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Choisir son régulateur de charge solaire

Rôle d'un régulateur solaire

La fonction essentielle d'un régulateur de chargesolaire est de maintenir l'état de charge des batteries à un niveau le plus élevé possible, tout en les protégeant à la fois contre la surcharge et une décharge trop profonde : une batterie ne doit pas être surchargée, ni trop déchargée.

Pour rappel, une surcharge prolongée d'une batterie Plomb provoque une corrosion accélérée , un dégazage trop important, une augmentation de la température et ainsi qu'une perte d'électrolyte et de matiére active.

Une décharge prolongée provoque la sulfatation des batteries ainsi qu'une stratification de l'acide. Une décharge trop profonde (sous un seuil de tension à préciser selon le type de batterie) peut endommager rapidement les batteries Pb étanches type AGM ou Gel.

Dans le cas des batteries Lithium, c'est généralement le rôle du BMS intégré dans la batterie d'éviter la décharge profonde et surcharge. Le regulateur de charge devra néanmoins recharger la batterie Lithium de façon adéquate pour prolonger sa durée de vie et restaurer sa capacité.

Régulateur solaire Uniteck

Charge d'une batterie par un régulateur solaire

Quasiment tous les régulateurs utilisent des algorithmes qui divisent la charge en trois parties :

Etape 1 "Bulk stage" : Quand l'état de charge des batteries est inférieur à environ 80%, i.e. quand la tension aux bornes des batteries est faible, tout le courant issu des modules PV est utlisé pour charger les batteries.

Etape 2 "Phase d'absorption" : Au délà d'un état de charge seuil généralement égal à 80 - 85 %, le courant de charge commence à être régulé. La puissance injectée dans les batteries diminue.

Cet état de charge "seuil" est associé à une tension d'absorption à partir de laquelle la régulation commence.

Etape 3 "Phase de maintien de charge "Float" : Quand les batteries sont totalement chargées ou après un temps déterminé passé en mode 2, le régulateur passe à l'étape 3. La batterie est alors en mode "Maintien de charge ou Floating. La tension de charge est alors diminuée à une tension de floating. La batterie est maintenue totalement chargée grâce à un très faible courant de charge de l'ordre de C100.

A ces trois étapes, se rajoute la charge d'égalisation qui doivent subir régulièrementles batteries liquides. Elle consiste à charger la batterie sous une tension supérieure à la tension d'absorption (ex :  +1v) avec un faible courant correspondant à environ quelques pourcents de sa capacité.

Courbe de charge régulateur solaire

La qualité de l'algorithme de charge va déterminer en partie la durée de vie des batteries. Ces algorithmes sont complexes (14 pages de codes pour Uniteck). Ils vont permettre par exemple de déterminer quand arrêter la charge en fonction de nombreux paramètres (tension de la batterie à l'aube, historique des tensions, vitesse de montée de la tension de la batterie, température...)

Autre critère important : Les paramètres de charges (tension d'absorption, de floating, d'égalisation...) varient selon les types de batteries. Vous devrez choisir un régulateur avec des paramètres adaptés ou modifiables correspondant à votre type de batterie (AGM, Gel, Tubulaire, Lithium...).

Régulateur PWM / Régulateur MPPT

Les régulateurs solaires tirent profit d'une caratéristique des panneaux solaires : ceux ci peuvent être mis en circuit ouvert sans dommage. C'est ainsi que les régulateurs solaires limitent la puissance injectée dans les batteries.

Il existe deux grandes catégories de régulateurs solaires : les régulateurs PWM et les régulateurs MPPT.

Les régulateurs PWM (Pulse Width Modulator) hachent le courant de charge : la largeur temporelle des pulses de courant et leur fréquence dépendent de la tension aux bornes des batteries.

La largeur des pulses diminue en fonction au fur et à mesure que la tension approche de la tension d'absorption tandis que les pulses sont de plus en plus rares. En fin de charge, on n'aura plus que quelques pulses très brefs en quelques secondes.

Certains régulateurs PWM disposent d'un étage en entrée qui permet d'optimiser la puissance injectée dans les batteries, il s'agit des régulateurs MPPT.

Avec les régulateurs PWM, la batterie impose sa tension au panneau solaire : le panneau fonctionne typiquement entre 11V et 15V alors que le point de fonctionnement maximal (Maximum Power Point) d'un panneau solaire "12V 36 cellules" est d'environ 18V, ce qui signifie que c'est à cette tension que le panneau produit le plus d'énergie.

Comparaison Régulateur PWM régulateur MPPT

En pratique, un étage MPPT permet aux modules PV de travailler à leur point de fonctionnement maximal. Les panneaux débitent donc un courant sous une tension plus élevée que celle que peuvent accepter les batteries. L'étage MPPT transforme cette tension élevée en une tension plus faible mais avec un courant plus élevé, avec une efficacité énergétique qui peut atteindre 98 %.

Les régulateurs MPPT offrent des gains plus importants par rapport aux PWMdans les conditions suivantes :

- Température froide. Les modules PV sont alors plus efficaces et leur tension plus élevée.

- batteries déchargées. La différences de tension entre batteries et panneaux est alors la plus forte.

Plus l'écart entre la tension de la batterie et la tension du Point de Fonctionnement Maximal du panneau est grand, plus l'usage d'un régulateru MPPT devient intéressant.

En hiver, la gain apporté par un régulateur MPPT peut atteindre 30 à 40 %. En été, le gain est de 5 à 10 % car la tension des panneaux diminue quand leur température augmente.

Fiabilité des régulateurs de charge solaire

Le régulateur de charge est l'élément le plus critique d'une installation solaire car s'il tombe en panne, les batteries se déchargent puis s'endommagent.

De plus, entre les batteries et les panneaux solaires, le régulateur de charge est aussi l'élement le plus sujet à des pannes : 

- les panneaux solaires sont extremément fiables, avec des taux de SAV inférieur à 1 pour 1000, surtout si vous achetez des produits de marque où les garanties sont de 10 ans et plus (Luxor, Axitec, Panasonic...).

- Les batteries sont des produits fiables avec un taux de panne inférieur à 1 %. L'essentiel des demandes de SAV pour les batteries sont liés à des mauvaises charges et/ou à une mauvaise utilisation.

Plusiers marques sont réputées pour leur fiabilité, en particulier Morningstar et surtout Outback.

La marque française Uniteck revendique sur plus de 12000 régulateurs vendus un taux de panne de 0 %.

Conseils !

Pour améliorer la durée de vie de votre régulateur de charge, il faut éviter des températures trop élevées :

- Nous vous conseillons d'installer votre régulateur dans un lieu tempéré et aéré.

- Le courant maximum délivré dans la batterie par le régulateur doit être inférieur de 15 % au courant nominal du régulateur, ceci dans l'optique de réduire l'élévation interne de température.

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