Le contrôleur de charge

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Dans un système photovoltaïque autonome, le régulateur représente moins de 5% du coût total du système, mais sa fonction est primordiale : les batteries restent les éléments les plus fragiles du dispositif et la qualité de leur contrôle et de leur entretien, influence grandement leur durée de vie et donc à terme, le prix final du kWh.

L’élément central de la régulation

Le contrôleur de charge est l’élément régulateur central d’un système photovoltaïque autonome : il contrôle les flux d’énergie.

  • Les panneaux solaires n’envoient pas à tout moment de la journée un flux continu d’électricité. Il peut y avoir des surcharges. Le contrôleur de charge est là pour réguler ce flux afin d’alimenter les batteries avec régularité et les protéger.
  • Par ailleurs, les jours où le ciel est très couvert et que les panneaux ne délivrent plus d’énergie, il peut arriver que l’utilisateur sollicite une importante décharge aux batteries pour sa consommation. Le régulateur est encore là pour prévenir une décharge trop profonde qui endommagerait les batteries.

Le contrôleur de charge assure à la fois les fonctions de surveillance, de protection (sécurité de l’installation), et dans les systèmes les plus élaborés, il commande la recharge par d’autres sources d’énergie (génératrice thermique d’appoint, éolienne, hydraulique).

Il se caractérise par trois groupes principaux :

  • Le contrôleur de charge de type « shunt » : l’interrupteur court-circuite le générateur solaire (centrale de panneaux photovoltaïques) en fin de charge.
  • Le contrôleur de charge de type « série » : il incorpore un interrupteur entre le générateur solaire et l’accumulateur (le parc de batteries), pour arrêter la charge.
  • Le contrôleur de charge MPPT (Maximum Power Point Tracker) : il utilise un circuit électronique qui recherche le point de puissance maximum pour soutirer en permanence du champ de capteurs solaires, la puissance la plus efficace.

A ces trois types de circuits, s’ajoute un régulateur de décharge pour empêcher les décharges profondes des batteries.

Le contrôleur de chargeLe contrôleur de charge

Le principe de fonctionnement

Nous nous limiterons au cas des batteries au plomb, encore les plus couramment utilisées avec des panneaux photovoltaïques.

Le contrôle de la charge :

Le contrôle de la charge est la fonction la plus critique pour garantir une durée de vie élevée aux batteries.

En théorie, il faudrait, après chaque décharge, pouvoir recharger à 100 % les batteries.

Or, avec la nature aléatoire de l’ensoleillement, cela n’est pas toujours possible et les batteries peuvent rester plusieurs jours dans un état de charge intermédiaire, ce qui à long terme peut réduire leur durée de vie.

La plupart des contrôleurs de charge utilisent la mesure de la tension comme paramètre de contrôle.

La tension d’une batterie chargée à courant constant augmente de façon linéaire jusqu’à ce qu’elle atteigne pratiquement la fin de charge où, soudainement elle augmente beaucoup plus rapidement.

Ce phénomène est dû à la gazéification de l’électrolyte en hydrogène et oxygène.

Si on laisse durer ce phénomène, la batterie deviendra surchargée, accélérant la corrosion du plomb et faisant perdre de l’électrolyte.

La fonction du contrôleur de charge est d’empêcher cette surcharge.

Deux valeurs caractéristiques sont utilisées pour le contrôle de la charge :

  • La tension de fin de charge, coupure haute.
  • La tension de recharge, valeur pour laquelle le processus de recharge recommence.
  • Les régulateurs les plus simples travaillent en « tout ou rien » et utilisent ces deux tensions pour arrêter ou recommencer la charge.

Le contrôle de la décharge :

Afin d’éviter une décharge profonde des batteries, on ajoute un circuit de délestage dans le régulateur qui déconnecte les récepteurs lorsque la tension des batteries est descendue au-dessous d’un seuil critique.

Ce seuil sera choisi en fonction d’une durée de vie espérée, de la température ambiante et du niveau de courant électrique.

Lorsque le régulateur est en délestage, il est recommandé de régler le régulateur de façon à laisser le temps aux batteries de retrouver une charge complète.

En conclusion

Le régulateur est le « petit composant électronique » qui tout d’abord laisse à penser qu’il n’est pas important, mais qui se révèle être primordial.

Mais lequel choisir ? Il existe plusieurs technologies (les différentes technologies des contrôleurs de charges).


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