Choisir un régulateur de charge solaire

Le rôle d'un régulateur solaire

La fonction essentielle d'un régulateur de charge solaire 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 matière 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 régulateur de charge devra néanmoins recharger la batterie Lithium de façon adéquate pour prolonger sa durée de vie et restaurer sa capacité.

Charge d'une batterie par un régulateur solaire

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

Étape 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 utilisé pour charger les batteries.
Étape 2 "Phase d'absorption" : Au delà 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.
Étape 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.

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

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 charge (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, Lithium..).

Critères de choix d'un régulateur solaire

Tension des batteries : 12 V, 24 V, 48 V

Pour calculer le courant de charge maximum d’un régulateur, il faut diviser la puissance du champ solaire en Watt par la tension des batteries en Volt.

Exemple : Pour 1000 Watt de panneaux avec une batterie 12 Volt, le courant de charge peut atteindre 83 Ampères.
Toujours avec 1000 Watts de panneaux et des batteries en 24 Volt le courant de charge peut atteindre 42 Ampères.

Plus la tension des batteries est élevée, plus le courant de charge est faible à puissance solaire équivalente. Ceci a un impact important sur le coût des régulateurs.

Victron a d'ailleurs mis au point un calculateur en ligne. Il permet de déterminer le MPPT Victron idéal en fonction de votre champ solaire et de vos batteries.

Surdimensionnement du champ solaire par rapport à la puissance nominale du régulateur

Nous avons défini précédemment le courant de charge sur les batteries que peut générer le régulateur en fonction de la puissance du champ solaire et de la tension du parc de batteries.

La plupart des fabricants recommande de choisir un régulateur avec un courant nominal inférieur ou égal à cette valeur maximum.

Exemple : STECA et OUTBACK POWER.

Cependant Victron autorise généralement pour ses régulateurs MPPT un dépassement de 30% sous réserve que le courant PV généré par les panneaux ne dépassent pas une certaine valeur. Celle-ci doit rester inférieure au courant de court-circuit I_sc du champ solaire.

Tension Voc

Tout régulateur solaire ne peut fonctionner que sous une tension seuil à ne pas dépasser, au risque d'endommager le régulateur. Cette tension maximale est indiquée sur la fiche technique du régulateur. Elle est la tension en circuit ouvert maximale V_oc du panneau photovoltaïque (à la température de service minimale) que peut accepter le régulateur.

On se doit donc de contrôler la tension du circuit V_oc ainsi que la tension de seuil maximale du régulateur. Pour cela, sur la fiche technique de votre panneau solaire, regarder la tension V_oc, ceci indiquant une valeur à 25°C. Pour ne pas risquer de dommages sur le régulateur, il faut prendre une marge de 10% afin de limiter les risques à basse température. En effet, V_oc augmente lorsque la température diminue.

Autre point à connaître c'est le type de montage de votre champ solaire. Si ce montage est un montage en série, la tension V_ocde chacun des panneaux solaires de votre montage vont s'additionner. Cela implique donc de bien calculer la somme des tensions V_ocavant de choisir votre régulateur.

Courant Isc d'un régulateur de charge solaire

Chaque régulateur de charge solaire possède un courant de court-circuit I_sc, intensité de court-circuit cumulé des panneaux solaires que peut accepter le régulateur. Il faut donc contrôler à la fois le type de montage, l'intensité générée par le champ solaire et l'intensité I_scafin de ne pas endommager le régulateur de charge solaire.

Cependant beaucoup de constructeurs ne mettent pas ou n'indiquent pas ce courant I_sc dans la fiche technique de leur régulateur. Victron est l'un des seuls constructeurs à l'indiquer dans la totalité de ses fiches techniques de ses différents régulateurs.

Ce courant I_scest important et il ne faut en aucun cas surdimensionner les panneaux au risque d’endommager le régulateur. D'autant plus qu'il y a un seuil à ne pas dépasser. Par exemple, les régulateurs Victron peuvent supporter 30% d'intensité en plus que leur intensité I_sc.

Rendement énergétique

Régulateur MPPT : entre 92 % et 98 %
Régulateur PWM : entre 70 % et 80 %

L'emploi d'un régulateur MPPT permet d'obtenir généralement 20% à 40% de puissance supplémentaire en hiver et 10% à 15% en été par rapport à un régulateur de type PWM.

L’intérêt d’un MPPT est accru lorsque l’on se situe dans des températures basses et lorsque que les batteries sont déchargées.

Type de batteries : AGM, Gel, Liquide, Lithium

Il faut faire très attention au type de batterie que vous utilisez.

En effet, certains régulateurs peinent à accepter certaines batteries, notamment les batteries Lithium.

Chaque type de batterie a des exigences différentes.

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'élément le plus sujet à des pannes :

Les panneaux solaires sont extrêmement 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, Trina..).
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.

Plusieurs marques sont réputées pour leur fiabilité, en particulier Morningstar et surtout Outbackpower.

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

Critères de choix d'un régulateur solaire

Tension V_oc : se trouve dans toutes les fiches techniques des constructeurs comme présenté ci-dessous :

Courant de court-circuit I_sc : seulement certains constructeurs précisent ce courant de court-circuit. Pour les régulateurs Victron, la fiche technique l'indique comme présenté ci-dessous :

Tension et intensité générée par le panneau solaire : il faut prendre en compte les caractéristiques maximale du panneau solaire. Vous pouvez aussi les mesurer. Pour les calculer, il faut tout d'abord savoir quel type de montage vous avez. En fonction de ce type de montage, il vous sera très simple de connaître les caractéristiques de votre champ solaire. Voici ci-dessous les 2 types de montage qui existe :

1. Montage en série :

Dans le cas d'un montage des panneaux en série, la somme de la tension de chaque panneau correspond à la tension finale générée par le parc de panneaux. L'intensité en revanche reste identique quelque soit le nombre de panneau ajouté au montage.

2. Montage en parallèle:

Dans le cas d'un montage des panneaux en parallèle, la somme de l'intensité de chaque panneau correspond à l'intensité du courant finale générée par le parc de panneaux. La tension en revanche reste identique quelque soit le nombre de panneau ajouté au montage.

En somme il est donc très important de connaître les différentes caractéristiques et les conditions d'usage de votre champ solaire afin de choisir le régulateur solaire le plus adapté à vos besoins.

À savoir qu'il est fortement conseillé de laisser une marge de 10% en ce qui concerne l'intensité du courant de court-circuit I_sc. Il ne faut en aucun cas surdimensionner vos panneaux au risque d'endommager le régulateur.

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 % par rapport au courant nominal du régulateur, ceci dans l'optique de réduire l'élévation interne de température.