Nouvelles

May 07, 2023

Meilleur contrôleur solaire MPPT ou PWM pour le camping-car

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

16 décembre 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 à l'aide de l'énergie produite par des panneaux solaires sur des camping-cars et des bateaux et, bien sûr, dans des installations fixes.

Le contrôleur PWM est un interrupteur connectant les panneaux solaires à votre batterie de service. Ce dispositif permet de réduire considérablement la tension des réunions jusqu'à ce qu'elle atteigne celle du parc de batteries.

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

Ensuite, il transforme cette puissance pour fournir les besoins en 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, nous décrirons cependant en détail l'effet de la température, un paramètre qui, en ce qui concerne l'utilisation en camping-car, devient fondamental pour déterminer ce qu'il convient de faire au moment d'envisager l'achat d'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 campeurs 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 (18 V x 5,56 A = 100 W), donc pour tirer le meilleur parti de ce panneau solaire, un contrôleur de charge doit être choisi qui peut exploiter le point de puissance maximum, 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.

Se trouvant dans les conditions précisées ci-dessus donc, le panneau solaire, vous l'aurez compris, n'est pas utilisé au point de sa puissance maximale.

Avec son microprocesseur et son logiciel sophistiqué, le contrôleur MPPT détectera alors le point de puissance maximum 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-DC (courant continu) capable de transformer la puissance d'une tension plus élevée en puissance à une tension plus basse.

La quantité d'énergie ne change pas (sauf pour 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 DC-DC. Le contrôleur PWM est un interrupteur reliant le panneau solaire à la batterie. La réunion et la batterie seront à peu près à la même tension lorsque l'interrupteur est fermé. En supposant que nous ayons affaire à une batterie à plat, 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 alors lentement à mesure que l'état de charge de la batterie augmente.

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

Ces considérations faites, reprenons l'exemple et voyons qu'avec une tension de charge batterie de 13 V et celle des panneaux à 13,5 V, on ne se retrouve pas à travailler au point de puissance maximum de la conférence mais seulement au moment où qui , la courbe courant-tension produit environ 6 ampères. Compte tenu de ce qui précède, nous obtiendrons un courant de charge de = 81W, 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 tout 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 à cause du soleil, la tension du 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 décale 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 gérer 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 en main les fiches techniques du panneau de référence à 100 Watts, on constate que la tension maximale à 75°C chute à 13,5 Volts.

Travaillant 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, à la place du contrôleur PWM lorsque la température de la cellule est de 75°C, la présence d'une tension de batterie de 13 V assurera que nous aurons une tension imposée au panneau égale à 13,5 V. Nous aurons donc au final 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 d'alimentation maximale à 11,7 volts. Dans ce cas, il faut savoir que la plupart des contrôleurs MPPT ne peuvent pas transformer une tension inférieure en une tension supérieure, 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 aux 13 Volts habituels, le courant capté 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 chute 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 est d'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 en 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 12V avec 66W (5.1A à 13V) même à une température de cellule de 100°C.

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

Conclusion

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

a) Recueillir le plus d'énergie possible des panneaux, même à des températures élevées.

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

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

Température de fonctionnement

Au total, on peut dire qu'un contrôleur PWM fonctionne de manière assez similaire (écarts par rapport à lui 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 C

Type de panneaux solaires : Monocristallin ou polycristallin

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

Dans le cas d'un panneau solaire cabanon 12 V, la différence est de 0,35 V à 0,7 V, alors 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 dalles.

Ombres partielles

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

Fuites dans le câblage et le contrôleur

Dans une installation sonore, 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, d'accord, mais quelle est la température à laquelle mes panneaux solaires fonctionnent à tous égards ?

Cette indication est donnée par la NOCT (Normal Operating Cell Temperature), spécifiée 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 des cellules solaires est supérieure de 25 °C à la température ambiante.

N'oubliez pas que l'absence de vent et des températures de 40 °C peuvent faire fonctionner les panneaux solaires à des températures de cellules comprises entre 70 et 80 °C lors d'une journée chaude et 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 envisager uniquement lorsque vous utilisez votre véhicule dans des situations de chaleur maximale et, surtout, si vous ne prévoyez pas de stationner dans des zones ombragées.

Le régulateur MPPT, en revanche, 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 détendeur MPPT est le meilleur choix à faire lorsque vous avez besoin d'une liberté de mouvement maximale.

Le contrôleur de charge solaire utilise les mesures qu'il obtient du dispositif Smart Battery Sense pour optimiser ses paramètres de charge. La précision des données transmises améliorera l'efficacité de 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.

Classé sous : Energie Marqué avec : °c, batterie, charge, contrôleur, courant, maximum, mppt, panneau, panneaux, puissance, pwm, solaire, température, tension