Le régulateur de charge solaire

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Le régulateur de charge et de décharge photovoltaïque.

Le régulateur de charge.

Le régulateur de charge/décharge est l’électronique entièrement automatique à laquelle sont reliés le panneau photovoltaïque, la batterie, ainsi que les équipements destinataires de l’électricité solaire.

Sa fonction principale est de contrôler l’état de la batterie. Il autorise la charge complète de celle ci en éliminant tout risque de surcharge et interrompt l’alimentation des destinataires si l’état de charge de la batterie devient inférieur au seuil de déclenchement de la sécurité anti décharge profonde. Prolongeant ainsi la durée de vie de la batterie qui est le seul composant fragile du générateur photovoltaïque.

Dans leurs versions les plus simples, les régulateurs de charge disposent de fonctions de protection de la batterie (anti-surcharge et anti-décharge profonde), de sécurités internes d’autoprotection et de protection du système photovoltaïque, d’une sonde de température intégrée et d’un diode série anti-courants inverses. Ils n’utilisent plus de relais mécaniques. On trouve généralement sur leur face avant deux diodes électroluminescentes (LED) qui renseignent l’une sur l’état de charge de la batterie et l’autre sur l’état de fonctionnement de tout le générateur et leur propre consommation d’énergie est réduite (faible auto consommation). La catégorie supérieure de régulateurs de charge modernes gèrent différents processus de recharge (y compris de régénération périodiques), disposent de la technique de la modulation de largeur d’impulsion (PWM). Leur fonctionnement est contrôlé par logiciel.

Les modèles les plus perfectionnés sont des gestionnaires très complets de systèmes photovoltaïques. Outre les minuteries, alarmes, enregistreurs de données…, dont ils disposent, ils réalisent un contrôle sophistiqué des composants du système solaire, la mise en route de groupes électrogènes, le contrôle automatique d’équipements destinataires principaux et secondaires…

generateur solaire

Shunt et série.

Compensation de température.

Les panneaux photovoltaïques ont une particularité  : ils peuvent être court-circuités ou peuvent voir leur circuit s’ouvrir sans dommage. Cette caractéristique a donné naissance à deux méthodes principales de contrôle de la charge de la batterie : le régulateur série linéaire et le régulateur shunt linéaire. Dès que les critères de fin de charge de la batterie commencent à être atteints (tension de la batterie ou mieux encore, son état de charge), le courant du panneau photovoltaïque est réduit de façon progressive jusqu’à le court-circuiter (shunt) ou en ouvrant le circuit électrique (série).

Comme la tension de fin de charge ainsi que la tension de fin de décharge d’une batterie dépendent de la température, il est essentiel que le régulateur de charge ait une lecture précise de cette grandeur. Si les températures du régulateur et de la batterie sont différentes, alors la thermistance intégrée (qui ne mesure que la température ambiante) doit être remplacée par un thermocouple placé prés des batteries. De cette manière, et tant que le régulateur lit la valeur réelle de la température de la batterie, celle ci sera toujours entièrement chargée en hiver et évitera tout risque de surcharge en été.

Caractéristiques essentielles.

Modulation de Largeur d’Impulsion (PWM).

La modulation de Largeur d’Impulsion (PWM) est une méthode très rapide et efficace qui permet d’atteindre l’état de pleine charge d’une batterie solaire.
Contrairement aux contrôleurs plus anciens qui n’agissaient sur le courant de charge que par ON ou OFF (ce qui est suffisant pour restaurer l’état de charge d’une batterie à environ 70%), le régulateur à technique PWM vérifie constamment l’état de charge de la batterie pour ajuster la durée et la fréquence des impulsions de courants à lui délivrer.

Si la batterie est déchargée, les impulsions de courant sont longues et presque ininterrompues. Quand la batterie est presque entièrement chargée, les impulsions deviennent de plus en plus brèves et espacées.
Par sa nature même, cette technique achève la dernière portion du processus de la recharge (la plus complexe) et diminue la sulfatation des plaques car le courant de charge de la batterie est pulsé à haute fréquence.

regulateur charge solaire PWM

Logiciel.

La batterie d’un générateur photovoltaïque est souvent dans un état partiellement déchargée et subit, à des températures changeantes, divers cycles de recharge et de décharge. Il en résulte en fait des modifications des caractéristiques du système solaire (vieillissement de la batterie, réduction de sa capacité à pleine charge, augmentation de sa résistance interne…). C’est le rôle des logiciels «embarqués» des régulateurs de charge photovoltaïques modernes de tenir compte de cette variabilité. Les meilleures conceptions de ces

logiciels font appel à la notion de « logique floue » qui leur confère d’excellentes qualités d’adaptabilité (logiciels auto-adaptatifs ou à auto-apprentissage). Grâce au processus d’apprentissage permanant de leurs algorithmes élaborés, les régulateurs de charge photovoltaïque munis de ce type de logiciels sont à même de déterminer précisément l’état de charge de la batterie d’un générateur solaire, de sa véritable tension ainsi que de sa résistance interne (compensation de la résistance interne et de la longueur du câblage de la batterie).

Gestion de la charge de régénération.

Une charge d’égalisation (régénération) est une surcharge contrôlée qui maintient la cohérence parmi les cellules individuelles de la batterie, brasse l’électrolyte et réduit la sulfatation des plaques. Elle consiste à délivrer périodiquement et pendant une courte durée (quelques heures) à une batterie à électrolyte liquide un courant suffisamment important à une tension finale légèrement inférieure à la tension de

gazéification et supérieure à la tension de fin de la charge normale.
Par contre, une batterie à électrolyte gel serait gravement endommagée par un telle surcharge. On parle dans ce cas de charge d’entretien même si la tension finale est égale à la de tension de fin de charge normale (14,4 V) car la modulation du courant ne se réalise pas à la même fréquence.

Régimes et tensions de recharge en technique photovoltaïque.

En règle générale, les contrôleurs de charge solaire n’intègrent strictement ni de convertisseurs de courant, ni de convertisseurs de tension, les régulateurs de charge de type linéaires disposant eux de la particularité de réduire plus ou moins le courant disponible. Cette propriété, surtout conjuguée à la technique PWM donne lieu à une succession de différents régimes de recharge de la batterie d’un système photovoltaïque, déclenchés par son état initial de décharge, et stoppés à des valeurs caractéristiques de sa tension.

pas la valeur de tension de fin de charge de finition.

2] - Cas d’une batterie moyennement déchargée .

Tant que le courant solaire est disponible, le régulateur d’un système photovoltaïque délivre à une batterie présentant un état de charge initial (SOC) compris entre 50% et 70% d’abord un courant modulé jusqu’à ce que la tension de la batterie atteigne sans la dépasser la valeur de tension de fin de charge normale, puis le courant est encore plus réduit et modulé pour que la tension de la batterie ne dépasse pas la valeur de tension de fin de charge de finition.

1] - Cas d’une batterie déchargée

Tant que le courant solaire est disponible, le régulateur d’un système photovoltaïque délivre à une batterie présentant un état de charge initial (SOC) inférieur à 50% d’abord tout le courant disponible jusqu’à ce que la tension de la batterie atteigne, sans la dépasser, la valeur de tension de fin de charge d’égalisation. Ensuite le courant est modulé pour que la tension de la batterie ne dépasse pas la valeur de tension de fin de charge normale et enfin le courant est encore plus modulé et réduit pour que la tension de la batterie ne dépasse

3] - Cas d’une batterie peu déchargée.

Tant que le courant solaire est disponible, le régulateur d’un système photovoltaïque délivre à une batterie présentant un état de charge initial (SOC) supérieur à 70% un courant suffisamment réduit et modulé pour que la tension de la batterie ne dépasse pas la valeur de tension de fin de charge de finition.

type de charge

batterie à électrolyte liquide

batterie à électrolyte gel

charge de finition

de 13,7 à 13,9 V

de 13,8 à 14,1 V

charge normale

de 14,4 à 14,7 V

de 14,4 à 14,5

charge d'égalisation

de 14,7 à 15 V

--

charge d'entretien

de 14,4 à 14,7

14,4

valeurs indicatives des fins de tensions de charge selon diverses fabrications à T° réf

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