MPPT ou PWM : choisir un régulateur pour batteries au lithium

Un champ solaire peut produire de l'énergie alors qu'une batterie au lithium se charge plus lentement que prévu. Une cause fréquente est le choix d'un régulateur fondé uniquement sur le prix ou la tension nominale : PWM et MPPT n'exploitent pas la puissance des panneaux de la même manière, et aucun des deux ne peut compenser un profil de charge inadapté.

Le choix entre MPPT et PWM ne se résume pas à opposer une solution avancée à une solution de base. Le régulateur adapté dépend de la tension du champ, de celle de la batterie, de la température, de la taille du système et de la quantité d'énergie que l'application doit capter. Pour les systèmes de secours télécom, les systèmes UPS, les installations solaires hors réseau et les systèmes marins, ces facteurs influent à la fois sur l'énergie utilisable et sur le fonctionnement de la batterie.

Fonctionnement des deux types de régulateur

Un régulateur PWM relie le champ solaire à la batterie par des impulsions rapides, ce qui rapproche effectivement la tension des panneaux de celle de la batterie pendant la charge. Simple, il peut être économique lorsque la tension de fonctionnement du panneau est proche de la tension de charge de la batterie.

Un régulateur MPPT utilise un étage de conversion CC-CC pour faire fonctionner le champ près de son point de puissance maximale, puis convertit cette puissance à la tension requise par la batterie. Il peut ainsi utiliser des chaînes de panneaux à tension plus élevée avec une batterie de tension plus faible, dans les limites d'entrée du régulateur.

Par exemple, un panneau de 200 W fonctionnant à environ 18 V produit près de 11,1 A à son point de puissance maximale. S'il est relié par PWM à une batterie de 12 V se chargeant à environ 14 V, le courant peut rester proche de 11,1 A et la puissance côté batterie d'environ 155 W, avant les autres pertes. Un régulateur MPPT peut convertir une grande partie de la puissance disponible du panneau en un courant plus élevé côté batterie, sous réserve du rendement de conversion, des conditions de fonctionnement et des limites du régulateur.

Éléments à comparer avant l'achat

Considérez cette comparaison indicative pour un parc LiFePO4 de 12 V et un panneau de 200 W. La sortie réelle varie selon la température du panneau, l'irradiance, le câblage, l'ombrage et le rendement du régulateur.

PWM : tension de fonctionnement du panneau d'environ 18 V ; tension de charge de la batterie d'environ 14 V ; puissance approximative côté batterie d'environ 155 W dans les conditions indiquées ; coût de l'équipement inférieur ; choix idéal lorsque les tensions du panneau et de la batterie sont proches.

MPPT : le panneau fonctionne près de son point de puissance maximale ; la puissance côté batterie peut approcher celle du panneau, diminuée des pertes de conversion et de câblage ; coût de l'équipement supérieur ; utile lorsque la tension du panneau dépasse nettement celle de la batterie ou que le champ est plus grand.

Cet exemple ne constitue pas une estimation de rendement garantie. Les gains du MPPT sont souvent plus importants par temps froid, lorsque la tension du panneau augmente, et avec les champs conçus en chaînes à tension plus élevée. Une installation PWM bien adaptée peut néanmoins convenir à un petit système sensible au coût, avec un câblage limité et des besoins énergétiques modestes.

Vérifier la compatibilité avec le parc au lithium

Vérifiez que le régulateur dispose d'un profil de charge LiFePO4 ou qu'il permet de régler la tension de charge ainsi que les phases d'absorption et de maintien spécifiées par le fabricant de la batterie. N'appliquez pas l'égalisation des batteries au plomb à une batterie LiFePO4, sauf si le fabricant de la batterie indique explicitement une procédure compatible.

Le BMS constitue une protection, mais ne remplace pas le paramétrage correct du régulateur. Vérifiez les limites de courant de charge, les restrictions de charge à basse et haute température ainsi que la réaction du régulateur si le BMS déconnecte la batterie. Coordonnez les protections du régulateur et de la batterie pour éviter les interruptions répétées de la charge.

Vérifications du dimensionnement et de la conception du système

Comparez la tension maximale à vide du champ PV, le courant d'entrée, le courant de sortie et la puissance nominale du régulateur aux caractéristiques réelles du champ et de la batterie. Intégrez la tension PV par temps froid au calcul de la tension à vide ; dépasser la limite de tension du régulateur risque d'endommager l'équipement.

Pour les parcs au lithium, adaptez le courant de charge aux spécifications de la batterie et tenez compte du taux C : le courant de charge divisé par la capacité nominale en ampères-heures. Par exemple, 20 A pour un parc de 100 Ah correspondent à 0,2C, mais la limite documentée de la batterie reste déterminante. Examinez également la DoD prévue, les objectifs de durée de vie en cycles et le suivi du SOC/SOH, ainsi que la demande énergétique quotidienne.

Utilisez ces vérifications lors de la spécification d'un système :

- Choisissez le PWM lorsque la tension du panneau est proche de la tension de charge de la batterie et que l'énergie prévue couvre la charge.

- Choisissez le MPPT lorsque des chaînes PV à tension plus élevée, des contraintes de câblage, des conditions variables ou une captation d'énergie supplémentaire justifient le coût.

- Vérifiez les réglages LiFePO4, les limites de température, la coordination avec le BMS et le courant de charge approuvé par le fabricant.

Consultez la documentation d'installation et du produit applicable, notamment les essais de transport UN38.3 pour les batteries et les normes IEC 62619 ou UL 1973 lorsque le projet l'exige.

Considérations relatives aux achats et au déploiement

Comparez le coût total du système, et pas seulement le prix du régulateur. Des chaînes PV à tension plus élevée peuvent réduire le courant et les pertes dans les câbles, tandis que la conversion MPPT entraîne un coût d'équipement et des exigences de configuration supplémentaires. Pour les installations télécom, UPS, solaires et marines, vérifiez également les interfaces de surveillance, les indices de protection environnementale, l'accès pour la maintenance et la disponibilité des pièces de rechange.

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Conclusion

Pour un petit champ dont les caractéristiques sont proches de celles de la batterie, le PWM peut répondre au besoin à moindre coût. Lorsque l'écart de tension ou le rendement énergétique est déterminant, le MPPT est souvent plus adapté. Fondez votre décision sur les calculs du champ, les limites de charge documentées de la batterie et les conditions de fonctionnement du système.