Contrôleur de charge solaire PWM - Fonctionnement, dimensionnement et sélection

Qu'est-ce que le contrôleur de charge solaire à modulation de largeur d'impulsion (PWM) ?

Qu'est-ce que la modulation de largeur d'impulsion ou un contrôleur de charge PWM ?

Un PWM (Modulation de largeur d'impulsion ) le contrôleur est une transition (électronique) entre les panneaux solaires et les batteries :

Le contrôleur de charge solaire (souvent appelé régulateur) est identique au chargeur de batterie standard, c'est-à-dire qu'il contrôle le courant circulant du panneau solaire vers le groupe de batteries pour éviter surcharge des batteries. Comme dans un chargeur de batterie standard, il peut accueillir différents types de batteries.

La tension d'absorption peut sélectionner la tension flottante, et elle peut souvent également définir le temps et le courant de queue. Ils conviennent mieux aux batteries lithium-fer-phosphate car lorsque le contrôleur est en pleine charge, il reste au flotteur fixe ou maintient une tension d'environ 13,6 V (3,4 V par cellule) pour le reste de la journée.

Le profil de charge le plus populaire est la même séquence simple que l'on trouve sur un adaptateur secteur de qualité, c'est-à-dire le mode vrac - le mode absorption - le mode flotteur. L'entrée en mode de charge groupée se produit à :

• Lever de soleil le matin
• Si la tension de la batterie chute à la tension spécifiée pendant plus longtemps qu'une période spécifiée, par exemple, 5 secondes (rentrée)

Cette rentrée en mode vrac fonctionne mieux pour les batteries au plomb, car la chute et la chute de tension sont plus importantes que les batteries au lithium, qui conservent une tension plus élevée et plus stable. pour le reste de la période de décharge.

• Article connexe : Contrôleur de charge solaire MPPT – Fonctionnement, dimensionnement et sélection

Dans le contrôleur de charge solaire :

• L'interrupteur est activé lorsque le mode chargeur est en mode de charge en masse.
• L'interrupteur est activé et désactivé si nécessaire (modulation de largeur d'impulsion) pour maintenir la tension de la batterie d'absorption.
• Il est éteint à la fin de l'absorption lorsque la tension de la batterie diminue jusqu'à la tension d'entretien.
• L'interrupteur est de nouveau activé et désactivé selon les besoins (modulation de largeur d'impulsion) pour maintenir la tension de la batterie à la tension d'entretien.

Notez que lorsque l'interrupteur est éteint, la tension du panneau sera à la tension en circuit ouvert (Voc). Lorsque le bouton est sur le panneau, la tension sera à la tension de la batterie + la tension diminue entre la carte et le contrôleur.

La meilleure correspondance pour un contrôleur PWM :

Le meilleur panneau correspondant à un contrôleur PWM est un panneau avec une tension juste au-dessus prévue pour charger la batterie et en tenant compte de la température, généralement, un panneau avec un V_mp (tension maximale) d'environ 18V pour charger une batterie 12V. Ils sont parfois appelés ligne 12 V même s'ils ont un V_mp d'environ 18V.

Vous trouverez ci-dessous le schéma fonctionnel d'un contrôleur de charge solaire PWM typique.

Chargement PMW en 3 étapes

Frais de gros : Le niveau de charge en vrac est l'endroit où le dispositif PV continue une grande partie de la charge de la batterie. L'appareil charge la batterie avec un courant et une tension élevés lorsque la tension est basse. Lorsque la tension en bout de batterie est plus importante que cette valeur de maintien lors du réglage, la charge directe doit s'arrêter.

Absorber les frais : Habituellement, après la première étape de charge, la batterie attendra un certain temps pour permettre à la tension de diminuer naturellement, puis atteindra l'étape de charge équilibrée. L'étape est également appelée charge à tension constante.

Frais flottant : Il s'agit de la dernière étape de la charge en 3 étapes, connue sous le nom de charge d'entretien. Le filet est un léger courant de charge vers la batterie à un rythme faible et régulier. La plupart des batteries rechargeables perdent de l'énergie lorsqu'elles sont entièrement alimentées en raison de l'autodécharge. Si la charge reste au même courant faible que le taux d'autodécharge, elle peut maintenir la capacité de charge.

Avantages du contrôleur solaire PWM :

• Le régulateur PWM a mûri et établi des techniques.
• Structure simple et économique
• Déploiement facile du régulateur PWM
• Le budget réduit d'une petite initiative

Inconvénients du contrôleur de charge solaire PWM :

• Taux de conversion faible
• La tension d'entrée doit équilibrer la tension de la banque de la batterie.
• Moins d'évolutivité pour le développement d'appareils
• Moins de chargement
• Moins de protection ;

Articles associés : Une introduction aux algorithmes de point de puissance maximale dans les systèmes photovoltaïques

La fonction du contrôleur de charge solaire :

Le contrôleur de charge central régule essentiellement la tension de l'unité et ouvre le circuit, arrêtant la charge lorsque la tension de la batterie augmente jusqu'à une certaine valeur. D'autres commandes de charge utilisaient un relais mécanique pour ouvrir ou fermer le parcours, arrêter ou démarrer l'alimentation de l'unité de stockage électrique.

Généralement, les batteries 12 V sont destinées aux applications d'énergie solaire. Les panneaux solaires peuvent transmettre beaucoup plus de tension que la batterie n'en a besoin pour se recharger. La tension de charge sera maintenue au niveau le plus élevé possible tandis que le temps nécessaire pour régler entièrement l'équipement de stockage électrique est minime. Il aide les systèmes solaires à fonctionner en continu de manière optimale. La dissipation de puissance des fils est considérablement faible en exécutant une tension plus élevée dans les câbles des panneaux solaires vers le contrôleur de charge.

Les contrôleurs de charge solaire peuvent également contrôler le flux d'électricité inverse. Les contrôleurs de charge discerneront s'il n'y a pas d'alimentation provenant des panneaux solaires et ouvriront le circuit séparant les panneaux solaires des dispositifs de batterie et arrêteront le flux de courant inverse.

Types de contrôleur de chargeur solaire :

Trois types de contrôleur de charge solaire

1) Commandes simples à 1 ou 2 phases :a commuté des transistors pour réguler la tension en une ou deux étapes.

2) PWM (modulation de largeur d'impulsion) :il s'agit de la forme traditionnelle du contrôleur de charge, par exemple, xantrex, Blue Sky, etc. C'est la norme de l'industrie en ce moment.

3) Suivi du point de puissance maximale (MPPT) :MPPT identifie la tension et l'ampérage de fonctionnement optimaux de l'affichage du panneau solaire et correspond à ceux de la banque de cellules électriques.

Dimensionnement d'un contrôleur de charge solaire PWM

Les contrôleurs PWM ne sont pas en mesure de restreindre leurs performances actuelles. Ils utilisent simplement la collection actuelle. Par conséquent, si le panneau solaire génère 40 ampères de courant et que le contrôleur de charge que vous utilisez n'est évalué qu'à 30 ampères, le contrôleur pourrait être altéré. Il est essentiel de s'assurer que votre contrôleur de charge est parallèle, conforme et correctement dimensionné pour vos panneaux.

Lorsque vous examinez un contrôleur de charge, de nombreux éléments sont examinés dans la liste des fonctionnalités ou des balises. Un contrôleur PWM aurait un ampli lu avec lui, par exemple, un contrôleur PWM de 30 ampères. Il reflète le nombre d'ampères que le contrôleur peut prendre en charge, dans l'exemple ci-dessus, 30 ampères. En général, l'ampérage et la tension nominale sont les deux éléments à prendre en compte dans un contrôle PWM.

Ensuite, nous voulons examiner la tension nominale de l'appareil. Cela nous indiquerait à quelle tension les bancs de batteries du contrôleur sont conformes. Vous pouvez utiliser des groupes de batteries 12V ou 24V dans cette situation. Le contrôleur ne pourrait pas fonctionner sur quoi que ce soit de plus élevé, comme un groupe de batteries de 48 V.

Deuxièmement, le courant nominal de la batterie est important. Dans ce cas, supposons que vous ayez un contrôleur de charge de 30 ampères. Un rapport de protection d'au moins 1,25 est recommandé, ce qui signifie que vous pouvez faire la moyenne du courant des panneaux de 1,25, puis l'assimiler à 30 ampères. Par exemple, cinq panneaux de 100 watts seront de 5,29 x 5 =26,45 ampères en parallèle. 26,45 ampères x 1,25 =33 ampères, et ce sera trop pour le contrôleur. Le panneau rencontrera plus de courant que ce qui est évalué lorsque l'exposition aux rayons du soleil est supérieure à 1000 watts/m^2.

Troisièmement, nous devrions examiner l'apport maximal d'énergie solaire. Il vous montre combien de volts vous pouvez obtenir au contrôleur. Ce contrôleur ne peut pas tolérer plus de 50 volts. Il envisage de fabriquer 2 panneaux de 100 watts en série avec un total de 22,5 V (tension en circuit ouvert) x 2 =45 volts. Dans ce cas, vous pouvez câbler ces deux panneaux en série.

Quatrièmement, nous devrions jeter un œil aux terminaux. Chaque contrôleur aura généralement la taille maximale de la jauge terminale. Il est essentiel lors de l'achat du câblage pour votre machine.

Enfin, regardez le type de batterie. Il nous indique quelles batteries sont compatibles avec le régulateur de charge. Il est essentiel de vérifier car vous ne voulez pas obtenir de piles que le dispositif de contrôle ne peut pas alimenter.

Voyons un autre exemple de base pour dimensionner un contrôleur de charge solaire PWM.

Exemple :

Quelle est la taille appropriée du contrôleur de charge solaire PWM pour un panneau solaire de 100 W, 12 V avec I_SC (Courant de court-circuit) de 8A ?

Solution :

Nous devrons ajouter le facteur de sécurité de 25 % de courant soit 1,25 x I_SC pour trouver la taille appropriée du contrôleur de charge solaire.

De cette façon ; 8A x 1,25 =10A.

Par conséquent, vous pouvez utiliser en toute sécurité un 10A, 12V de contrôleur de charge solaire pour ce système de panneaux solaires de base.

Autre façon, si la charge CC totale connectée est de 12 V, 95 W.

Courant de charge nominal = Charge CC totale/Tension nominale du système = 95 W/12 V

Courant de charge nominal =7,91 A

Facteur de sécurité x Courant de charge nominal

1,25 x 7,91 =9,9A

Enfin, une méthode de formule de puissance de base, c'est-à-dire P =V x I

Je =(P/V) x 1,25

Je =(95W/12V) x 1,25

Je =9.9A

Notez que vous devrez appliquer la même formule pour les panneaux solaires et les batteries connectés en série et en parallèle en fonction de la tension et du courant. Vous pouvez voir un exemple plus résolu pour le dimensionnement du contrôleur de charge PWM et MMPT dans le post précédent.

La différence entre les contrôleurs de charge solaire PWM et MPPT

Le nœud de la différence est :

• Avec le contrôleur PWM, le courant est extrait du panneau juste au-dessus du niveau de la batterie tandis que
• Avec le contrôleur MPPT, le courant sort du panneau au niveau du bouton "Tension d'alimentation maximale" (considérez le contrôleur MPPT comme un "convertisseur CC à CC intelligent").

Vous voyez également des slogans tels que "vous allez obtenir 20 % ou plus de récupération d'énergie à partir d'un contrôleur MPPT". Ce supplément diffère également de manière significative, et ce qui suit est une référence pour savoir si le panneau est en plein soleil et le contrôleur est en mode de charge en masse. Ignorer les baisses de tension, en utilisant un panneau simple et des calculs simples comme exemple :

• Courant d'alimentation maximal du panneau (Imp)  =5,0 A
• Tension d'alimentation maximale du panneau (Vmp) =18 V

La tension du chargeur =13 V (la tension de la batterie peut varier entre, par exemple, 10,8 V complètement déchargée et 14,4 V en mode de charge d'absorption). À 13 V, l'ampli du panneau serait légèrement supérieur à l'ampli de puissance total, disons 5,2 A.

Avec un contrôleur PWM, la sortie du panneau est de 5,2 A x 13 V =67,6 watts. Cette somme de puissance serait prélevée quelle que soit la température du panneau, à condition que la tension du panneau reste supérieure à la tension de la batterie.

Avec un contrôleur MPPT, la puissance de sortie du panneau est de 5,0 A x 18 V =90 watts, soit 25 % de plus. Cependant, cela est excessivement ambitieux car la tension diminue lorsque la température augmente; par conséquent, supposons que la température du panneau s'élève à 30 °C au-dessus de la température des conditions de test normales (STC) de 25 °C. La tension chute de 4 % tous les 10 °C, soit un total de 12 %, la sortie du MPPT serait de 5 A x 15,84 V =79,2 W, soit 17,2 % de puissance en plus que le contrôleur PWM.

Ainsi, il y a une augmentation de la récupération d'énergie pour les contrôles MPPT, mais le pourcentage d'augmentation de la récolte diffère considérablement au cours de la journée.

Avantages du chargeur PWM

Charger une batterie à énergie solaire est un défi unique et stimulant. Autrefois, des régulateurs marche-arrêt essentiels étaient utilisés pour réduire la batterie du gaz lorsque le panneau solaire fournissait un excès d'électricité. Cependant, à mesure que les systèmes solaires évoluaient, il est devenu évident à quel point ces instruments simplistes avaient perturbé le processus de charge.

L'expérience des régulateurs tout ou rien se traduit par des erreurs de batterie précoces, des déconnexions de charge croissantes et une frustration croissante des consommateurs. PWM a récemment émergé comme la première percée dans la charge des batteries solaires. Les chargeurs solaires PWM utilisent un matériel similaire à la plupart des chargeurs de batterie modernes et de haute qualité.

Lorsque la tension de la batterie dépasse la limite de contrôle, l'algorithme PWM diminue lentement le courant de charge pour empêcher la batterie d'être chauffée et gazeuse, tandis que la charge commence à restituer la quantité totale d'énergie à la batterie dans les plus brefs délais. Il en résulte une meilleure efficacité de charge, une recharge rapide et une batterie longue durée à puissance maximale.

En outre, cette nouvelle façon de charger les batteries solaires offre des avantages de pulsation PWM très fascinants et inhabituels.

Ceux-ci incluent :

1. Capacité à restaurer l'alimentation réduite de la batterie et à dissiper la batterie
2. Améliorez considérablement l'approbation de la charge de la batterie.
3. Conservez une capacité globale élevée de la batterie (90 % à 95 %) par rapport aux plages d'état de charge contrôlées marche-arrêt, généralement comprises entre 55 % et 60 %.
4. Égaliser les cellules de dérive de la batterie.
5. Limiter l'échauffement et la gazéification de la batterie.
6. Compensez automatiquement l'âge de la batterie.
7. Autorégulation des augmentations de tension et des effets de température dans les systèmes solaires

Choisir le meilleur contrôleur solaire

Le PWM est une option décente à faible coût :

• Pour les petits appareils
• Lorsque la fiabilité de l'appareil n'est pas essentielle (le processus de charge)
• Pour panneaux solaires avec une tension nominale (Vmp) jusqu'à 18 V pour charger une batterie 12 V (36 V pour une batterie 24 V, etc.)
• Le contrôleur MPPT est parfaitement adapté pour :
• Pour les réseaux plus étendus où une récupération d'énergie supplémentaire de 20 %* ou plus vaut la peine ;
• Lorsque la tension du générateur solaire est considérablement plus importante que la tension de la batterie, par exemple, en utilisant des panneaux domestiques, pour charger des batteries 12 V ;

Applications

Ces derniers jours, la méthode de production d'électricité à partir de la lumière du soleil est devenue plus courante que d'autres sources alternatives, et les panneaux photovoltaïques sont exempts d'émissions et ne nécessitent pas d'entretien élevé. Voici quelques exemples où nous utilisons l'énergie solaire.

• Les lampadaires utilisent des cellules photovoltaïques pour transformer la lumière du soleil en charge électrique CC. Cette machine utilise un dispositif de charge solaire pour stocker le courant continu dans les batteries et l'utilise à plusieurs endroits.
• Les systèmes domestiques utilisent le module PV à des fins domestiques.
• Le panneau solaire hybride utilise diverses sources d'énergie pour fournir des alimentations de secours à plein temps à d'autres sources.

Remarque :Cet article est publié par www.electricaltechnology.org