevé que le Vmp 30V. Donc, nous utilisons Voc pour faire le calcul. Voc = 38V.

3 x 38 = 114 V

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

Tableau NEC 690.7

Tableau NEC 690.7

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

nous obtenons

114 x 1.25 = 142.5 V.

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

De nos jours, les contrôleurs nouvellement développés pourraient avoir des tensions beaucoup plus élevées; certains modèles prennent même en charge jusqu'à 700V d'entrée. Ceci est très important lorsque votre panneau solaire est installé loin de votre banque de batteries.

Explorons la raison au chapitre 6.

Chapitre 6: PWM vs MPPT

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 PWM ne convertit pas la tension supplémentaire en courants, ce qui entraîne de faibles taux de conversion de puissance. En d'autres termes, PWM ne transfère pas toute l'énergie collectée par les panneaux solaires aux batteries, mais MPPT suit toujours le point de puissance maximum des panneaux et ajuste ses courants et sa tension en conséquence afin de pouvoir transférer toute l'énergie collectée par le panneau solaire. à la batterie.

PWM contre MPPT

PWM contre MPPT

Un exemple concret l'expliquera clairement:

La 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 un système de batterie 12 V, le Vmp réel est de 17 V et nous pouvons calculer sa sortie de courant:

I = Puissance / V

I = 100/17 = 5.88 ampères

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

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

PWM ramènera la tension à la tension de charge de la batterie - environ 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 avec le contrôleur de charge solaire MPPT.

Le MPPT fait non seulement descendre la tension à 14 V, mais augmente également le courant, de sorte que la puissance équivaut presque à la mise hors tension.

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

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

5.88 x 1.21 = 7.11 A

Puissance totale

P = 14 x 7.11 = 99.54 W

Dans cet exemple, l'énergie gaspillée par PWM est

99.54 - 82.32 = 17.22 W

Près de 20% d'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 atouts du MPPT

a) Haute efficacité de conversion

Si votre système photovoltaïque est livré avec un grand panneau solaire, MPPT serait le meilleur choix pour augmenter 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 une énergie verte et gratuite qui permet vraiment d'économiser de l'argent sur votre facture.

Panneau solaire à distance

Panneau solaire à distance

b) Diminution des pertes d'énergie dans les câbles ou réduction des coûts d'achat des câbles.

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

V (Volts) = R (Ohm) x I (Ampères)

Puissance de sortie P(Watts) = V (Volts) x I (Ampères)

So

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

Ensuite, si vos panneaux PV sont installés à une longue distance de votre parc 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 nous doublons la tension du panneau solaire en les câblant en plus de séries, selon P = V x I, il n'y a pas de changement de la puissance de sortie totale P, 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 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 à travers les câbles, et comme nous utilisons MPPT, qui suit toujours pour récupérer la puissance maximale des panneaux, nous n'avons pas de perte de tension comme PWM peut avoir.

Nous pourrions revoir 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 du câble, car résistance = résistivité × longueur / surface, il semble que le seul moyen soit d'utiliser des câbles avec de grandes surfaces transversales, et ce sera un autre énorme somme d'argent à dépenser.

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

6.3 Avantages et inconvénients

L'apprentissage des informations bien informées du contenu précédent est nécessaire avant de prendre la décision d'acheter un contrôleur de charge solaire pour votre système PV. Un tableau de comparaison, énumérant la différence entre PWM et MPPT, est également suggéré. Nous avons donc rassemblé leurs avantages et leurs inconvénients pour que vous puissiez les examiner plus facilement.

AvantagesInconvénients
PWM
  • La technologie PWM est disponible dans les systèmes PV depuis longtemps et est une technologie relativement stable et mature
  • Ils sont rentables et abordables pour la plupart des consommateurs
  • PWM peut supporter jusqu'à 60 ampères de charge actuellement
  • La plupart des PWM ont une structure de dissipation thermique raisonnable qui leur permet de fonctionner en continu
  • PWM est disponible en différentes tailles pour s'adapter à une large gamme d'applications
  • Si PWM est appliqué aux 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 toujours que de 60 ampères
  • Certains contrôleurs de charge PWM de petite taille ne peuvent pas être répertoriés UL en raison de leur mauvaise conception de la structure
  • Certains PWM de plus petite taille n'ont pas de raccords de conduit
  • 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 maximise la conversion de l'énergie solaire à partir de panneaux photovoltaïques, et les taux peuvent être 40% plus efficaces que 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 jusqu'à 80 ampères de courant de charge
  • 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'énergie solaire hybride
  • MPPT sont plus chers que PWM. Le prix de certains modèles est le double de celui d'un contrôleur de charge PWM
  • Étant donné que MPPT a plus de composants et de fonctions, sa taille physique est plus grande que 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 oblige constamment le panneau solaire à être câblé en chaînes

6.4 Chaque installation solaire photovoltaïque a-t-elle besoin d'un contrôleur de charge?

La réponse est non.

En règle générale, si votre panneau solaire est inférieur à 5 watts pour chaque batterie de 100 ampères-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 de 200 Ah et un panneau de 20 W, le quotient serait de 200 / 1.18 = 169.5; dans ce cas, vous avez besoin d'un contrôleur.

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

Glossaires

  • Définir des pointsLes tensions spécifiques qui ont été définies pour que les contrôleurs de charge modifient les taux de charge.
  • DoD: Profondeur de décharge, la 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 de 100 Ah et que 40 Ah est déjà déchargée, alors le DoD est de 40%.
  • Batterie à décharge profonde: Batterie plomb-acide, qui peut toujours être profondément déchargée à un faible état de charge. Les batteries à décharge profonde ont un DoD élevé.
  • Lutin: Courant à puissance maximale; le quotient de la puissance maximale par Vmp.
  • STC: Conditions de test standard, conditions idéales dans un laboratoire où un appareil est testé.
  • Vous: Tension en circuit ouvert, la tension maximale aux bornes d'une cellule PV, 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 puissance maximale, la tension de sortie d'un panneau solaire lorsqu'il est connecté au système PV.
  • 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 aucun sens.
  • Isc: Courant de court-circuit, le courant maximal à travers un circuit externe sans charge ni résistance.