Contrôleur de charge solaire MPPT - Fonctionnement, dimensionnement et sélection

Qu'est-ce que le contrôleur de charge solaire Maximum Power Point Tracking (MMPT) ?

Qu'est-ce que le suivi du point de puissance maximale ou un chargeur MPPT ?

Le MPPT ou 'Suivi du point de puissance maximal Les commandes sont beaucoup plus sophistiquées que les contrôleurs PWM et permettent au panneau solaire de fonctionner à son point de puissance maximum ou, plus précisément, à la tension optimale pour une puissance de sortie maximale. Grâce à cette technologie intelligente, les contrôleurs de charge solaire MPPT peuvent être jusqu'à 30 % plus efficaces en fonction de la tension et de la tension du panneau solaire connecté.

En tant que référence générale, les contrôleurs de charge MPPT peuvent être utilisés sur tous les systèmes de puissance supérieure utilisant deux panneaux solaires ou plus ou si la tension du panneau (V_mp ) est de 8 V ou plus que la tension de la batterie - voir la définition complète ci-dessous.

Le MPPT est essentiellement un convertisseur continu-continu efficace pour maximiser la puissance de sortie d'un panneau solaire. Le premier MPPT a été inventé en 1985 par une petite entreprise australienne nommée AERL et est maintenant utile dans presque tous les onduleurs solaires connectés au réseau et de nombreux contrôleurs de charge solaire.

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La théorie de fonctionnement du contrôleur de charge solaire MPPT est élémentaire en raison du degré variable d'ensoleillement (irradiance) sur le panneau solaire pendant la journée. La tension et le courant du panneau varient continuellement. Pour obtenir le maximum d'électricité, le traqueur de point de puissance le plus élevé balaie la tension du panneau pour trouver le "sweet spot" ou la combinaison optimale de tension et de courant pour fournir le plus de puissance. Le MPPT est programmé pour surveiller et modifier en permanence la tension afin de produire le plus d'électricité, quelles que soient les conditions météorologiques.

Notez qu'en général, seuls les contrôleurs MPPT haut de gamme détectent l'ombrage partiel ou surveillent plusieurs points d'alimentation. En utilisant cette technologie, les performances des panneaux solaires s'améliorent et la quantité d'énergie produite peut être jusqu'à 30 % supérieure à celle du contrôleur de charge solaire PWM.

Le principe de fonctionnement du contrôleur de charge solaire MPPT

La sortie du générateur photovoltaïque n'est pas linéaire. Il détermine par la quantité d'ensoleillement, la température de l'atmosphère et l'état de charge.

Dans une intensité de lumière solaire et une température ambiante stables, le générateur photovoltaïque peut fonctionner à différentes tensions de sortie. Cependant, il peut atteindre la qualité de performance du générateur photovoltaïque à la limite d'une seule tension de sortie. À ce stade, le point de fonctionnement du générateur photovoltaïque dépasse le seuil le plus élevé de la courbe de tension de puissance de sortie, qui est considéré comme le "point de puissance maximale".

Par conséquent, il est nécessaire de modifier le point de fonctionnement du générateur photovoltaïque pour le maintenir proche du point de pleine puissance afin d'augmenter ses performances globales. Ce concept est connu sous le nom de "suivi du point de puissance maximale".

Voici le schéma fonctionnel typique du contrôleur de charge solaire MPPT.

Performances et avantages du contrôleur de charge solaire MPPT

Maintenant, assimilons le contrôleur de charge solaire MPPT au contrôleur de charge solaire général.

Le contrôleur de charge solaire général est comme une boîte de vitesses manuelle de voiture. Si nous n'élevions pas la boîte de vitesses de manière appropriée à mesure que le régime moteur augmentait, la vitesse de la voiture en serait sans aucun doute affectée.

Jusqu'à la distribution, il doit définir les paramètres de charge du contrôleur de charge solaire général. Cependant, le contrôleur de charge solaire MPPT peut surveiller le point de pleine puissance du panneau solaire en temps réel pour atteindre des performances maximales. Lors de l'observation du point de puissance maximale, plus la tension est élevée, plus la puissance de crête est élevée et plus l'efficacité de charge est élevée.

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Les performances du système d'alimentation solaire intégré au contrôleur de charge solaire MPPT sont 50 % supérieures à celles du contrôleur de charge solaire conventionnel. Cependant, selon une évaluation réaliste, ce chiffre est de 20 % à 30 %, en fonction de l'atmosphère environnante et de la perte d'électricité.

En conclusion, en raison des coûts de construction, la surface des panneaux solaires montés dans le VR sera réduite. De plus, il y aurait un manque de productivité important en raison de l'installation à plat du panneau solaire du VR.

Il doit également utiliser un contrôleur de charge solaire approprié pour atteindre les performances maximales du système solaire de camping-car.

Dimensionnement d'un contrôleur de charge solaire MPPT

Permettez-nous de comprendre cela avec un exemple de base. Voir l'exemple suivant pour plus de détails.

Supposons que vous disposiez de 4 panneaux solaires de toit de 100 watts et qu'ils soient tous connectés en série. chacun des panneaux a une tension en circuit ouvert de 22,5V. Quelle cote de contrôleur MPPT est la bonne ?

Répondre-

La tension série sera =22,5 x 4

V =90 V

La tension nominale écrite sur le contrôleur MPPT doit être de 90 V ou le contrôleur doit accepter 90 V

Étant donné que les contrôleurs MPPT limitent leurs performances, vous pouvez rendre le tableau aussi grand que vous le souhaitez et le contrôleur peut limiter la sortie. Cependant, cela signifie que la machine n'est pas aussi efficace qu'elle devrait l'être. Les contrôleurs MPPT auront un ampli lu avec, par exemple, un contrôleur MPPT de 40 ampères. Si les panneaux peuvent générer 80 A de courant, le contrôleur de charge MPPT ne peut générer que 40 A de courant, quoi qu'il arrive.

Les contrôleurs MPPT auront un ampli lu avec, par exemple, un contrôleur MPPT de 40 ampères. Contrairement au PWM, la tension nominale d'entrée des contrôleurs MPPT est bien supérieure à celle des bancs de batteries qui le chargent. Cela est dû à la caractéristique unique du contrôleur MPPT d'abaisser la tension à la tension de banque de la batterie, puis d'augmenter le courant pour compenser la puissance manquante. Vous n'êtes pas obligé d'utiliser une tension d'entrée élevée pour empêcher les connexions en série dans les petits systèmes, mais cela est très utile dans les grands systèmes.

Supposons que la marque du contrôleur indique qu'il peut accueillir des groupes de batteries 12 V ou 24 V. Cherchez l'importance de Rov. Par exemple, s'il s'agit de Rov-40, le courant est le taux à 40 ampères.

Troisièmement, nous devrions examiner la tension d'entrée solaire la plus élevée. Par exemple, si le contrôleur MPPT prend en charge 100 volts d'entrée, il peut prendre jusqu'à 100 volts et le réduire à votre batterie 12V ou 24V. Supposons que vous ayez 4 panneaux de 100 watts en série, chacun avec une tension en circuit ouvert de 22,5 V. Le 4 de la séquence sera 4 x 22,5 V =90 Volts, que le contrôleur prendra en compte.

Exemple

Comprenons cela avec un exemple ici. Supposons qu'une pièce ait les charges CC suivantes qui sont évaluées à 24 V ; quatre lampes de 25 W et deux ventilateurs de 25 W

Toutes les charges mentionnées ci-dessus sont alimentées par deux modules PV connectés en parallèle, chaque module PV a un courant de point de puissance maximal IMP de 5 A et un courant de court-circuit ISC de 8 A. Nous devons maintenant trouver la tension nominale du système, le courant nominal du générateur photovoltaïque et le courant de charge nominal du contrôleur de charge solaire ?

Charge CC totale =(Nombre de lampes × Puissance de chaque lampe) + (Nombre de ventilateurs × Puissance de chaque ventilateur)

Charge CC totale =(4 × 25) + (2 × 25) =100 + 50 =150 W

La tension nominale du système du contrôleur de charge solaire est la même que la tension nominale de la charge et du réseau de panneaux.

Courant nominal du générateur photovoltaïque =2 × 8 (le courant de court-circuit de chaque module photovoltaïque est de 7 A et sont connectés en parallèle)

Courant nominal du générateur photovoltaïque =16 A

Compte tenu du facteur de sécurité de 1,25, le courant nominal du générateur photovoltaïque est de 1,25 × 16 = 20 A

Courant de charge nominal =Charge CC totale / Tension nominale du système = 150 / 24

Courant de charge nominal =6,25 A

De cette façon, vous avez besoin d'un contrôleur de charge solaire MPPT 6,25 A pour le système photovoltaïque. Voir un exemple plus résolu pour le dimensionnement du contrôleur de charge PWM et MMPT dans le post précédent.

Quels sont les différents 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. Ils sont la norme de l'industrie en ce moment.

3) Suivi du point de puissance maximal (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.

Comment choisir le meilleur contrôleur de charge pour un travail

Contrôleurs de charge MPPT vs. PWM

MPPT

MPPT (maximum power point tracking) est une technologie moderne et plus efficace. À mesure que la puissance et la tension des panneaux solaires augmentent, de plus en plus de panneaux ont besoin de contrôleurs de charge MPPT.

Avec les contrôleurs MPPT, l'énergie solaire entrante passe à une tension comparativement plus élevée, et le contrôleur réduit la tension pour une charge correcte de la batterie. Le courant entrant augmente proportionnellement avec des pertes négligeables, ce qui donne un chargeur solaire très efficace.

PWM

Les contrôleurs de charge PWM (modulation de largeur d'impulsion) dépendent d'un matériel plus ancien et moins fiable et vous permettent d'ajuster la tension du panneau solaire à la tension de la batterie. Par exemple, si vous deviez faire fonctionner un panneau solaire nominal de 12 volts via un contrôleur de charge PWM, vous avez besoin d'un banc de batteries de 12 volts.

Les contrôleurs PWM ne sont pas aussi fiables et peuvent perdre environ 20 % de la puissance entrante en raison d'un manque d'efficacité. Par exemple, un panneau de 100 watts/12 volts produit environ 5,5 ampères à 18 volts dans des conditions de pointe. L'utilisation d'un contrôleur PWM réduira la puissance à environ 14,5 volts à 5,5 ampères ou 80 watts (14,5 V x 5,5 a =80 watts).

Il existe des restrictions concernant les choix d'équipement, y compris l'utilisation de panneaux solaires nominaux de 12 ou 24 volts. Habituellement, les contrôleurs PWM sont de plus petite taille et ont des limites fermes sur les choix d'équipements disponibles car ils ont besoin de la même tension que le groupe de batteries.

Pour cette raison, la plupart de nos clients résidentiels s'en tiennent aux contrôleurs MPPT pour les systèmes plus importants. Les contrôleurs de charge PWM sont également réputés pour les petites applications telles que les camping-cars, les petites cabines hors réseau et les sites industriels éloignés nécessitant des quantités d'électricité limitées.

Compatibilité des équipements

Nous pouvons faire correspondre les contrôleurs de charge aux installations solaires avec des caractéristiques électriques identiques. Pour choisir le meilleur contrôleur, consultez les attributs suivants :

• Tension d'entrée : la tension la plus élevée que le contrôleur peut supporter. Varie généralement de 100 à 600 Vcc pour les contrôleurs de charge MPPT.
• Tension de la batterie : la tension du contrôleur de charge doit être cohérente avec la tension du banc de batterie. La plupart des petits contrôleurs sont de 12 V ou 24 V, tandis que les plus gros contrôleurs sont généralement réglés sur 12/24/36/48 volts.
• Actuel : ampères de charge complète, par exemple, 100 ampères pour FM100 AFCI
• Type de batterie : assurez-vous que le contrôleur de charge est conçu pour s'adapter au type de batterie que vous utilisez (la plupart des contrôleurs de charge sont conçus pour les batteries au plomb, ce point est donc important pour le Li-ion.)

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Conformité au code et sécurité

Vérifiez que le contrôleur a obtenu l'accréditation pour se conformer aux normes de construction municipales et à la législation sur la sécurité. Recherchez les informations suivantes :

• Liste UL selon UL 1741
• Protection contre les défauts à la terre (GFCI)
• UL 458 (pour les applications mobiles)
• Protection contre les défauts d'arc (AFCI)

Surveillance en ligne

La plupart des contrôleurs peuvent se lier à un service de suivi afin que vous puissiez vérifier les performances de votre appareil à distance. Explorez les portails de suivi compatibles pour vous assurer qu'ils offrent toutes les fonctionnalités dont vous avez besoin pour suivre le succès de votre appareil. Dans certains cas, la surveillance et le contrôle à distance nécessiteront du matériel supplémentaire.

Communication

De nombreux contrôleurs de charge seront mis en réseau avec des onduleurs, des affichages de batterie, des démarreurs de générateur automatique, des batteries li-ion, etc. Vérifiez la capacité de mise en réseau du contrôleur pour vous assurer qu'il fonctionne bien avec d'autres aspects de l'appareil.

Contrôle auxiliaire

Le contrôle auxiliaire permet au contrôleur de déconnecter automatiquement d'autres composants de l'appareil en fonction de critères définis par l'utilisateur final. Il est utile pour surveiller les appareils câblés tels que les interrupteurs de démarrage automatiques, la déviation de charge, etc. Cela implique généralement l'ajout de relais correctement gradués pour alimenter vos systèmes.

Efficacité et autoconsommation

Le contrôleur de charge lui-même absorbe de l'électricité, ce qui signifie que son traitement du signal n'est pas fiable à 100 %. Recherchez des contrôleurs de charge à faible autoconsommation et hautes performances. La plupart des contrôleurs de charge MPPT sont efficaces à 98 % ou mieux, tandis que les contrôleurs PWM et les solutions MPPT à moindre coût sont en retard.

Applications des contrôleurs de charge solaire MPPT

Le système d'installation de panneau solaire de base suivant montre la règle importante du contrôleur de charge solaire et d'un onduleur. L'onduleur (qui convertit l'alimentation CC des batteries et des panneaux solaires en alimentation CA) est utilisé pour connecter les appareils CA via le contrôleur de charge. D'autre part, les appareils CC peuvent être directement connectés au contrôleur de charge solaire pour alimenter en courant continu les appareils via des panneaux photovoltaïques et des batteries de stockage.

Un système d'éclairage public solaire est un système qui utilise un module PV pour transformer la lumière du soleil en courant continu. L'appareil utilise uniquement de l'énergie CC et comprend un contrôleur de charge solaire pour stocker le CC dans le compartiment de la batterie afin qu'il ne soit pas visible de jour comme de nuit.

Le système solaire domestique utilise l'énergie générée par le module PV pour alimenter des appareils électroménagers ou d'autres appareils électroménagers. L'appareil comprend un contrôleur de charge solaire pour stocker le courant continu dans le groupe de batteries et une combinaison pour une utilisation dans n'importe quel environnement où le réseau électrique n'est pas disponible.

Le système hybride se compose de diverses sources d'énergie pour fournir une alimentation de secours à plein temps ou à d'autres fins. Il intègre généralement un générateur solaire avec d'autres moyens de production tels que des générateurs diesel et des sources d'énergie renouvelables (éolienne et hydrogénérateur, etc.). Il comprend un contrôleur de charge solaire pour stocker le courant continu dans un banc de batteries.

Le système de pompage d'eau solaire est un système qui utilise l'énergie solaire pour pomper l'eau des réservoirs naturels et de surface pour la maison, le village, le traitement de l'eau, l'agriculture, l'irrigation, l'élevage et d'autres applications.

Le contrôleur de charge solaire MPPT minimise la complexité de tout système en maintenant la sortie du système élevée. De plus, vous pouvez l'utiliser avec d'autres sources d'énergie plus diverses.