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Contrôleurs de charge avec fonction MPPT, explications

Le régulateur de charge pour batterie avec fonction MPPT, « Maximum Power Point Tracking », c’est-à-dire la « recherche du point maximum de puissance », est maintenant une référence pour toute installation photovoltaïque. Explications sur son rôle et fonctionnement.

 

Qu’est ce qu’un « MPPT » ?

C’est principalement un transformateur de courant continu : il convertit une tension (Voltage) continue en une autre tension continue de manière à optimiser la production du panneau d’un côté, et à respecter les cycles de charge de la batterie de l’autre.

Comment fonctionne un MPPT ?

Lorsqu’un panneau solaire est raccordé à une batterie à travers un chargeur solaire de type PWM, la tension du panneau converge vers celle de la batterie car le PWM ne fait aucune conversion de voltage. Cette tension imposée par la batterie ne permet pas d’atteindre la puissance maximale que pourrait délivrer le(s) panneau(x) dans la majorité des conditions d’ensoleillement.

 

La première courbe, en rouge, illustre l’intensité (ampère) produite par un panneau sous un ensoleillement constant dont on aurait fait varier la tension (voltage). Ce comportement est propre à la nature des panneaux solaires, il est commun à tous les panneaux. Un point Pmax est indiqué pour représenter la puissance maximale atteignable par ce panneau sous ces conditions d’ensoleillement. Pour rappel, la puissance (Watts) est le produit du voltage et de l’intensité.

La courbe en bleu illustre la variation de la puissance du panneau à mesure que l’on fait varier le voltage du panneau. On voit bien qu’il existe des gains importants à fonctionner avec un voltage optimal pour le panneau.

 

Contrairement au PWM, le MPPT permet de faire varier le voltage aux bornes du panneau indépendamment du voltage aux bornes de la batterie. Cela lui permet de rechercher en permanence le point où la puissance est maximale.

Bien sûr, toute conversion occasionne des pertes, mais les gains de puissance apportés par un voltage optimal dépassent très largement les pertes liées à la conversion du voltage dans les climats tempérés.

L’avantage ultime des MPPT

Au-delà des considérations techniques, l’avantage décisif du MPPT par rapport au PWM est d’ordre économique.

Alors qu’il est impératif de choisir des panneaux 36 cellules (dits 12volts) pour utiliser un PWM avec une batterie 12V et des panneaux 72 cellules (dit 24volts) avec une batterie 24V (ou deux panneaux 12V en série), il n’y a aucune obligation de ce genre avec un MPPT. La seule obligation est d’avoir un voltage panneau supérieur de 5 Volts à celui de la batterie pour démarrer la charge.

Il est donc recommandé avec un MPPT d’acheter des panneaux 60 cellules de type domestique qui offrent de très loin le meilleur rapport watts prix. Ces panneaux fabriqués en très grand nombre sont peu coûteux, souvent garantis 12 ans pour le module et 25 ans pour la production. A titre d’exemple, dans notre boutique un panneau 36 cellules de 145Watts coûte 295€ alors qu’un panneau domestique de 60 cellules de 250Watts coûte 250€.

Pour aller plus loin sur l’arbitrage entre PWM et MPPT

Le voltage pour lequel la puissance est maximale (Vmp) varie avec l’ensoleillement mais surtout avec la température du panneau. Plus le panneau est chaud, plus le Vmp est bas. Les gains sont donc plus importants en début et en fin de journée, ainsi qu’à la mauvaise saison où les faibles températures des panneaux donnent des voltages bien plus élevés.

L’exception concerne les climats équatoriaux et tropicaux pour lesquels un fort ensoleillement et des températures élevées, produisent un Vmp suffisamment faible pour ne pas justifier le surcoût d’un MPPT.

Pour illustrer ce point, voici une courbe tirée de la fiche technique d’un panneau domestique 60 cellules (légèrement modifiée pour davantage de lisibilité). Cette courbe, équivalente à la courbe rouge présentée plus haut, illustre bien que le Vmp (situé au début de la pente de la courbe) diminue à mesure que la température augmente. L’ensoleillement est constant à 1000W/m²:

Enfin, la courbe ci-dessus affiche de plus l’intensité pour différents ensoleillements. Toutes les courbes en bleu correspondent à un panneau à 25°C. On peut voir que le Vmp diminue légèrement avec l’ensoleillement à température constante. On constate aussi que l’augmentation de la température est un facteur plus important dans la baisse de Vmp que l’ensoleillement.

 

Faites attention aux faux MPPT

On peut trouver sur les gros sites de vente en ligne type Ebay/Amazon des contrôleurs de charge présentés comme des MPPT alors qu’ils sont de simples PWM. Un modèle très répandu de faux est celui en photo. Si vous branchez un panneau domestique 60 cellules sur un faux vous allez, au mieux, subir des pertes colossales avec la très grande différence de voltage et, au pire, endommager fortement votre batterie. Il semblerait que ces faux modèles comme certains PWM premier prix régulent assez mal la tension de charge pouvant conduire à des surcharges des batteries, avec tous les risques que cela implique : gazage, perte de durée de vie…

 

Un MPPT est un convertisseur assez sophistiqué, son prix ne peut en conséquence pas être trop faible, surtout pour des grandes puissances.

Plus de précisions sur ce point sont disponibles sur cette vidéo (en anglais).

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