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Régulateurs de charge

TriStar Charge Controller

Contrairement à certains générateurs, les modules solaires peuvent être court-circuités ou peuvent voir leur circuit s'ouvrir sans dommage. Avec les régulateurs de type Séries le courant de charge des batteries est occasionnellement coupé par l'ouverture d'un circuit entre les modules solaires et les batteries; avec les régulateurs de type Shunt, le courant de charge des batteries est dévié vers une résistance et un court-circuit est effectué au niveau des modules solaires. De façon générale, nous ne recommandons pas l'utilisation des régulateurs de type Shunt dans nos systèmes photovoltaïques puisque toute couverture partielle des modules solaires peut entraîner une surchauffe, même si des diodes de dérivation sont utilisées.

Régulateurs de type Séries

Dépendamment de la taille du champ photovoltaïque, un régulateur simple ou à relais multiples peut être utilisé. Ces régulateurs ouvrent simplement un ou plusieurs relais selon la tension des batteries, afin de réduire la charge, ou de l'arrêter complètement. Les régulateurs contrôlent aussi les courants de l'ordre de 40 à 50 ampères provenant des modules solaires. L'ouverture et la fermeture de ces relais sont fonctions des seuils de tensions maximum et minimum prédéterminés. Pour des régulateurs à relais multiples, un relais peut rester fermé pour maintenir une charge complète, en alimentant les batteries via un circuit de puissance ou un circuit électronique linéaire.

Pour les systèmes dont les courants de sortie excèdent 50 A, les régulateurs doivent comporter plus d'un relais (au mercure de préférence), branché à un ensemble ou des régulateurs individuels, offrant l'avantage d'un système parallèle opérant indépendamment, avec une bonne fiabilité.

Régulateurs à commutation Solid state (Pulse width modulation)

Ces régulateurs utilisent des MOSFET ou des transistors de puissance fonctionnant à des fréquences importantes, afin de générer des impulsions, pour maintenir les batteries à une tension constante. La durée d'un cycle d'impulsion utilisée dans les régulateurs types Séries au Shunt, varie en fonction de la tension des batteries et du courant de charge. Ces régulateurs ont une excellente caractéristique de charge pour les systèmes photovoltaïques jusqu'à 40 A; cependant, à cause de leur grande commutation, ils peuvent générer des fréquences pouvant interférer avec l'équipement de télécommunication.

Les relais utilisés dans les régulateurs ont quelques limites qui affectent leur durée de vie. Pour prolonger celle-ci, il faut allonger leur cycle d'ouverture et de fermeture, entravant par conséquent les performances des batteries. Lorsque le courant de charge est grand, ces relais nécessitent un circuit de dérivation pour supporter temporairement le courant pendant le cycle. Les circuits de commutation des régulateurs solid state feront indéfiniment des cycles d'impulsions sans dommage. Cependant, la chute de tension à leurs bornes génère de la chaleur.

Diode de protection

Modules à auto-régulation

Certains modules solaires peuvent fonctionner sans régulateur de charge, utilisant simplement une diode anti-retour pour empêcher le courant de circuler dans le sens inverse sous les conditions suivantes: Le courant de charge des batteries est égal au courant produit par les modules solaires; La température est relativement constante.

Les batteries ont une capacité au moins 30 fois plus grande que le courant de court-circuit pouvant être délivré les modules solaires.

La tension ouverte des modules est de l'ordre de 18.0 V maximum; Une diode anti-retour de capacité suffisante empêche le courant inverse de retourner vers le module solaire.

Diode Zéner

Avant, les systèmes photovoltaïques de taille relativement petite utilisaient des diodes zéner comme shunt afin de court-circuiter les modules solaires. Ces moyens de contrôle limitent les applications car les variations des performances des systèmes photovoltaïques sont énormément affectées à cause de la température et la difficulté de trouver la diode zéner correspondant à la tension de charge des batteries.

Choix du régulateur de charge

Trois facteurs sont importants dans le choix d'un régulateur de charge: il s'agit de la tension du système, la température d'opération et le courant maximal. Concernant le courant, il faut additionner tous les courants court-circuits fournis par les modules solaires et multiplier par 1.30. Exemple: si on a un panneau solaire qui fournit 4.8 A en court-circuit, il suffit de multiplier 4.8 A par 1.30, ce qui est égal à 6.24 A. Dans ce cas le régulateur doit être en mesure de supporter 6.24 A.

Un certain nombre d'options sont disponibles:

* Sélection du mode de charge ou ajustement de tension et de température prévalente selon le type de batterie.
* Compensation de température: une compensation de température doit être requise à moins que les batteries et le régulateur de charge soient sous des conditions normales de température près de 25°C. Principalement, la compensation de température varie de l'ordre de 5 mV/cellule/°C.
* Déconnexion basse tension (LVD): certains régulateurs débranchent automatiquement la ou les charges de la batterie lorsque cette dernière voit sa tension tomber en-deçà d'un certain seuil de tension.
* Auto égalisation: Certains régulateurs sont munis d'un dispositif d'auto égalisation qui charge complètement les batteries à une tension de près de 14 Volt pour système de 12 V, afin d'égaliser la charge dans chaque cellule de la batterie, éviter la stratification (mélange non-uniforme de l'électrolyte, ce qui réduit le cycle de vie des batteries), et ainsi empêcher la sulfatation. "L'equalization" n'est pas recommandée pour les batteries de type gelifié.
* Les voyants à LED: Ces voyants indiquent le statut de charge des batteries ou des charges alimentées.
* L'afficheur numérique permet d 'afficher le courant de charge ou la tension des batteries.
* Contrôle et communication à distance.
* Dispositifs de protection: un dispositif de protection contre les fuites de courant inverse provenant de la batterie vers les modules solaires est utilisé.

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