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Jul 26, 2023

Meilleur contrôleur solaire MPPT ou PWM pour le camping-car

16 décembre 2022 par Mark Allinson Laisser un commentaire Charge PWM et MPPT

Décembre 16, 2022 par Mark Allinson Laisser un commentaire

Les contrôleurs de charge PWM et MPPT sont tous deux des dispositifs largement utilisés pour charger des batteries en utilisant l’énergie produite par des panneaux solaires sur les camping-cars et les bateaux et, bien sûr, dans des installations fixes.

Le contrôleur PWM est un interrupteur reliant les panneaux solaires à votre batterie de service. Cet appareil peut réduire considérablement la tension des réunions jusqu’à ce qu’elle atteigne celle du banc de batteries.

Le contrôleur MPPT, en revanche, est plus sophistiqué (et plus coûteux) : il régule sa tension d’entrée pour récupérer le maximum de puissance possible des panneaux solaires.

Ensuite, il transforme cette puissance pour fournir les exigences de tension de la batterie. MPPT découple la tension des panneaux de celle de la batterie afin qu’il puisse y avoir une batterie de 12 volts et des panneaux connectés en série pour produire 36 volts.

Tous acceptent généralement que le contrôleur MPPT surpasse les contrôleurs de type PWM dans les climats tempérés froids. En revanche, les deux contrôleurs affichent les mêmes performances dans les climats subtropicaux et tropicaux.

Dans cet article, cependant, nous décrirons en détail l’effet de la température, un paramètre qui, en ce qui concerne l’utilisation dans un camping-car, devient fondamental pour déterminer ce qu’il est préférable de faire lorsque vous envisagez d’acheter l’un de ces appareils.

Prenons comme exemple un simple panneau solaire de 100W avec 36 cellules monocristallines. Ce panneau classique est installé sur de nombreux camping-cars de tous les jours. Supposons que nous soyons dans une situation où la température extérieure est de 25°C et le rayonnement solaire est égal à 1000 W/m² (voir note ci-dessous).

La puissance nominale maximale de notre panneau de référence a une tension de point de puissance maximale de 18 volts et un courant de 5,56 ampères (18V x 5,56A = 100W), donc pour tirer le meilleur parti de ce panneau solaire, un contrôleur de charge doit être choisi qui peut exploiter le point de puissance maximale, ce que fait un appareil MPPT.

La tension d’entrée d’un contrôleur PWM est, en principe, égale à la tension de la batterie. Connecté à sa sortie (plus les pertes de tension dans le câblage et le contrôleur) qui, dans le cas des camping-cars, est généralement de 12 volts.

En nous retrouvant dans les conditions spécifiées ci-dessus, le panneau solaire, comme vous l’aurez compris, n’est donc pas utilisé au point de sa puissance maximale.

Avec son microprocesseur et son logiciel sophistiqué, le contrôleur MPPT détectera alors le point de puissance maximale et, dans l’exemple ci-dessus, pourra régler la tension de sortie du panneau solaire à 18V puis en tirer 5,56A. Que se passe-t-il ensuite?

Le contrôleur de charge MPPT est un transformateur DC-to-DC (courant continu) capable de transformer l’alimentation d’une tension plus élevée en une puissance à une tension inférieure.

La quantité d’énergie ne change pas (à l’exception d’une petite fuite dans le processus de transformation). Par conséquent, si la tension de sortie est inférieure à la tension d’entrée, le courant de sortie sera supérieur au courant d’entrée, de sorte que le produit P = V x I reste constant.

Lorsqu’une batterie de 12 volts est chargée, le régulateur MPPT règle la tension de sortie à un niveau supérieur, par exemple, 13 volts. Par conséquent, le courant de sortie sera calculé comme 100 W/13 V = 7,7 A.

Le régulateur PWM n’est pas un transformateur CC-CC. Le contrôleur PWM est un interrupteur reliant le panneau solaire à la batterie. La réunion et la batterie seront presque à la même tension lorsque l’interrupteur est fermé. En supposant que nous ayons affaire à une batterie plate, la tension de charge initiale sera d’environ 13V.

En considérant une perte de tension de 0,5V sur le câblage plus la perte intrinsèque du contrôleur, le panneau sera donc à 13,5V. La tension augmentera ensuite lentement à mesure que l’état de charge de la batterie augmente.

Lorsque la tension d’absorption est atteinte (voir courbe IUIU pour charger les batteries AGM), le contrôleur PWM commence à déconnecter et à reconnecter le panneau pour éviter toute surcharge (d’où le nom: Pulse Width Modulated Controller).

Après avoir fait ces considérations, reprenons l’exemple et voyons qu’avec une tension de charge de batterie de 13 V et celle des panneaux à 13,5 V, nous ne nous retrouvons pas à travailler au point de puissance maximale de la conférence mais seulement au moment où, la courbe courant-tension produit environ 6 Ampères. Compte tenu de ce qui précède, nous obtiendrons un courant de charge de = 81W, soit 19% de moins que les 100 reçus avec le contrôleur MPPT.

En résumé, nous avons vu qu’à 25°C, un contrôleur MPPT est préférable à un contrôleur PWM car il peut tirer plus de courant du même panneau PV. La température, cependant, affecte fortement la tension de sortie du panneau, et c’est là que cela devient plus intéressant.

Le résultat de la température est un paramètre trop important pour être négligé dans n’importe quel système photovoltaïque, mais encore plus lorsqu’il s’agit de remorques. Ces véhicules se déplacent et ne peuvent pas compter sur les calculs statiques typiques des systèmes fixes.

Vous devez savoir que lorsqu’un panneau chauffe en raison du soleil qui brille, la tension en circuit ouvert et la tension du point de puissance maximale diminuent. Cependant, le courant reste pratiquement constant. En d’autres termes: la courbe courant-tension se déplace avec l’augmentation de la température. En pratique, notre panneau continuera à générer 5,56 ampères, mais cette fois à une tension inférieure.

Lorsque la température de la cellule est de 75 °C, le régulateur MPPT doit traiter différents paramètres de tension au point de puissance maximale, étant donné que le même panneau n’aura plus une tension maximale de 18 volts comme à 25 °C, mais beaucoup plus faible. En prenant les fiches techniques du panneau de référence à 100 Watts en main, nous voyons que la tension maximale à 75°C tombe à 13,5 Volts.

Fonctionnant à cette tension maximale, le régulateur MPPT serait donc capable de développer cette puissance : 5,56 x 13,5 = 75 Watts.

Comme nous l’avons vu précédemment, au lieu du contrôleur PWM lorsque la température de la cellule est de 75 ° C, la présence d’une tension de batterie de 13 V garantira que nous aurons une tension imposée sur le panneau égale à 13,5 V. Nous aurons donc à la fin 13 1.5V x 5.56A = 75 Watts.

En conclusion, lorsque les panneaux fonctionnent à 75°C et que la batterie se charge à 13 Volts, la différence de performance entre PWM et MPPT est pratiquement inexistante.

Il est intéressant de voir ce qui se passe à des températures encore plus élevées lorsque le même panneau baisse sa tension de puissance maximale à 11,7 volts. Dans ce cas, nous devons savoir que la plupart des contrôleurs MPPT ne peuvent pas transformer une tension inférieure en une tension plus élevée, car ce n’est pas leur travail.

Dans ce cas, cet appareil fonctionnerait généralement comme un simple contrôleur PWM, connectant ainsi le panneau directement à la batterie. Dans ce cas, si la batterie est à 13 Volts habituels, le courant collecté par la conférence ne sera que de 4 Ampères. Naturellement, la situation s’aggrave à mesure que la tension de la batterie augmente (ou que la température augmente) puisque le courant de charge diminue davantage.

Dans notre exemple, les contrôleurs MPPT et PWM ne fonctionnent pas à des températures élevées.

La solution pour améliorer les performances du contrôleur MPPT à haute température consiste à augmenter la tension du panneau en augmentant le nombre de cellules en série. Cette solution ne s’applique pas aux contrôleurs PWM car l’augmentation du nombre de cellules dans une série réduirait les performances à basse température.

Par conséquent, par exemple, comme nous l’avons fait sur notre camion travaillant avec des contrôleurs MPPT, nous avons utilisé des panneaux photovoltaïques 24V au lieu de 12V, ou ce que ceux qui n’ont pas beaucoup d’espace pourraient faire pourrait être d’utiliser deux panneaux 50W en série pour obtenir les 100 précédents. Cela doublera la tension de sortie et le contrôleur MPPT chargera une batterie de 12 V avec 66 W (5,1 A à 13 V), même à une température de cellule de 100 ° C.

Un avantage supplémentaire: puisque la tension du panneau est doublée, le courant du panneau est réduit. Par conséquent, ayant moins de résistance, nous aurons une perte finale moindre.

Conclusion

Lors de l’utilisation d’un contrôleur MPPT, il existe deux raisons impérieuses d’augmenter la tension des modules photovoltaïques :

a) Recueillir autant d’énergie que possible des panneaux, même à des températures élevées.

b) Diminuer la section transversale du câble et ainsi réduire les coûts en optimisant le rendement.

Performance des contrôleurs MPPT et PWM pour une utilisation dans les camping-cars

Température de fonctionnement

Dans l’ensemble, nous pouvons dire qu’un contrôleur PWM fonctionne de manière assez similaire (écarts d’environ 10% lorsque la tension de charge de la batterie est comprise entre 13V et 15V), et nous travaillons dans une plage de température comprise entre 45 ° C et 75 ° C.

Type de panneaux solaires: Monocristallin ou polycristallin

Selon les fiches techniques de différents fabricants, la tension de crête est, en moyenne, légèrement inférieure dans le cas des panneaux polycristallins.

Dans le cas d’un panneau solaire de 12 V, la différence est de 0,35 V à 0,7 V, tandis que le coefficient de température est similaire pour les deux technologies. La conséquence est qu’un régulateur PWM fonctionnerait un peu moins bien avec ces panneaux.

Ombres partielles

L’ombrage partiel réduit la tension de sortie. MPPT a un net avantage sur PWM lorsque vous travaillez en ombre partielle.

Fuites dans le câblage et le contrôleur

Dans une installation saine, ces pertes sont minimes par rapport à l’effet de la température. Notez que dans ce document, la puissance, la tension et le courant sont pris à la sortie du panneau et ne tiennent pas compte des pertes.

Quelle est la température des panneaux et comment la calculer?

En lisant cet article, vous vous êtes peut-être demandé : oui, très bien, mais quelle est la température à laquelle mes panneaux solaires fonctionnent à tous égards ?

Cette indication est donnée par NOCT (Normal Operating Cell Temperature), spécifié par la plupart des fabricants de panneaux solaires. Les conditions dans lesquelles la valeur NOCT indiquée par les fabricants est calculée sont définies comme suit:

Température ambiante : 20°C

Irradiance: 800W/m².

Ainsi, selon les données des différents fabricants, en moyenne, le NOCT est de 45 ° C, ce qui signifie que, dans les conditions établies, la température de la cellule solaire est supérieure de 25 ° C à la température ambiante.

Rappelez-vous qu’aucun vent et des températures de 40 ° C ne peuvent conduire à des panneaux solaires fonctionnant à des températures de cellules comprises entre 70 et 80 ° C par une chaude journée ensoleillée en Europe. Dans ces conditions, un PWM fonctionne moins de 10% moins bien qu’un MPPT.

Conclusion générale

Pour nos campeurs, le régulateur de charge PWM est une solution peu coûteuse à considérer uniquement lorsque vous utilisez votre véhicule dans des situations de chaleur maximale et, surtout, si vous ne prévoyez pas de vous garer dans des zones ombragées.

Le régulateur MPPT, d’autre part, est le bon choix pour les occasions polyvalentes ou une utilisation plus générale et moins ciblée du camping-car. Il ne fait donc aucun doute que le régulateur MPPT est le meilleur choix à faire lorsque vous avez besoin d’une liberté de mouvement maximale.

Le régulateur de charge solaire utilise les mesures qu’il obtient de l’appareil Smart Battery Sense pour optimiser ses paramètres de charge. La précision des données transmises améliorera l’efficacité de la charge de la batterie et prolongera la durée de vie de la batterie.

La connexion entre Smart Battery Sense et un ou plusieurs chargeurs solaires est sans fil : elle utilise VE. Smart Network, une technologie sans fil basée sur Bluetooth créée par Renogy.

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