Vous souhaitez en savoir plus sur le fonctionnement d’un régulateur solaire ? Jade Technologie, concepteur de systèmes d’alimentation électrique autonomes vous dit tout. Globalement, le régulateur solaire gère la charge et la décharge. Plus précisément, il optimise le transfert d’énergie entre le panneau solaire et la batterie. Il minimalise sa profondeur de décharge et la protège de la surcharge. Ce faisant, le régulateur solaire garantit la continuité opérationnelle de votre système de contrôle d’accès ou de votre dispositif de surveillance. Explorons en détail le fonctionnement, le rôle, les caractéristiques et les avantages de ce composant.
Caractéristiques et fonction du régulateur solaire dans une installation
Du point de vue matériel, un régulateur solaire se présente en général sous la forme d’un petit boîtier. À l’intérieur se trouvent plusieurs composants électroniques, tels que des diodes, des bobines, ou des condensateurs. La fonction principale des régulateurs solaires est la gestion optimale de la production d’énergie.
Caractéristiques d’un régulateur solaire
Avant d’entrer dans les détails des deux types de régulateurs existants, voici un résumé de ce que vous pouvez trouver dans un régulateur :
- diode de protection : évite le retour du courant vers le panneau solaire ;
- condensateur : filtre les fluctuations de tension électrique ;
- bobine de conversion DC-DC ;
- composant électronique MPPT ou PWM ;
- circuit de contrôle : garantit une charge adaptée ;
- interrupteur : régule l’électricité fournie à la batterie ;
- circuit de protection pour l’ensemble du système.
N.B. Ces composants ne sont pas tous présents dans les régulateurs.
Fonction d’un régulateur dans une installation photovoltaïque
Le régulateur solaire a une fonction centrale. Il gère la charge et la décharge de la batterie d’une installation photovoltaïque. Pourquoi insérer ce composant dans une installation solaire ? Il maintient la batterie dans un état optimal de charge. Pour ce faire, il réalise principalement trois fonctions secondaires :
- transfert optimal d’électricité entre le panneau solaire et la batterie ;
- limitation de la profondeur de décharge de la batterie ;
- protection de la batterie contre la surcharge.
Fonctionnement technique d’un régulateur solaire
Comment s’effectue la gestion de la production d’énergie par le régulateur solaire ? Elle s’appuie sur le contrôle permanent de la tension de la batterie. Pour remplir cet objectif, le régulateur solaire est inséré dans le circuit de production d’énergie. Il doit être placé entre le panneau photovoltaïque et la batterie.
Gestion de l’énergie entre le panneau et la batterie
Le régulateur surveille la tension du panneau solaire et celle de la batterie. Ainsi, il évalue si l’énergie produite est utilisée de manière optimale. Quand le panneau produit un maximum de courant électrique, le régulateur transfère toute l’énergie vers la batterie. Lorsqu’il constate que la batterie est en charge pleine, il bloque le transfert d’énergie. Il le redéclenche lorsque la batterie se vide.
Régulation de la tension électrique de charge
La régulation de tension électrique est une autre fonction essentielle des régulateurs de charge. Ce composant s’assure que la tension transmise à la batterie est conforme à ses spécifications techniques. En outre, et en fonction des besoins de votre dispositif off-grid et de l’état de la batterie, il adapte la tension délivrée par le panneau solaire. À quoi sert cette fonction de régulation ? Elle optimise l’efficacité du stockage d’énergie.
Considérations de dimensionnement
Le bon dimensionnement d’un régulateur solaire est fondamental pour assurer le bon fonctionnement d’une installation. Le tableau ci-dessous récapitule les principaux critères à prendre en compte.
| Critères de dimensionnement du régulateur solaire | Observations | ||
| Courant de charge maximum | Doit être supérieur d’au moins 25 % au courant nominal du panneau. | ||
| Tension de système | Assurer la compatibilité du régulateur de charge avec le panneau (3,7, 12,24, 25,2 volts). | ||
| Conditions climatiques | Le régulateur doit correspondre à la plage de température et aux variations climatiques. | ||
| Type de batterie | Le régulateur doit être compatible avec le type de batterie (plomb, lithium). | ||
| Puissance maximale | Vérifier que le système ne dépasse pas la capacité maximale spécifiée par le fabricant. |
Régulateurs solaires : les 2 types de fonctionnement existants
Vous trouverez dans le commerce deux types de régulateurs de charge solaire. Le premier est courant, il s’agit du régulateur de charge PWM (pulse-width modulation). Il est abordable et fiable, mais présente des certaines limites. Le second, plus spécifique, est le régulateur de charge de type MPPT (maximum power point tracking). Ce régulateur se caractérise par sa très grande performance.
Fonctionnement des régulateurs solaires PWM
Ces produits modulent la largeur des impulsions de courant électrique envoyées vers la batterie par le panneau solaire. Voici schématiquement comment ils fonctionnent :
- quand la batterie est presque déchargée : le régulateur laisse passer de larges impulsions de courant électrique ;
- si la batterie est presque pleine : le régulateur envoie de l’énergie électrique par petites impulsions ;
- avec une batterie pleine, le régulateur bloque la quasi-totalité du courant électrique produit.
Détaillons leur fonctionnement de façon plus technique.
Régulation de la tension de la batterie
Le régulateur solaire tient compte du fait que les panneaux solaires fournissent une tension et une puissance variables selon l’éclairement du soleil. Il examine en permanence la tension de la batterie. Il la compare à un seuil prédéterminé. Ce seuil correspond à la tension optimale de charge.
Modulation de la largeur d’impulsion électrique
Quand la tension de la batterie est inférieure au seuil prédéfini, il ferme un interrupteur électronique. Celui-ci laisse passer le courant de charge à intervalles réguliers (fréquence fixe en kHz). Il module la largeur des impulsions de charge pour accroître ou diminuer le courant de charge.
Gestion des 3 phases de charge
Typiquement, un régulateur solaire PWM gère trois phases de charge :
- Phase bulk : charge à courant constant (limité au courant maximum que le panneau peut fournir à tout instant selon la luminosité).
- Phase d’absorption : charge à tension constante.
- Phase float : maintien de la charge.
Architecture matérielle d’un régulateur solaire PWM
Tous les régulateurs solaires de type PWM ne se ressemblent pas. Cependant, ils se composent principalement des éléments suivants :
- interrupteur électronique (souvent un MOSFET) ;
- diode anti-retour ;
- microcontrôleur pour les phases de contrôle de charge ;
- capteurs de tension et de courant sur le panneau et la batterie.
Limites des régulateurs solaires PWM
Ces produits sont omniprésents sur les installations solaires grand public. Cette popularité est due à leur simplicité de mise en œuvre et à leur faible coût. Cependant, leur utilisation nécessite une correspondance étroite entre la tension du panneau et la tension de la batterie. Leur performance est réduite par faible luminosité, contrairement aux régulateurs MPPT, nettement plus efficaces.
Fonctionnement des régulateurs solaires MPPT
Le régulateur solaire MPPT est en quelque sorte le « petit génie » d’une installation solaire. Il scanne en continu la tension électrique envoyée par le panneau solaire. L’objectif est de trouver les moments où, dans la journée, le panneau produit le plus de puissance. Détaillons le principe de fonctionnement, l’architecture matérielle et le processus de gestion électrique d’un régulateur solaire MPPT.
Principe de fonctionnement du régulateur solaire MPPT
Ce produit de régulation de charge solaire est conçu pour optimiser en temps réel le transfert d’énergie entre le panneau solaire et la batterie. Pour réaliser cette opération, il tient compte de la production d’électricité non linéaire spécifique aux panneaux solaires.
La non-linéarité du courant électrique photovoltaïque
La courbe de sortie courant-tension (I-V) des panneaux solaires est non-linéaire. Cela signifie qu’elle varie, sous l’effet des variations d’ensoleillement et de température. La courbe de puissance (P-V) comporte alors un point de puissance maximum (MPP) unique pour des conditions de production données.
L’algorithme de recherche MPP
Le cœur d’un régulateur MPPT est son algorithme de recherche du MPP. Il inclut des méthodes courantes de type Perturb & Observe (P&O), Incremental Conductance, Fuzzy Logic Control. Ces méthodes portent les étapes d’ajustement de la tension et de la puissance, de comparaison et de prise de décision.
Architecture matérielle du régulateur MPPT
Les régulateurs MPPT comprennent les éléments technologiques suivants :
- convertisseur DC-DC : ajuste la tension et le courant (puissance) entre le panneau solaire et la batterie ;
- microcontrôleur : exécute l’algorithme MPPT, contrôle le convertisseur et gère les fonctions auxiliaires ;
- capteurs : fournissent les informations de tension et de puissance de la batterie et du panneau au contrôleur MPPT.
Processus de gestion de la charge du régulateur MPPT
Le fonctionnement d’un régulateur solaire de type MPPT peut être décrit en cinq étapes :
- Acquisition des données de production : le régulateur mesure continuellement la tension et la puissance de sortie du panneau, et celles d’entrée de la batterie.
- Calcul de puissance du panneau : la puissance (en Watts) à l’instant T est mesurée en permanence.
- Exécution de l’algorithme MPPT : l’algorithme détermine les réglages nécessaires pour atteindre et/ou maintenir le MPP.
- Contrôle du convertisseur : le microcontrôleur ajuste la production d’électricité pour modifier le point de fonctionnement du panneau.
- Gestion de la charge de batterie : le régulateur adapte la charge de la batterie d’après son état et la puissance fournie par le panneau.
Considérations avancées de certains régulateurs MPPT
Certains régulateurs solaires proposent des fonctionnalités élaborées très pratiques. Par exemple, la tension maximale délivrée par le panneau varie selon la température. Le régulateur intègre une fonction de compensation de température pour ajuster leur fonctionnement. D’autres offrent des interfaces de communication pour la surveillance et la configuration à distance.
Les régulateurs solaires gèrent de façon optimale la charge de la batterie. Jade Technologie vous propose des régulateurs solaires MPPT sur carte électronique et des régulateurs en boîtier. Ils sont adaptés à des tensions de 12 à 24 volts pour les batteries au plomb, et de 3,7 à 25,2 volts pour les batteries au lithium. Avant d’investir dans un régulateur solaire, vous souhaitez en savoir plus sur les panneaux solaires miniatures ? N’hésitez pas à nous consulter.