Catégorie : Atelier

le résultat de recherches que je compile ici.

donc pour les panneaux solaires, il y a 2 types de chargeur/régulateur: MPPT et PWM
le but ici est d’expliquer le fonctionnement de chacun, avec les avantages.
NB: tous les exemple donnés ci-dessous partent du principe qu’on tourne avec une installation 12V.

on commence par PWM:
ce sont en fait de bêtes interrupteurs, qui s’ouvrent lorsque la tension de la batterie dépasse un certain seuil (14.5V environ, parfois programmable), et se ferme en dessous (13.5V, parfois programmable aussi)
c’est peu cher (10€ environ), car très simple a fabriquer, peu de composants donc très robuste.
ça chauffe un peu (perte lors de la commutation, donc quand ça charge)
rendement très variable, de rien a en gros 98%.

pourquoi ????
les panneaux solaires ont tous un point de rendement maximum ou la puissance débitée est optimale, qui dépend des conditions d’ensoleillement.
a l’instant T, le panneau peut avoir une puissance max pour une tension de sortie a 16V et 2A par exemple (donc 32W)
partons du principe que la batterie est déchargée donc a environ 11V.
lorsque le régulateur va charger, comme c’est un interrupteur, la tension du panneau va descendre a 11V (tension de la batterie) mais ne débitera pas plus d’ampères (toujours 2 !!)
on aura donc une charge de 22W.
et donc un rendement de 22/32=69%
second exemple, batterie toujours déchargée mais panneau de 100W dans les meilleures conditions d’ensoleillement 22V, 4.5A:
la tension de charge sera toujours a 11V, la tension de la batterie, et le courant a 4.5A.
donc 50W de charge.
paf…. rendement 50%
troisième exemple, c’est le matin tôt, ou nuages, la tension du panneau est a 10V et il peut débiter 0.5A dans ces conditions.
bah ça charge pas du tout…. vu que la batterie est elle a 11V.
rendement 0% !

bon, tout le monde a compris, PWM c’est pas cher, ça marche mais le rendement est médiocre.

les régulateurs MPPT
ce sont des convertisseurs de tension DC-DC avec tension d’entrée auto ajustée.
la tension de sortie s’adapte automatiquement au niveau de charge de la batterie (batterie déchargée => 14.5V, batterie chargée 13.7V)
ils sont souvent programmables
ils sont nettement plus cher (j’y reviendrais plus tard, c’est pas forcement vrai), car plus complexes, plus de composants.
du coup, ya plus de chances de tomber en panne….
ça chauffe un peu mais tout le temps (sauf la nuit)
rendement quasi constant entre 95% et 98%

on passe aux explications:
le convertisseur va ajuster sa tension d’entrée a tous moments pour trouver la courbe de rendement du panneau à l’instant T. il va donc s’adapter aux conditions d’ensoleillement.
reprenons nos exemples 

a l’instant T, le panneau a une puissance max pour une tension de sortie a 16V et 2A par exemple (donc 32W)
la batterie est toujours déchargée donc a environ 11V.
lorsque le régulateur va charger, il va convertir 16V 2A (32W) en une tension de 11V, avec toujours une puissance de 32W, donc le courant sera de 2.9A (en fait un tout petit peu moins, il y a toujours des pertes dans le régulateur, environ 2%)
on voit tout de suite que ça va charger plus vite, le courant est de 2.9A contre 2A avec un PWM.
second exemple, batterie toujours déchargée mais panneau de 100W dans les meilleures conditions d’ensoleillement 22V, 4.5A:
la tension de charge sera toujours a 11V, les 100W en entrée seront donc convertis en 98W en sortie (rendement du régulateur) donc 8.9A
on charge 2 fois plus vite qu’en PWM !!!
troisième exemple, c’est le matin tôt, ou nuages, la tension du panneau est a 10V et il peut débiter 0.5A dans ces conditions.
5W débités par le panneau, c’est peu… mais après conversion dans le régulateur, ça charge !!!
5W*98%/11V=0.45A.
eh oui !!! même si le temps est pourri, ça charge la batterie (très peu OK, mais c’est mieux que rien)

autre point, une fois la batterie chargée, la tension de maintiens est constante a 13.7V. contrairement eu PWM ou la tension oscille vu que « l’interrupteur » passe son temps a s’ouvrir/fermer. pas top……

et dernier point: un régulateur MPPT ne va pas débiter de courant instantanément…..
il va mettre un temps plus ou moins long a trouver le point de rendement max du panneau a la mise sous tension
ça se fait tout simplement en cour-circuitant le panneau et en mesurant l’intensité qui passe.
pendant ce temps, ça charge pas (étage de sortie coupé)
une fois le point trouvé, la sortie est activé et vous verrez du courant passer 

pendant le reste de la journée, tant que le panneau n’est pas déconnecté, la recherche est faite dynamiquement, vu que les conditions ne changent pas du tout au tout instantanément. il recherche en fait autour du point de rendement max précèdent si c’est pas mieux (il ne re-parcours pas la courbe entière)
le rendement de 95-98% moyen tins donc compte du fait qu’a la mise sous tension il ne débite rien et que le rendement peut ne pas être optimal lorsqu’il se déplace sur la courbe ensuite.

Bon…. le choix est vite fait !!!

Mais pourquoi alors les PWM existent ???
comme je l’ai dit, c’est très robuste.
ça vaut 10€
un MPPT, c’est 50 au minimum (pour un 10A)!!!!
dans certains cas, le régulateur serait plus cher que le panneau (panneaux peu puissants, justement la ou on voudrais éviter les pertes…)

« oui mais j’ai vu que sur eBay/amazon ya des MPPT a 10€ »
désolé mais ce n’en sont pas.
les chinois ont compris qu’il y avait du pognon a se faire et donne le nom MPPT au modèle. ça reste de la technologie PMW derrière 

pour faire simple, le « premier prix » en vrai MPPT c’est chez EPEVER, modèle Tracer A
ça vaut grossièrement 50€, c’est programmable (au travers d’un câble de communication qui vaut quelques € et un PC)

si vous cherchez bien, il y a (aujourd’hui 19/11/2017)  2 autres modèles un peu moins cher qui sont des vrais MPPT:
UEIUA CPY-2410 (pour 10A)
UEIUA CPT-LA10 (toujours 10A)
le problème de ces 2 régulateurs sont que pour l’un, le rendement est médiocre et/car il chauffe beaucoup (probablement des composants sous dimensionnés donc durée de vie certainement courte). Et pour l’autre, il y a des courants de fuite entre la batterie et le panneau (donc possibilité de surtension de la batterie et surtout la batterie se décharge dans le panneau la nuit). on a donc a l’arrivée un rendement très moyen sur 24h (malgré un rendement correct en instantané)

pour les anglophones, je vous conseille de regarder la chaine YouTube de Adam Welch qui a testé plusieurs produit et fait des tests en temps réel de comparaison PWM/MPPT

MAJ 14 avril 2018

j’ai (enfin) reçu l’interface PC pour mon contrôleur MPPT.

on reprend l’histoire depuis le début.

de base, j’ai un kit panneau 100W + régul PWM

je me suis aperçu cet hiver que les batteries avaient tendance a dégazer (formation de bulles sur la paroi, coup de bol ma batterie est transparente)

du coup, même si c’était prévu depuis le début, ça a déclenché l’achat d’un régulateur MPPT (un vrai, cf premier message ici) qui est en plus programmable.

donc déjà, rien qu’avec l’installation du MPPT ça dégazait nettement moins (la tension crête était moins élevée que le PWM qui envoyait 15V avant d’ouvrir et de laisser le tension redescendre a 13.5)

mais il y en avait encore un peu…
explication:
de base, le régulateur est programmé pour des batteries GEL, donc avec une tension de flottement légèrement plus élevée qu’un électrolyte liquide (13.9-14 au lieu de 13.6-13.7)

ensuite, tous les matins au lever du soleil, le régulateur était en mode charge « bulk » pendant 2h, donc a fond (14.5), même si la batterie était déjà chargée vu que pas de décharge pendant la nuit.

j’ai pu reprogrammer tout ça avec l’interface PC:

c’est la qu’on comprend pourquoi j’avais cherché les tension nominales de charge/flottement/équalisation des batteries que j’ai mis dans un autre sujet 😉

on arrive ensuite à ça:

NB: la valeur de tension de charge n’est pas celle programmée, normal, j’ai aussi une sonde de T° sur la batterie qui permet de compenser la tension de charge (qui doit baisser avec la T°)
on voit sur le tableau la T° de la batterie a 12°, du coup, il faut 13.7V en stand-by, pour 13.5 programmés a 25°C 😉
NB2: on voit qu’il y a plus de courant en sortie qu’on entrée, signe que c’est bien un vrai MPPT !!

on a même droit a des courbes de production/charge/consommation

voila, normalement plus de dégazage et durée de vie de la batterie prolongée !!

donc pour info,
régulateur epever tracer 1210A, trouvable a un tout petit peu plus de 40€ sur eBay.
la sonde de T° RTS300R47K3.81A, payée « plein pot » 4€, en afit c’est une simple thermistance 47kohms, trouvable a quelques dizaines de centimes en magasin d’électronique.
interface PC, fabriquée a partir d’un convertisseur USB/RS485 a 1€ sur eBay + 1 vieux câble réseau.

le logiciel est gratuit et téléchargeable sur le site du fabriquant.

info pratique: ce régulateur (10A) supporte en fait nettement plus, c’est un bridage « logiciel »
ils l’indiquent même dans la doc.
ce qui a un 2eme effet kisscool plutôt pas mal, c’est qu’on peut mettre plus de panneaux que les 120W nominaux (en 12V) pour avoir une production élevée en hiver ! en été, même si les panneaux sont capable de produire disons 200W, le régulateur ne cramera pas et limitera a 120W en sortie.
ou par exemple de mettre 2 panneaux orientés différemment pour avoir un rendement max matin et soir, sans que ça crame a midi
ou encore de mettre 2 panneaux en série pour sortir plus vite de la puissance avec un très faible ensoleillement
les régulateurs PWM n’ont pas cette capacité et crament si trop de puissance en entrée.

précisément:

ça supporte 390W / 92V en entrée max pour le modèle 10A (130W / 12V en sortie) !