Contrôleur de charge de batterie solaire : circuit, principe de fonctionnement, méthodes de connexion

L'énergie solaire se limite jusqu'à présent (au niveau des ménages) à la création de panneaux photovoltaïques de relativement faible puissance.Mais quelle que soit la conception du convertisseur photoélectrique de lumière solaire en courant, cet appareil est équipé d'un module appelé contrôleur de charge de batterie solaire.

En effet, l’installation de photosynthèse solaire comprend une batterie rechargeable – un dispositif de stockage de l’énergie reçue du panneau solaire. C'est cette source d'énergie secondaire qui est principalement servie par le contrôleur.

Dans l'article que nous présentons, nous comprendrons les principes de conception et de fonctionnement de cet appareil, et examinerons également comment le connecter.

Contrôleurs solaires

Un module électronique appelé contrôleur solaire est conçu pour exécuter un certain nombre de fonctions de contrôle pendant le processus de charge/décharge. batterie solaire.

Lorsque la lumière du soleil tombe sur la surface d'un panneau solaire installé, par exemple sur le toit d'une maison, les photocellules de l'appareil convertissent cette lumière en courant électrique.

L’énergie résultante pourrait en effet être fournie directement à l’accumulateur. Cependant, le processus de charge/décharge d’une batterie a ses propres subtilités (certains niveaux de courants et de tensions). Si vous négligez ces subtilités, la batterie tombera tout simplement en panne après une courte période de fonctionnement.

Pour éviter de telles conséquences, un module appelé contrôleur de charge pour batterie solaire a été conçu.

En plus de surveiller le niveau de charge de la batterie, le module surveille également la consommation d'énergie.En fonction du degré de décharge, le circuit du contrôleur de charge de la batterie solaire régule et règle le niveau de courant requis pour la charge initiale et ultérieure.

En fonction de la puissance du contrôleur de charge de batterie solaire, les conceptions de ces appareils peuvent avoir des configurations très différentes

En général, en termes simples, le module offre une « vie » sans soucis à la batterie, qui accumule et libère périodiquement de l'énergie pour les appareils grand public.

Types utilisés dans la pratique

Au niveau industriel, deux types d'appareils électroniques ont été lancés et sont en cours de production, dont la conception est adaptée à une installation dans un système d'énergie solaire :

1. Appareils de la série PWM.
2. Appareils de la série MPPT.

Le premier type de contrôleur pour une batterie solaire peut être appelé « vieil homme ». De tels projets ont été développés et mis en œuvre à l’aube du développement de l’énergie solaire et éolienne.

Le principe de fonctionnement du circuit contrôleur PWM est basé sur des algorithmes de modulation de largeur d'impulsion. La fonctionnalité de ces appareils est quelque peu inférieure à celle des appareils plus avancés de la série MPPT, mais en général, ils fonctionnent également assez efficacement.

L'un des modèles de contrôleurs de charge de batterie de station solaire les plus populaires dans la société, malgré le fait que le circuit de l'appareil est réalisé à l'aide de la technologie PWM, considérée comme obsolète.

Les conceptions utilisant la technologie Maximum Power Point Tracking (suivi de la limite de puissance maximale) se distinguent par une approche moderne des solutions de circuits et offrent une plus grande fonctionnalité.

Mais si l’on compare les deux types de contrôleurs et, surtout, avec un parti pris vers la sphère domestique, les appareils MPPT ne paraissent pas sous le jour rose sous lequel ils sont traditionnellement annoncés.

Contrôleur de type MPPT :

• a un coût plus élevé ;
• possède un algorithme de configuration complexe ;
• donne un gain de puissance uniquement sur des panneaux de grande surface.

Ce type d'équipement est plus adapté aux systèmes mondiaux d'énergie solaire.

Un contrôleur conçu pour fonctionner dans le cadre d’une installation d’énergie solaire. C'est un représentant de la classe des appareils MPPT - plus avancés et efficaces

Pour les besoins d'un utilisateur ordinaire d'un environnement domestique, qui dispose généralement de panneaux de petite surface, il est plus rentable d'acheter et d'exploiter un contrôleur PWM (PWM) avec le même effet.

Schémas fonctionnels des contrôleurs

Les diagrammes schématiques des contrôleurs PWM et MPPT pour les considérer avec un œil profane sont un point trop complexe associé à une compréhension subtile de l'électronique. Il est donc logique de ne considérer que des schémas structurels. Cette approche est compréhensible pour un large éventail de personnes.

Option n°1 – Appareils PWM

La tension du panneau solaire traverse deux conducteurs (positif et négatif) jusqu'à l'élément stabilisateur et le circuit résistif de séparation. Grâce à cette partie du circuit, l'égalisation du potentiel de la tension d'entrée est obtenue et, dans une certaine mesure, ils organisent la protection de l'entrée du contrôleur contre le dépassement de la limite de tension d'entrée.

Il convient de souligner ici : chaque modèle d'appareil individuel a une limite de tension d'entrée spécifique (indiquée dans la documentation).

C'est à peu près à quoi ressemble le schéma fonctionnel des appareils fabriqués sur la base des technologies PWM.Pour un fonctionnement dans le cadre de petites stations domestiques, cette approche en circuit offre une efficacité tout à fait suffisante

Ensuite, la tension et le courant sont limités à la valeur requise par des transistors de puissance. Ces composants du circuit sont à leur tour contrôlés par la puce du contrôleur via la puce pilote. En conséquence, la sortie d’une paire de transistors de puissance définit la valeur normale de tension et de courant pour la batterie.

Le circuit contient également un capteur de température et un pilote qui contrôle le transistor de puissance, qui régule la puissance de charge (protection contre une décharge profonde de la batterie). Le capteur de température surveille l'état de chauffage des éléments importants du contrôleur PWM.

Généralement le niveau de température à l'intérieur du boîtier ou sur les dissipateurs thermiques des transistors de puissance. Si la température dépasse les limites définies dans les paramètres, l'appareil coupe toutes les lignes électriques actives.

Option n°2 – Appareils MPPT

La complexité du circuit dans ce cas est due à l'ajout d'un certain nombre d'éléments qui construisent plus soigneusement l'algorithme de contrôle nécessaire, en fonction des conditions de fonctionnement.

Les niveaux de tension et de courant sont surveillés et comparés par des circuits comparateurs et, sur la base des résultats de la comparaison, la puissance de sortie maximale est déterminée.

Conception de circuits sous forme structurelle pour contrôleurs de charge basés sur les technologies MPPT. Un algorithme plus complexe pour surveiller et contrôler les périphériques est déjà mentionné ici.

La principale différence entre ce type de contrôleur et les appareils PWM est qu'ils sont capables d'ajuster le module d'énergie solaire à la puissance maximale, quelles que soient les conditions météorologiques.

Les circuits de ces appareils mettent en œuvre plusieurs méthodes de contrôle :

• perturbations et observations;
• augmentation de la conductivité;
• balayage actuel ;
• courant continu.

Et dans le segment final de l'action globale, un algorithme permettant de comparer toutes ces méthodes est également utilisé.

Méthodes de connexion du contrôleur

Concernant le thème des connexions, il convient de noter immédiatement : pour l'installation de chaque appareil individuel, une caractéristique est le travail avec une série spécifique de panneaux solaires.

Ainsi, par exemple, si l'on utilise un contrôleur conçu pour une tension d'entrée maximale de 100 volts, une série de panneaux solaires doit produire une tension ne dépassant pas cette valeur.

Toute installation solaire fonctionne selon la règle d'équilibrage des tensions de sortie et d'entrée du premier étage. La limite supérieure de la tension du contrôleur doit correspondre à la limite supérieure de la tension du panneau

Avant de connecter l'appareil, vous devez décider de l'emplacement de son installation physique. Selon les règles, l'emplacement d'installation doit être choisi dans des zones sèches et bien ventilées. Évitez la présence de matériaux inflammables à proximité de l'appareil.

La présence de sources de vibrations, de chaleur et d'humidité à proximité immédiate de l'appareil est inacceptable. Le site d'installation doit être protégé des précipitations et de la lumière directe du soleil.

Technique de connexion pour les modèles PWM

Presque tous les fabricants de contrôleurs PWM exigent que les appareils soient connectés dans l'ordre exact.

La technique de connexion des contrôleurs PWM aux périphériques n'est pas particulièrement difficile. Chaque carte est équipée de bornes étiquetées. Ici, il vous suffit de suivre la séquence d'actions

Les appareils périphériques doivent être connectés en parfaite conformité avec les désignations des bornes de contact :

1. Connectez les fils de la batterie aux bornes de la batterie de l'appareil conformément à la polarité indiquée.
2. Enclenchez le fusible de protection directement au point de contact du fil positif.
3. Fixez les conducteurs provenant de la batterie du panneau solaire aux contacts du contrôleur destinés au panneau solaire. Respectez la polarité.
4. Connectez une lampe test de tension appropriée (généralement 12/24 V) aux bornes de charge de l'appareil.

La séquence spécifiée ne doit pas être violée. Par exemple, il est strictement interdit de connecter des panneaux solaires en premier lorsque la batterie n’est pas connectée. En faisant cela, l'utilisateur court le risque de « brûler » l'appareil. DANS ce materiel Le schéma d'assemblage de panneaux solaires avec une batterie est décrit plus en détail.

De plus, pour les contrôleurs de la série PWM, il n'est pas permis de connecter un onduleur de tension aux bornes de charge du contrôleur. L'onduleur doit être connecté directement aux bornes de la batterie.

Procédure de connexion des appareils MPPT

Les exigences générales d'installation physique pour ce type d'appareil ne diffèrent pas de celles des systèmes précédents. Mais la configuration technologique est souvent quelque peu différente, puisque les contrôleurs MPPT sont souvent considérés comme des appareils plus puissants.

Pour les contrôleurs conçus pour des niveaux de puissance élevés, il est recommandé d'utiliser des câbles de grande section équipés d'embouts métalliques pour les connexions du circuit de puissance.

Par exemple, pour les systèmes puissants, ces exigences sont complétées par le fait que les fabricants recommandent d'utiliser un câble pour les lignes de raccordement électrique conçu pour une densité de courant d'au moins 4 A/mm.². C'est-à-dire, par exemple, pour un contrôleur avec un courant de 60 A, vous avez besoin d'un câble pour vous connecter à la batterie d'une section d'au moins 20 mm².

Les câbles de liaison doivent être équipés de cosses en cuivre, bien serties avec un outil spécial. Les bornes négatives du panneau solaire et de la batterie doivent être équipées d'adaptateurs avec fusibles et interrupteurs.

Cette approche élimine les pertes d'énergie et garantit un fonctionnement sûr de l'installation.

Schéma fonctionnel de connexion d'un puissant contrôleur MPPT : 1 – panneau solaire ; 2 – contrôleur MPPT ; 3 – bornier ; 4.5 – fusibles ; 6 – interrupteur d'alimentation du contrôleur ; 7.8 – bus de terre

Avant de vous connecter panneaux solaires Lors de la connexion à l'appareil, assurez-vous que la tension aux bornes correspond ou est inférieure à la tension pouvant être fournie à l'entrée du contrôleur.

Connexion de périphériques au périphérique MTTP :

1. Mettez le panneau et les interrupteurs de la batterie en position « off ».
2. Retirez les fusibles de protection du panneau et de la batterie.
3. Connectez les bornes de la batterie avec un câble aux bornes du contrôleur de la batterie.
4. Connectez les bornes du panneau solaire avec un câble aux bornes du contrôleur indiquées par le signe correspondant.
5. Connectez la borne de terre au bus de terre avec un câble.
6. Installez le capteur de température sur le contrôleur conformément aux instructions.

Après ces étapes, vous devez réinsérer le fusible de batterie précédemment retiré et mettre l'interrupteur en position « on ». Un signal de détection de batterie apparaîtra sur l'écran du contrôleur.

Ensuite, après une courte pause (1 à 2 minutes), remplacez le fusible du panneau solaire précédemment retiré et tournez l'interrupteur du panneau sur la position « on ».

L'écran de l'appareil affichera la valeur de tension du panneau solaire. Ce moment indique le lancement réussi de l’installation d’énergie solaire.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

L'industrie produit des appareils aux multiples facettes en termes de conceptions de circuits. Par conséquent, il est impossible de donner des recommandations sans ambiguïté concernant le raccordement de toutes les installations sans exception.

Cependant, le principe de base pour tout type d'appareil reste le même : sans connecter la batterie aux bus du contrôleur, le raccordement aux panneaux photovoltaïques est inacceptable. Des exigences similaires s’appliquent pour l’inclusion dans le système onduleur de tension. Il doit être considéré comme un module séparé connecté à la batterie par contact direct.

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