Dans tout système solaire, un régulateur de charge solaire est essentiel. Il régule la tension et le courant provenant du panneau solaire vers la batterie, évitant ainsi toute surcharge de la batterie. Il existe principalement quatre types de régulateurs de charge solaire. Examinons ce qu'est un régulateur de charge MPPT et son fonctionnement.
Qu'est-ce qu'un contrôleur de charge MPPT ?
La fonction la plus fondamentale d'un système d'énergie solaire est de capter l'énergie solaire et de la stocker dans des batteries pour une utilisation ultérieure. Cependant, il ne suffit pas de connecter vos panneaux solaires à vos batteries et de les charger. Pour exploiter pleinement vos panneaux solaires, vous aurez besoin d'un régulateur de charge. chargez efficacement vos batteriesLe contrôleur de charge à suivi du point de puissance maximale (MPPT) est le plus efficace. Examinons en détail ce qu'est un contrôleur de charge MPPT.
Qu'est-ce que le suivi du point de puissance maximale ?
Avant d'expliquer le fonctionnement des régulateurs de charge MPPT, il est important de comprendre l'origine de leur nom. La tension au point de puissance maximale (MPPT) est la tension à laquelle un panneau solaire produit le plus d'énergie. Cette tension varie en fonction de l'environnement et de l'heure de la journée.
Les régulateurs de charge MPPT tirent leur nom du fait qu'ils surveillent le panneau solaire et calculent la tension au point de puissance maximale dans les conditions actuelles . Ce procédé est appelé suivi du point de puissance maximale, ou MPPT en abrégé.
Qu'est-ce qu'un chargeur MPPT exactement ?
Les tensions de fonctionnement idéales des panneaux solaires et des batteries diffèrent. De plus, ces tensions fluctuent. Un régulateur de charge MPPT est un convertisseur CC-CC qui améliore le rendement d'un système solaire. Il y parvient en optimisant l'adéquation des tensions entre les panneaux solaires et les batteries.
Une batterie de 12 volts, par exemple, a une tension nominale qui varie selon l'état de charge entre un peu plus de 10 volts et un peu moins de 13 volts. De plus, la tension requise pour charger une batterie de 12 volts varie entre 13.5 et 14.5 volts selon la phase de charge.
La tension de sortie idéale d'un panneau solaire, quant à elle, varie en fonction de la température du panneau, de l'heure de la journée, de la nébulosité et d'autres paramètres externes. Un panneau solaire de 250 watts, par exemple, peut avoir une tension de fonctionnement optimale de 32 volts dans des conditions idéales. Si le panneau chauffe au soleil ou par temps chaud, la tension optimale peut descendre jusqu'à 26 volts.
Pour compenser ces baisses de tension dans le panneau et l'augmentation de la tension de charge nécessaire à la batterie, la tension nominale du panneau doit être supérieure à celle de la batterie. Cette différence de tension entraîne un gaspillage important d'électricité en l'absence de régulateur de charge MPPT.
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Comment fonctionne le MPPT ?
Comparé aux contrôleurs shunt et aux technologies de modulation de largeur d'impulsion (MLI), le suivi du point de puissance maximale (MPPT) est une technique de conversion CC-CC plus efficace. Voyons comment fonctionne le MPPT.
L'utilisation d'un régulateur de charge non MPPT équivaut à connecter directement la batterie au module solaire. Un régulateur de charge classique peut charger une batterie à la tension spécifiée par celle-ci. Par définition, une batterie pleinement chargée a une tension supérieure à celle d'une batterie déchargée. Par conséquent, la puissance consommée par une batterie vide est généralement inférieure à celle consommée par une batterie pleine.
La question se pose lorsqu'on constate une perte de puissance alors que nos batteries sont presque déchargées. Où est passée ma puissance ? Le MPPT exploite pleinement la puissance du module en contrôlant la tension de charge de la batterie . Le contrôleur de charge maintient la tension et le courant à des niveaux optimaux, permettant ainsi aux modules de produire un maximum d'énergie.
Supposons que nous utilisions un panneau solaire avec une tension de 18.3 volts et une intensité de 11.48 ampères. (11.48 A x 18.3 V = environ 210 watts). En général, une batterie de 12 V vide peut avoir une tension de 12.2 volts. Par conséquent, la batterie serait chargée à 11.48 A x 12.2 V = 140 watts. C'est bien moins que la puissance maximale possible du module (210 watts).
Un régulateur de charge MPPT ajuste la tension et le courant du système au plus près de la courbe caractéristique courant-tension du module. Dans ce cas précis, il charge la batterie à environ 18.3 V et 11.48 A tout en exploitant au maximum la puissance du panneau solaire. Enfin, il est important de noter que la technologie MPPT (Maximum Power Point Tracking) n'a rien à voir avec le suivi solaire. Le MPPT est simplement une fonction de contrôle du chargeur de batterie. À présent, explorons les différents types de régulateurs MPPT.
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Quels sont les différents types de MPPT ?
Les technologies de suivi du point de puissance maximale (MPPT) sont utilisées dans les systèmes photovoltaïques (PV) pour maximiser en continu la puissance de sortie des générateurs PV, laquelle est déterminée par le rayonnement solaire et la température des cellules. On distingue deux grandes catégories de systèmes MPPT : les méthodes conventionnelles, telles que la méthode de perturbation et d’observation (P&O) et la méthode de conductance incrémentale (IncCond), et les méthodes avancées, comme la méthode MPPT basée sur la logique floue (FL).
1. MPPT conventionnel
Les méthodes MPPT classiques ont été proposées il y a longtemps et sont donc très répandues. Leurs principaux avantages résident dans leur simplicité et leur facilité de mise en œuvre. Ces algorithmes ne peuvent suivre qu'un seul point de puissance maximale (MPP) sous un éclairage uniforme.
Les approches traditionnelles sont simples, mais elles ne peuvent pas faire la distinction entre les pics locaux et globaux lorsqu’un ombrage partiel se produit, leur efficacité est donc limitée.
a. Perturbation et observation (P&O) : L'algorithme Perturber et observer est une variante de l'algorithme traditionnel qui limite l'espace de recherche de l'algorithme, réduisant ainsi la complexité et améliorant les performances dans des conditions météorologiques uniformes et variables.
b. Méthode de conductance (IncCond) : La technique de conductance incrémentale repose sur l’hypothèse que la pente de la courbe de puissance du générateur photovoltaïque est nulle au point de puissance maximale (MPP). Le MPP peut être déterminé en comparant la conductance instantanée à la conductance incrémentale.
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2. MPPT avancé
Ces approches sont souvent désignées sous les termes de calcul flou, d'informatique bio-inspirée (BI) ou d'intelligence artificielle (IA). Relativement sophistiquées , elles surpassent les méthodes classiques en matière de suivi des performances.
En raison de leur efficacité accrue, les technologies de suivi avancées sont fréquemment utilisées. Si les méthodes conventionnelles et avancées présentent des limites, les méthodes hybrides permettent de surmonter ces restrictions.
a. MPPT basé sur la logique floue : Le contrôleur est conçu pour augmenter la tension du module photovoltaïque. Lorsque la tension et le courant aux bornes du panneau photovoltaïque varient, la technique proposée utilise une commande basée sur la logique floue (FLC) pour déclencher la commande du convertisseur buck-boost de sortie.
Les contrôleurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) gagnent en popularité et constituent un élément essentiel de l'amélioration des systèmes photovoltaïques. Ces contrôleurs utilisent divers algorithmes et leur efficacité, leurs performances, leur modernité, leur complexité et leur vitesse de suivi varient. Les contrôleurs MPPT ont connu des améliorations rapides et peuvent être classés en techniques conventionnelles ou avancées. Le choix de la meilleure approche MPPT reste un défi. Découvrons ensuite les avantages du MPPT.
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Quels sont les avantages du MPPT ?
Les avantages du MPPT sont les suivants :
1. Les chargeurs MPPT utilisent en réalité la quasi-totalité de la puissance disponible . Autrement dit, ils prélèvent toute la puissance disponible d'un module et adaptent la tension et l'intensité à la tension appropriée de la batterie.
2. Plusieurs contrôleurs de charge MPPT peuvent tolérer des tensions bien supérieures à celles de la batterie.
3. En connectant de nombreux modules en série, vous pouvez augmenter la tension tout en maintenant le courant constant.
4. Il est important de noter que les chargeurs MPPT ont une tension d'entrée CC maximale . La solution la plus avancée, et donc la plus coûteuse, est le contrôleur de charge MPPT.
5. Néanmoins, cela vous permet d’économiser de l’argent sur le câblage, les modules et le racking.
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Quels sont les inconvénients du MPPT ?
Les inconvénients du MPPT sont les suivants :
1. Le principal inconvénient du système MPPT (Maximum Power Point Tracking) est son coût élevé . Un tel système coûte généralement plus cher qu'un système de contrôle de charge standard sans suivi, car le contrôleur MPPT nécessite des composants électriques plus complexes.
2. Le contrôleur MPPT doit être placé entre le panneau solaire et les batteries, le système nécessitera plus de câblage.
3. Un autre inconvénient lié à la prise en compte de ce facteur est la complexité . L'installation et la configuration d'un contrôleur MPPT nécessitent une expertise technique plus poussée qu'avec un contrôleur de charge classique, ce qui peut augmenter les coûts d'installation.
4. Le système MPPT peut être difficile à diagnostiquer si des problèmes surviennent.
5. Un système MPPT peut empêcher les batteries de se charger complètement. En effet, le contrôleur MPPT ne permet généralement aux batteries de se charger qu'à 80-90 %, ce qui signifie que le générateur photovoltaïque fonctionnera près de son point de puissance maximale (PPP), mais pas nécessairement à ce point.
Les contrôleurs de charge solaire MPPT valent-ils l’investissement ?
Les régulateurs de charge MPPT coûtent plus cher que les régulateurs PWM. Pour les petits systèmes simples, le surcoût lié à la mise à niveau du régulateur peut ne pas se justifier. Cependant, pour les systèmes plus importants ou dans les régions exposées aux intempéries, le gain de puissance et d'efficacité offert par un régulateur MPPT compensera largement son coût supplémentaire.
Personne n'aime gaspiller de l'énergie. Les régulateurs de charge MPPT vous permettent de tirer le meilleur parti de vos panneaux solaires sans vous soucier des conditions météorologiques changeantes ni de la taille de vos panneaux solaires par rapport à la tension de votre batterie.
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