Régulateur de charge pour panneau solaire : Fonctionnement et sélection du bon modèle

Dans une installation solaire, le panneau solaire constitue l’élément central du dispositif. Chargé de capter l’énergie solaire, il sert le lieu par excellence pour le déroulement du phénomène photovoltaïque. Seul, le panneau solaire ne peut rendre l’énergie électrique nécessaire pour alimenter nos appareils domestiques. À côté des panneaux doivent être installés des accessoires qui vont parachever le phénomène. C’est le cas du régulateur de charge. Lorsque la production des panneaux solaires varie, le régulateur de panneaux intervient pour l’optimiser et prolonger leur durée de vie. Le régulateur solaire adapte le courant et la tension pour maximiser l’efficacité du processus de stockage de l’énergie solaire. Avant de décliner les critères de choix qui doivent présider au choix d’un tel accessoire, rappelons son fonctionnement.

Comment fonctionne un régulateur de charge solaire ?

Pour mieux comprendre le fonctionnement d’un régulateur de charge solaire, rappelons celui de l’installation dans l’ensemble :

Petits rappels sur le fonctionnement global d’une installation solaire

Placé sur le toit ou au sol, le fonctionnement d’une installation solaire classique est simple. Les cellules photovoltaïques ou capteurs solaires contenus dans les modules captent les rayons du soleil et transforment l’énergie reçue en courant continu. L’onduleur prend le relai pour convertir ce courant en courant alternatif, capable d’alimenter les appareils électriques d’une habitation. L’énergie produite peut être consommée intégralement ou partiellement. En cas d’autoconsommation, il n’est pas exclu que la production d’énergie soit supérieure aux besoins du foyer à un instant T. L’excédent d’électricité produite doit être stocké dans des batteries pour être consommée plus tard (la nuit, par exemple). C’est à ce niveau qu’intervient le régulateur de charge solaire.

Fonctionnement commun des régulateurs de charge solaires

Le fonctionnement du régulateur solaire se résume en quatre étapes simples. Cet accessoire :

• Collecte l’énergie solaire ;
• Convertit et régule l’énergie ;
• Surveille et contrôle la tension ;
• Distribue l’énergie.

De manière concrète, une fois que les panneaux solaires ont capté et convertit la lumière du soleil en courant électrique continu, il est conduit vers le régulateur pour évaluer la tension et le courant. Le régulateur procède à une comparaison de ces deux mesures aux besoins de la batterie. Pour cela, il s’appuie sur ses composants électroniques que sont les diodes, les transistors et les condensateurs. Suivant les besoins de l’installation, ceux-ci vont ajuster la tension et le courant. Deux cas de figure sont envisagés :

• En cas de surcharge potentielle détectée, le régulateur ajuste la tension pour éviter d’endommager les batteries ;
• Face à une décharge excessive, le régulateur va plutôt contrôler la sortie afin de préserver la charge de la batterie.

Le fonctionnement du régulateur ne s’arrête pas à ce niveau. Après la régulation de l’énergie solaire, le régulateur participe à sa distribution. C’est lui qui renvoie le flux d’électricité vers les batteries de stockage. Ce faisant, les batteries reçoivent une charge appropriée sans risque de surcharge. C’est grâce au régulateur que le niveau de charge des batteries est maîtrisé et le flux d’énergie ajusté. Il peut stocker ou diriger l’énergie excédentaire vers un onduleur pour une injection dans le réseau électrique domestique ou vers d’autres utilisations, dès que les batteries sont complètement déchargées.

Particularité de fonctionnement selon les modèles de régulateurs solaires

Il existe plusieurs technologies en matière de régulation de charge solaire. Les plus courantes sont la régulation PWM (Pulse Width Modulation) et la MPPT (Maximum Power Point Tracking). Dans l’un et l’autre cas, le fonctionnement diffère sur quelques points. Le régulateur PWM procède à un couplage direct et fonctionne exclusivement avec des modules photovoltaïques 36 ou 72 cellules (12V ou 24V). Composé d’un interrupteur électronique en MLI (Modulation de Largeur d’Impulsion) et d’un dispositif anti-retour (diode), ce type de régulateur se pose entre la batterie et les panneaux. En cas de tension de batterie inférieure à la tension de limitation du régulateur, l’interrupteur est fermé. Cela donne la possibilité à la batterie de se charger avec le courant correspondant à l’ensoleillement. C’est la phase « Bulk ». Si la tension de la batterie atteint un seuil de régulation prédéterminé, l’interrupteur s’ouvre et se ferme afin de maintenir un courant moyen injecté dans la batterie. C’est la phase « Floating ». Les régulateurs de charge solaire MPPT dotés d’un convertisseur DC/DC à découpage de haut rendement sont plus performants. Ce convertisseur agit comme abaisseur de tension. La tension MPP du générateur photovoltaïque doit être supérieure à celle de la batterie. Grâce à sa composition, ce régulateur assure trois fonctions :

• Détecter la puissance maximale du champ photovoltaïque tant que la batterie qui alimente l’installation solaire n’est pas chargée ;
• Procéder à la conversion DC/DC ;
• Réguler la tension de sortie en fonction de la phase de charge (Bulk, Absorption and Floating).

La particularité du régulateur de charge MPPT est de donner plus de choix en matière de panneaux. Il est compatible avec tous les types de module photovoltaïque tant que l’on reste dans les tolérances de tension (V) et de courant (A) du régulateur. Les régulateurs MPPT permettent aussi un gain de production de 5 à 30% par rapport à celle du modèle PWM.

Quels sont les critères à considérer lors du choix d’un régulateur solaire ?

Compte tenu de son aspect technique, le régulateur de charge solaire est une pièce dont le choix doit répondre à plusieurs critères :

Le type et la puissance totale de panneaux solaires à connecter

Pour vous aider à choisir un régulateur de charge solaire, vous devez connaître au préalable la puissance totale de panneaux à connecter en W. Il s’agit de dimensionner les modules à installer pour savoir quel modèle de régulateur vous convient. Si les panneaux sont composés de 36 ou 72 cellules, l’option peut être aussi bien à un régulateur PWM qu’un régulateur MPPT. S’il s’agit de panneaux composés de 54, 60 ou plus de 72 cellules, il faudra pencher uniquement pour un régulateur MPPT.

La tension du parc batterie

Pour déterminer la puissance en W acceptée par le régulateur de charge, vous devez tenir compte de la tension de votre parc batterie. Généralement, les régulateurs solaires acceptent deux fois plus de puissance, lorsqu’ils sont connectés sur un parc batterie en 24V que sur un parc en 12V.

L’intensité du courant de charge

Cet autre critère fait référence au courant envoyé dans la batterie de stockage par le régulateur pour la recharger. Exprimée en ampères (A), son intensité doit idéalement rester en dessous de 20 % de la capacité nominale de décharge de la batterie de stockage sur 5 heures (appelée c5). L’intensité maximale de sortie du régulateur solaire doit aussi correspondre à vos besoins électriques.

Les températures ambiantes

Le régulateur de panneaux solaires est un accessoire qu’il faut installer à l’extérieur. En vue de lui assurer un fonctionnement optimal et durable, il doit pouvoir résister aux températures extérieures auxquelles il est soumis. Le choix de votre régulateur solaire doit se faire selon les plages de température indiquées dans son descriptif et des températures minimales et maximales, susceptibles d’être observées dans votre région tout au long de l’année.

Les fonctionnalités et le coût du régulateur

Au-delà des modèles basiques, on retrouve sur le marché des régulateurs offrant des fonctionnalités avancées. En fonction de vos attentes, vous pouvez choisir un régulateur ayant plusieurs fonctionnalités. Certains disposent un système de charge intelligente, un système de compensation de la température ambiante, un dispositif de protection contre la foudre, un affichage digital. D’autres permettent l’enregistrement des données, facilitent la commande à distance ou la gestion crépusculaire. Le dernier élément à considérer est le coût du régulateur.