Comment sélectionner un contrôleur de charge solaire

Un contrôleur de charge solaire est un composant essentiel de toute installation solaire. Il protège les composants de stockage de votre batterie et garantit que tout fonctionne efficacement et en toute sécurité tout au long de la durée de vie du système.

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

Le contrôleur de charge d'une installation solaire se situe entre la source d'énergie (panneau solaire) et la batterie de stockage. Le contrôleur de charge empêche la batterie d'être surchargée en limitant la quantité et le taux de charge de la batterie. Ils empêchent également la décharge de la batterie en arrêtant le système si la puissance de charge stockée tombe en dessous de 50 % de la capacité et en chargeant la batterie au niveau de tension correct. Cela aide à préserver la durée de vie et la santé des batteries.

Comment fonctionne un contrôleur de charge solaire ?

Dans la plupart des contrôleurs de charge, le courant de charge passe à travers un semi-conducteur, qui agit comme une vanne pour contrôler le courant. Le contrôleur de charge empêche également la batterie d'être surchargée en réduisant le flux d'énergie vers la batterie une fois qu'elle atteint une tension spécifique. La surcharge de la batterie peut causer des dommages particulièrement importants à la batterie elle-même, de sorte que le contrôleur de charge est particulièrement crucial. Le contrôleur de charge fournit également d'autres fonctions importantes, notamment la protection contre les surcharges, la déconnexion basse tension et le blocage des courants inverses.

Protection contre les surcharges

Le contrôleur de charge fournit la fonction importante de protection contre les surcharges. Si le courant circulant dans la batterie est beaucoup plus élevé que ce que le circuit peut supporter, le système peut être surchargé. Cela entraînera une surchauffe ou même un incendie. Le régulateur de charge empêche ces surcharges de se produire. Dans les grands systèmes solaires, nous recommandons également un disjoncteur et un fusible pour une double sécurité.

Déconnexion basse tension

Cela fonctionnera comme une déconnexion automatique de la charge non critique de la batterie lorsque la tension descend en dessous d'un seuil défini. Lorsqu'il est en charge, il se reconnectera automatiquement à la batterie. Cela évitera une décharge excessive.

Bloquer le courant inverse

Le panneau solaire pompe le courant à travers les batteries dans une direction. Pendant la nuit, le panneau peut naturellement laisser passer une partie des courants en sens inverse. Cela peut entraîner une légère décharge de la batterie. Le contrôleur de charge solaire empêche que cela se produise en agissant comme une vanne.

Qu'est-ce qui affectera votre prise de décision lors du choix d'un contrôleur de charge ?

Ces facteurs doivent être pris en compte lorsque vous envisagez d'acheter un contrôleur de charge. Le budget, le climat où le système sera installé,

la durée de vie du contrôleur la technologie, (quels types de contrôleurs de charge fonctionnent mieux dans les climats plus froids) la hauteur de vos besoins énergétiques, et la taille, le nombre et le type de batterie utilisée dans le système.

Ces facteurs interagissent tous de manière complexe et peuvent vous affecter, ce qui rend difficile une mise en œuvre efficace. Cependant, il existe un processus clair pour déterminer quel contrôleur de charge convient à l'application.

Facteurs à prendre en compte lors de la décision d'acheter un contrôleur de charge

Différents types de contrôleurs de charge solaire

Il existe deux principaux types de contrôleurs de charge : les contrôleurs de charge à modulation de largeur d'impulsion (PWM) peu coûteux mais moins efficaces et les contrôleurs de charge à suivi du point de puissance maximale (MPPT) très efficaces. Les deux technologies sont largement utilisées pour protéger les batteries, qui durent généralement environ 15 ans, bien que cela puisse varier d'un produit à l'autre.

Il existe certaines situations dans chacun de ces deux types principaux, et ce sont des choix clairs. Cependant, choisir un contrôleur de charge ne se limite pas à choisir le bon type - au-delà de cela, vous devez également prendre en compte d'autres caractéristiques en termes de sécurité et de commodité. La qualité de ces produits varie considérablement, même au sein des deux principales catégories

Les contrôleurs de charge à modulation de largeur d'impulsion sont les meilleurs pour ceux qui ont des systèmes à petite échelle. Idéal pour les véhicules avec des systèmes plus petits (fourgonnettes, camping-cars, camping-cars, mini-maisons) et les véhicules avec des climats plus chauds. Les contrôleurs de charge PWM existent depuis plus longtemps et sont plus simples et moins chers que les contrôleurs MPPT. Le contrôleur PWM régule le flux d'énergie vers la batterie en réduisant progressivement le courant, appelé modulation de largeur d'impulsion. Au lieu de fournir une sortie stable, un contrôleur de charge PWM fournit une série d'impulsions de charge courtes à la batterie.

Bien qu'efficace, cette modulation de largeur d'impulsion entraîne une perte de puissance entre le panneau solaire et la batterie. Ce type de contrôleur de charge ne peut pas ajuster les tensions, seulement s'éteindre par intermittence pour éviter une tension excessive aux batteries. La tension et le courant émis par le panneau solaire changent constamment, ce qui entraîne inévitablement un gaspillage lors de l'utilisation d'un contrôleur de charge solaire PWM. Lorsque la batterie est complètement chargée, le contrôleur de charge PWM fournit en continu une petite quantité d'énergie pour maintenir la batterie pleine. Cette régulation à deux niveaux est idéale pour les systèmes qui consomment peu d'énergie. Les contrôleurs PWM sont les meilleurs pour les applications à petite échelle car le système de panneaux solaires et la batterie doivent avoir des tensions correspondantes. Le courant est extrait du panneau juste au-dessus des tensions de la batterie.

De nombreux contrôleurs de charge PWM ont une gamme de fonctionnalités supplémentaires différentes. Le contrôleur de charge PWM 10A peut être utilisé avec des batteries ou un groupe de batteries de 12 volts ou 24 volts et est équipé de fonctions d'autodiagnostic et de protection électronique pour éviter les dommages causés par des erreurs d'installation ou des défauts du système.

Avantages :

Moins cher que les contrôleurs de charge solaire MPPT.

Idéal pour les petits systèmes où l'efficacité n'est pas aussi critique.

Idéal par temps chaud et ensoleillé.

Généralement, durée de vie plus longue en raison du nombre réduit de composants susceptibles de se casser.

Les performances sont optimales lorsque la batterie est presque complètement chargée.

Inconvénients :

Moins efficace que les contrôleurs de charge solaire MPPT.

Parce que les panneaux solaires et les batteries doivent correspondre aux tensions de ces contrôleurs, ils ne sont pas idéaux pour les systèmes plus grands et plus complexes.

Les contrôleurs MPPT conviennent parfaitement à ceux qui recherchent un système hautement efficace.

Idéal pour ceux qui ont des systèmes plus grands comme des cabanes, des habitations et des chalets, et ceux qui vivent dans des climats plus froids.

Les contrôleurs MPPT utilisent efficacement toute la puissance des panneaux solaires pour charger les batteries. Avec les contrôleurs de charge solaire MPPT, le courant est extrait du panneau aux tensions de puissance maximales, mais ils limitent également leur sortie pour éviter que les batteries ne soient surchargées. Les contrôleurs de charge MPPT surveilleront et ajusteront leur entrée pour réguler le courant du système solaire. La puissance de sortie globale augmentera donc et vous pouvez vous attendre à un bon taux d'efficacité de 90% ou plus. En d'autres termes, MPPT signifie Maximum Power Point Tracker; ces contrôleurs sont beaucoup plus avancés que les contrôleurs de charge PWM et permettent au panneau solaire de fonctionner à son point de puissance maximum, ou plus précisément, à la tension et au courant optimaux pour une puissance de sortie maximale. En utilisant cette technique ingénieuse, l'efficacité des contrôleurs de charge solaire MPPT peut être augmentée jusqu'à 30 %, bien sûr, cela dépend de la tension de la batterie et de la tension de fonctionnement (Vmp) du panneau solaire.

Le principe de fonctionnement du contrôleur de charge solaire MPPT est assez simple - en raison de la lumière solaire changeante (irradiance) tombant sur les panneaux solaires tout au long de la journée, la tension et le courant des panneaux solaires changent constamment. Pour générer une puissance maximale, un MPPT balaie la tension du panneau pour trouver le point idéal ou la meilleure combinaison de tension et de courant pour produire la puissance maximale.Le MPPT suit et ajuste en permanence la tension PV pour produire une puissance maximale, quelle que soit l'heure de la journée ou les conditions météorologiques

Exemple PWM contre MPPT

Par exemple, un panneau solaire commun à 60 cellules (24 V) avec une tension de fonctionnement de 32 V (Vmp) est connecté à une batterie de 12 V à l'aide d'un PWM et d'un contrôleur de charge MPPT. Avec un contrôleur PWM, la tension du panneau doit chuter pour correspondre à la tension de la batterie, de sorte que la puissance de sortie est considérablement réduite. À l'aide d'un contrôleur de charge MPPT, le panneau peut fonctionner à son point de puissance maximum, qui à son tour peut générer plus de puissance.

Options de tension de batterie

La plupart des contrôleurs de charge solaire MPPT prennent généralement en charge une gamme de tensions de batterie différentes. Par exemple, la plupart des contrôleurs solaires plus petits de 10 A à 30 A peuvent être utilisés pour charger une batterie de 12 volts ou de 24 volts, tandis que les contrôleurs de charge solaire de plus grande capacité ou à tension d'entrée plus élevée sont conçus pour être utilisés sur une batterie de 24 volts ou de 48 volts. systèmes.

Outre le courant nominal (A), la taille maximale du panneau solaire pouvant être connecté à un contrôleur de charge solaire est également limitée par la tension de la batterie. Évidemment, une batterie de 24 volts permet de connecter plus d'énergie solaire à un contrôleur de charge solaire de 20 A qu'une batterie de 12 volts.

Selon la loi d'Ohm et l'équation de puissance, des tensions de batterie plus élevées permettent de connecter plus de panneaux solaires. C'est à cause de la formule, Puissance = Tension x Courant (P=V*I). Comme 20A x 12,5V=250W, tandis que 20A x 25V=500W. Ainsi, l'utilisation d'un contrôleur 20A avec une batterie 24 volts plus élevée doublera la quantité d'énergie solaire autorisée à se connecter par rapport à une batterie 12V.

20 A MPPT avec une batterie de 12 volts = 260 W max solaire recommandé

20 A MPPT avec une batterie de 24 volts = 520 W max solaire recommandé

20A MPPT avec une batterie de 48 volts = 1040W max Solaire recommandé

Pour que le contrôleur de charge MPPT fonctionne correctement, la tension de fonctionnement du panneau solaire doit être supérieure d'au moins 4 volts à 5 volts à la tension de charge (absorption) de la batterie, et non à la tension nominale de la batterie. En moyenne, la tension de fonctionnement réelle du panneau est inférieure d'environ 3 volts à la tension optimale du panneau (Vmp).

De plus, tous les panneaux solaires ont deux tensions nominales, qui sont déterminées dans des conditions de test standard (STC) basées sur une température de cellule de 25 °C. Le premier est la tension d'alimentation maximale (Vmp), qui chute légèrement dans des conditions nuageuses ou lorsque la température du panneau solaire augmente. La seconde est la tension en circuit ouvert (Voc), qui diminue également à des températures plus élevées. Pour que le MPPT fonctionne correctement, la tension de fonctionnement du panneau (Vmp) doit toujours être supérieure de plusieurs volts à la tension de charge de la batterie dans toutes les conditions, y compris les températures élevées.

Ainsi, les contrôleurs de charge MPPT sont fortement recommandés pour la plupart des grands systèmes d'énergie solaire. Les contrôleurs de charge PWM ne sont généralement une option viable que pour les petites applications telles que les voyages en camping-car ou éventuellement pour un petit chalet hors réseau.

Le contrôleur de charge solaire MPPT offre des performances supérieures, le seul véritable inconvénient étant le coût supplémentaire par rapport aux options plus basiques.

Avantages :

Les contrôleurs de charge MPPT sont très efficaces.

Il convient le mieux aux systèmes à grande échelle où la production d'énergie supplémentaire est précieuse.

Il est préférable dans des environnements plus froids et plus nuageux.

Il est idéal pour les situations où la tension du panneau solaire est supérieure à la tension de la batterie.

Les performances sont meilleures lorsque la batterie est dans un état de charge faible.

Inconvénients :

Le contrôleur de charge MPPT est plus cher que le contrôleur PWM.

Durée de vie généralement plus courte en raison du plus grand nombre de composants.

Comment dimensionner le contrôleur de charge

En ce qui concerne le dimensionnement du contrôleur de charge, vous devez déterminer si vous prévoyez d'utiliser un contrôleur PWM ou MPPT. Un contrôleur de charge mal sélectionné peut entraîner une perte allant jusqu'à 50 % de l'énergie solaire.

Les contrôleurs de charge sont dimensionnés en fonction du courant du panneau solaire et de la tension du système solaire. En règle générale, vous voudrez peut-être vous assurer que votre contrôleur de charge est suffisamment grand pour gérer la puissance et le courant que le panneau produit. En règle générale, les contrôleurs de charge sont disponibles en 12 volts, 24 volts et 48 volts. Les valeurs nominales de courant (ampérage) peuvent être comprises entre 1 et 60 ampères et les tensions nominales de 6 à 60 volts.

Lorsqu'il s'agit de dimensionner correctement votre système, les ampères sont la valeur à laquelle vous devrez prêter le plus d'attention pour votre contrôleur de charge. Vous avez également besoin de la bonne tension, mais c'est aussi simple que de faire correspondre les tensions nominales du système et du contrôleur de charge.

L'ampérage est plutôt basé sur votre consommation d'énergie et la capacité de la batterie, ce qui peut être beaucoup plus difficile à déterminer.

Si les volts de votre système solaire étaient de 12 V et vos ampères de 14 A, vous aurez alors besoin d'un contrôleur de charge solaire d'au moins 14 ampères. Cependant, en raison de facteurs environnementaux, vous devez prendre en compte 25 % supplémentaires, ce qui porte l'ampérage minimum que ce contrôleur de chargeur doit atteindre 17,5 ampères. Donc, dans ce cas, vous aurez besoin d'un contrôleur de charge de 12 volts, 20 ampères.

Dimensionnement du contrôleur PWM

Le contrôleur de charge PWM ne peut pas limiter sa sortie de courant. Ils utilisent simplement le courant du tableau. Par conséquent, si les panneaux solaires peuvent produire 40 ampères de courant et que le contrôleur de charge que vous utilisez n'est évalué qu'à 30 ampères, le contrôleur sera endommagé. Il est essentiel de s'assurer que votre contrôleur de charge correspond, est compatible avec et correctement dimensionné pour votre panneau solaire.

Lorsque vous examinez un contrôleur de charge, il y a une série de choses à examiner sur sa liste de spécifications ou d'étiquettes. Un contrôleur PWM aura une lecture d'ampli pour lui, comme un contrôleur PWM de 30 ampères. Cela représente le nombre d'ampères que le contrôleur peut gérer, qui dans le cas ci-dessus est de 30 ampères. Généralement, les deux choses que vous devez regarder dans un contrôleur PWM sont l'ampérage et la tension nominale.

Tout d'abord, nous devons examiner les tensions nominales du système. Cela nous indiquera avec quelles tensions les bancs de batteries le contrôleur est compatible.

Deuxièmement, nous devons examiner le courant nominal de la batterie. Supposons que vous ayez un contrôleur de charge de 30 ampères. Nous avons recommandé un facteur de sécurité d'au moins 1,25, ce qui signifie que vous pouvez multiplier le courant de vos panneaux par 1,25, puis le comparer aux 30 ampères. Par exemple, cinq panneaux de 100 watts en parallèle peuvent être de 5,29 x 5 = 26,45 ampères. 26,45 ampères x 1,25 = 33 ampères, ce serait trop pour le contrôleur. En effet, le panneau peut subir plus de courant que ce pour quoi il est conçu lorsque l'exposition aux rayons du soleil est supérieure à 1 000 watts/m^2 ou inclinée.

Troisièmement, examinons l'apport maximal d'énergie solaire. Cela vous indiquera la tension que vous pouvez avoir dans le contrôleur. Ce contrôleur ne peut pas accepter des tensions supérieures à 50 volts. Regardons 2 panneaux de 100 watts en série pour une tension totale de 22,5 volts (tension en circuit ouvert) x 2 = 45 volts. Dans ce cas, les deux panneaux peuvent être connectés en série.

Quatrièmement, nous pouvons regarder le terminal. Chaque contrôleur a généralement une taille de jauge maximale du terminal. Ceci est très important lorsque vous achetez du câblage pour votre système.

Enfin, vous pouvez jeter un œil aux types de batterie. Cela nous indique quelle batterie est compatible avec votre contrôleur de charge. Il est important de vérifier cela car vous ne voulez pas avoir de batteries qui ne peuvent pas être chargées par l'unité de contrôle.

Il est important de vérifier cela car vous ne voulez pas avoir de batteries qui ne peuvent pas être chargées par l'unité de contrôle.

Dimensionnement du contrôleur de charge MPPT

Parce que le contrôleur de charge MPPT limite sa sortie, vous pouvez créer un tableau aussi grand que vous le souhaitez et un contrôleur limitera la sortie. Cependant, cela signifie que votre système n'est pas aussi efficace qu'il pourrait l'être puisque vous avez des panneaux qui ne sont pas correctement utilisés.Les contrôleurs MPPT auront une lecture d'ampères pour cela, comme un contrôleur MPPT de 40 ampères. Même si votre panneau a le potentiel de produire 80 A de courant, le contrôleur de charge MPPT ne produira que 40 A de courant, quoi qu'il arrive.

Ils auront également une tension nominale, mais contrairement aux contrôleurs PWM, la tension nominale d'entrée est beaucoup plus élevée que les bancs de batteries qu'ils chargeront. Cela est dû à la capacité spéciale du contrôleur MPPT à réduire la tension aux tensions du groupe de batteries, puis à augmenter le courant pour compenser la puissance perdue. Vous n'êtes pas obligé d'utiliser des tensions d'entrée élevées si vous voulez éviter les connexions en série dans les petits systèmes, mais c'est très avantageux dans les grands systèmes.

Supposons que l'étiquette d'un contrôleur indique qu'il peut gérer des batteries de 12 volts ou 24 volts. Vous pouvez rechercher la valeur Rov. Par exemple, s'il affiche Rov-40, cela signifie qu'il est conçu pour 40 ampères de courant.

De plus, examinons les tensions d'entrée solaires maximales. Par exemple, si le contrôleur MPPT peut accepter une entrée de 100 volts, il acceptera alors (jusqu'à) 100 volts et passera à une batterie de 12 volts ou 24 volts. Disons que vous avez 4 panneaux de 100 watts en série, chacun avec une tension en circuit ouvert de 22,5 volts. Ces quatre tensions en série sont de 4 x 22,5 volts = 90 volts, ce que le contrôleur peut accepter.

Pouvoir accepter des tensions plus élevées rend les contrôleurs de charge solaire MPPT particulièrement adaptés à certaines applications spécifiques. Des tensions plus élevées entraînent moins de perte de puissance sur une longueur de fil, c'est pourquoi les lignes de transmission longue distance transportent de grandes quantités d'électricité.

Si vos bancs de batteries sont à une certaine distance de vos panneaux, faire fonctionner le système à des tensions plus élevées et s'appuyer sur des contrôleurs de charge solaire MPPT est le meilleur moyen de réduire la perte de transmission.

Pouvez-vous utiliser plusieurs contrôleurs de charge ?

Dans les situations où un seul contrôleur de charge n'est pas suffisant pour gérer la sortie des panneaux solaires, vous pouvez utiliser plusieurs contrôleurs de charge avec un seul banc de batteries. En fait, pour les contrôleurs de charge solaire MPPT, c'est probablement la meilleure façon de connecter le système car les panneaux ont des points de puissance maximale différents. Avoir deux contrôleurs peut optimiser la puissance de sortie totale.

Cependant, nous vous recommandons d'utiliser le même type de contrôleur si vous utilisez plusieurs contrôleurs. Donc, si vous avez un contrôleur de charge MPPT, tous vos contrôleurs de charge doivent être des MPPT. De plus, vous devrez vous assurer que tous vos contrôleurs de charge solaire ont la même entrée de réglage de batterie.

Quelle est la limite de tension supérieure ?

Tous les contrôleurs de charge ont une limite de tension supérieure. Il s'agit de la quantité maximale de tension que le contrôleur peut gérer en toute sécurité. Assurez-vous de connaître la limite de tension supérieure du contrôleur. Sinon, vous pourriez griller le contrôleur de charge solaire ou créer d'autres risques pour la sécurité.

Bien qu'il existe de nombreux autres facteurs en jeu pour déterminer si vous sélectionnez la bonne taille de contrôleur, il y a très peu de marge de manœuvre en ce qui concerne la limite de tension supérieure.

Sélectionner la mauvaise taille en termes d'ampérage peut vous priver de la capacité dont vous avez besoin de votre contrôleur de charge, mais une limite de tension supérieure insuffisante entraînera le dysfonctionnement de votre système.

Vous devez vous assurer que votre contrôleur de charge peut gérer la tension maximale émise par votre système d'alimentation solaire. En général, il s'agit d'un grave problème si vous utilisez des panneaux solaires en série.

Lorsque vous connectez des panneaux en série, la tension s'additionne avec chaque panneau solaire. Donc vos deux panneaux 12 volts émettent maintenant du 24 volts, ce qui va sûrement griller votre régulateur de charge 12 volts.

Erreurs et erreurs courantes du contrôleur de charge

En raison de tous les différents composants d'une installation solaire, il est facile de faire des erreurs lors du processus d'installation.Certaines erreurs courantes sont commises avec les contrôleurs de charge solaire

Ne connectez pas de charges CA au contrôleur. Seules les charges CC doivent être connectées à la sortie du contrôleur.

Certains appareils basse tension doivent se connecter directement à la batterie.

Le contrôleur doit toujours être installé près de la batterie, car la mesure précise de la tension de la batterie est une partie importante de la fonction du contrôleur de charge solaire.

Pendant le fonctionnement, des problèmes potentiels peuvent survenir avec le contrôleur. Vous pouvez constater que votre système d'alimentation solaire n'a pas de puissance du tout. Cette situation peut être causée par des fils déconnectés ou mal connectés. Vérifiez que toutes les connexions sont établies et qu'aucune n'est inversée.

La température de divers composants est une préoccupation majeure en ce qui concerne le contrôleur de charge solaire. Le pire scénario est la surchauffe du cœur de la batterie, ce qui peut entraîner des dommages importants. La manette elle-même peut également surchauffer, ce qui devrait se produire avant la batterie pour éviter d'autres dommages.

Pour le plus haut niveau de sécurité de votre système d'énergie solaire, vous devriez envisager un capteur de température de batterie ou une batterie avec BMS. Ce dispositif simple surveille la température de la batterie et évite une surchauffe désastreuse. Une batterie au lithium avec BMS peut la maintenir dans des conditions sûres.

Conclusion

Que vous soyez dans un camping-car, un bateau marin, une cabine hors réseau ou votre maison, si vous envisagez d'y installer un système solaire, les contrôleurs de charge sont une partie essentielle de votre installation solaire. Faire des recherches et peser vos options avant de faire un investissement vous assurera de choisir le bon contrôleur pour vous et votre système.

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