Quel régulateur de charge utilisé avec un panneau 60 cellules ? PWM ou MPPT ?

Comment choisir quel régulateur de charge utilisé avec un panneau 60 cellules ?

Cette fiche conseil parle de l’utilisation des panneaux solaires 60 cellules avec les régulateurs de charge solaires. Elle explique pourquoi les panneaux 60 cellules ne sont pas bien adaptés pour fonctionner à la tension nominale des régulateurs de charge PWM. Elle montre aussi comment les régulateurs de charge MPPT peuvent être utilisés avec des tensions d’entrée élevé.

A l’origine les panneaux solaires dit « OFF-GRID » pour la recharge des batteries

Au début, les panneaux solaires étaient connectés à des batteries pour les recharger. Des méthodes ont été développées pour gérer le courant de charge afin de prévenir la surcharge des batteries.

Pendant des années les fabricants de modules solaires ont définis les panneaux solaires pour la recharge de batteries et il a été établi que le meilleur ratio du nombre de cellules solaires en série par panneau pour recharger une batterie 12V était de 36 cellules.

En effet, la tension du module solaire doit toujours être plus élevée que celle de la batterie pour que le courant de charge aille du panneau vers la batterie. Comme une cellule solaire a une tension de 0.5V, le ratio de 18V pour une batterie 12V a été considéré comme optimal car cela permettait d’être suffisamment élevé pour fournir le courant nécessaire en prenant en considération les chutes de tension et les températures élevées.

Le tableau ci-dessous illustre les tensions des batteries et des panneaux et montre comment la tension Vmp (tension à la puissance maximale) est toujours plus élevée que la « tension nominale du champ solaire ». La tension Vmp minimum montre comment même dans les cas extrêmes, le module solaire rechargera toujours la batterie.

Tension nominale du système	12 V	24 V	48 V
Gamme de tension de la batterie	11V à 15V	22V à 30V	44V à 60V
Tension Vmp du panneau solaire (STC)	17V à 18V	34V à 36V	68V à 72V
Tension Vmp minimum à 40°C	Environ 15V	Environ 30V	Environ 60V

La courbe de performance ci-dessous d’un module de tension nominale 12V à température élevée (courbe rouge) et à température basse (courbe bleu) montre que même à température élevée, la tension du panneau est toujours suffisamment élevé pour recharger la batterie :

Ensuite vient le raccordement au réseau électrique et les panneaux solaires dit « ON GRID » (avant l’arrivée des régulateurs MPPT)

Avec le développement du marché des systèmes solaires raccordés au réseau électrique, les fabricants de modules solaires n’ont plus eu la même contrainte sur la tension nominale des panneaux capable de recharger des batteries. Les panneaux 36 cellules (12V Nominal) et 72 cellules (24V Nominal) devinrent moins communs. Le marché des systèmes solaires raccordés au réseau électrique a vu l’introduction de panneau solaire à tension plus élevé comme les panneaux à couche mince ou les panneaux de 60 cellules. Ces panneaux à tension élevée ont du sens quand ils sont montés en série pour être connecté au réseau électrique 230V  mais n’étaient pas idéal pour les systèmes de recharge de batterie.

Cette modification de tension et de fonctionnalité a entrainé deux questions :

1/ Puis je utiliser 1 panneau 60 cellules pour recharger une batterie 24V en utilisant un régulateur PWM ?

Serelio ne recommande pas l’utilisation d’un panneau 60 cellules pour recharger un parc à batterie en 24V avec un régulateur de charge PWM.

Même si ces modules solaires ont une tension Vmp de 29/30V, ce qui semble assez pour recharger des batteries 24V, ces systèmes auront des performances marginales. Après les corrections liées à des conditions de température élevée, la tension Vmp sera bien en dessous du niveau de régulation de la batterie. De ce fait, les batteries ne seraient pas capable d’atteindre la pleine charge et manqueraient l’étape de charge la plus importante (la charge d’absorption). Ne pas charger complétement la batterie pendant de longues périodes réduiraient considérablement la durée de vie des batteries.

2/ Puis je utiliser 2 panneaux 60 cellules pour recharger une batterie 48V en utilisant un régulateur PWM ?

Serelio ne recommande pas l’utilisation de 2 panneaux 60 cellules pour recharger un parc à batterie en 48V avec un régulateur de charge PWM.

Alors que 2 modules solaires de tension nominale 24V en série sont adaptés pour la recharge d’un parc à batterie 48V, 2 modules solaires de 60 cellules en série n’auront pas assez de tension pour recharger complètement un parc à batterie 48V à des températures élevées.

Avec une tension Vmp de 60V, cette configuration n’est simplement pas adéquate pour recharger un parc à batterie 48V.

La technologie MPPT à la rescousse !!

Les fabricants de régulateur de charge ont développés de nouveau régulateur de charge dit MPPT afin de pouvoir utiliser des panneaux solaires aux tensions variées.

Par exemple, en 2008, Morningstar introduit l’algorithme MPPT TrakStar qui maximise l’énergie produite par le champ solaire dans la batterie quel que soit les conditions de fonctionnement. Cette technologie est utilisée par les régulateurs Morningstar Sunsaver MPPT et Tristar MPPT.

Les régulateurs de charge MPPT ont été déployés dans de nombreuses installations industriels, de loisirs ou résidentiels dans le monde. Leur introduction permet d’utiliser dans des systèmes de recharge batterie, les modules développés pour le raccordement réseau. Les régulateurs MPPT s’assurent que le module opérera toujours sur sa tension maximale et que les modules raccordement réseau sont optimisés en tension. Il est donc maintenant possible d’utiliser des modules 60 cellules pour recharger des parcs à batterie de 12 à 48VDC.

Est-il possible d’utiliser des modules solaires 60 cellules pour recharger un parc à batterie en 12, 24 ou 48V en utilisant un régulateur MPPT ?

Il est recommandé d’utiliser un module solaire 60 cellules avec un régulateur MPPT dès qu’il y a assez de modules en série pour recharger complétement le parc à batterie. Pour un parc à batterie 24V, cela signifie qu’au moins 2 modules 60 cellules en série sont nécessaires.

Pour un parc à batterie 48V, cela signifie qu’au moins 3 ou plus modules 60 cellules en série.

Attention, il est important de toujours vérifier que la tension Voc du module solaire est compatible avec les données acceptables pour le régulateur de charge. Pour dimensionner correctement  la tension Voc par champ solaire, la tension Voc doit être calculée à la température la plus base sur le site de l’installation.

Vous pouvez utiliser le calculateur de Morningstar pour vérifier les effets de la température sur le dimensionnement. (http://string-calculator.morningstarcorp.com/ )