Quel régulateur de charge choisir pour votre installation solaire off-grid : MPPT ou PWM ? Le régulateur de charge MPPT, comparé au régulateur PWM, est un chargeur actif. L’un de ses avantages est de prolonger la durée de vie de la batterie. Il optimise également la production d’énergie du panneau photovoltaïque. En réalité, un monde sépare ces deux régulateurs de charge. Jade-Technologie les compare, en s’appuyant sur 10 différences techniques.
Rappel du rôle d’un régulateur ou contrôleur de charge pour photovoltaïque
Les régulateurs/contrôleurs de charge MPPT ou PWM sont indispensables à une installation qui produit de l’énergie avec des panneaux photovoltaïques. Quels sont leurs points communs ? Ces contrôleurs sont d’abord des interfaces entre le panneau, la batterie et l’application. Ensuite, leur fonction est de charger et décharger la batterie. Mais le fonctionnement du régulateur diffère selon qu’il est MPPT ou PWM. Le régulateur MPPT est « actif » quand le régulateur PWM est « passif ».
10 points de comparaison entre les régulateurs MPPT et PWM
Que signifie un régulateur de charge « actif » ou MPPT ? C’est un petit système qui scanne en permanence la tension et le courant du panneau solaire. Le régulateur « passif » ou PWM bloque l’énergie sortant du panneau quand la batterie est chargée. Avec ces 10 points de comparaison, vous comprendrez mieux la différence entre les régulateurs MPPT et PWM.
1 — L’architecture matérielle
L’architecture du régulateur PWM est simplifiée. Elle se compose d’un interrupteur électronique de type MOSFET, d’une diode antiretour, d’un petit contrôleur de charge et de capteurs (pour la tension et l’intensité). Un régulateur de charge MPPT est un système plus élaboré.
Son contrôleur interne est « intelligent », grâce à un algorithme. Le régulateur MPPT comporte des capteurs mesurant la tension et la puissance du panneau solaire et un convertisseur DC-DC intégré. Certains types de régulateurs MPPT proposent des interfaces de communication.
2 — L’algorithme de recherche
C’est le point qui distingue vraiment le régulateur MPPT et le régulateur PWM. L’algorithme de recherche du contrôleur MPPT scanne en continu le point de puissance maximal de la courbe I-V du panneau solaire.
À l’opposé, le régulateur PWM n’embarque aucun algorithme. Intégré au kit solaire grand public pour son faible coût, ce régulateur a pour fonction d’adapter la tension du panneau à la plage de tension de charge de la batterie.
3 — Le point courant-tension optimal
Un régulateur PWM déclenche le processus de charge dès que la tension de la batterie est inférieure à un seuil prédéfini. Pour ce faire, il utilise un système de commutation rapide, qui réduit progressivement la quantité d’énergie fournie au fur et à mesure que la batterie se rapproche de sa charge maximale.
Le fonctionnement du régulateur MPPT est différent. L’algorithme fournit toujours le point courant-tension optimal du panneau solaire. Il n’adapte pas la production du panneau à la capacité de la batterie. Au contraire, il règle sa tension d’entrée sur le niveau maximum d’énergie produit par le panneau sur une journée de production d’énergie photovoltaïque.
4 — La fonction convertisseur DC-DC
Un régulateur PWM est un commutateur. Quand la batterie atteint son niveau bas de charge, il ferme le circuit. La recharge s’effectue par larges impulsions. Lorsque la tension d’absorption de la batterie est atteinte, il coupe à intervalles réguliers la connexion avec le panneau. Lorsqu’il ouvre le circuit, le panneau et la batterie sont à tension quasi égale.
La fonction convertisseur d’un régulateur MPPT découle directement de son algorithme de recherche. Le régulateur convertit la tension de sortie d’un panneau en tension compatible avec la charge de la batterie. Par exemple, si la tension de sortie du panneau est inférieure à la tension d’entrée de la batterie, le régulateur élève l’intensité.
5 — La compensation de l’effet température
La tension Vpm diminue avec la hausse de la température du panneau photovoltaïque. La valeur à considérer est d’environ – 0,45 %/°C (puissance et tension de sortie du panneau). Cela signifie, en pratique, que pour chaque degré au-dessus de 25 °C, le panneau solaire perd environ 0,45 % de puissance et de tension.
Vous pouvez approfondir ce sujet en consultant notre article consacré au coefficient de température des panneaux solaires. Un régulateur MPPT intègre une fonction de compensation de température pour limiter cette baisse d’énergie fournie. Un régulateur PWM ne propose pas cette fonctionnalité.
6 — La flexibilité applicative
Un régulateur MPPT est plus facile à intégrer aux petites installations off-grid. Sa capacité à maximiser l’énergie fournie par le panneau permet de l’intégrer à de nombreux systèmes d’alimentation autonome.
Un régulateur PWM exige une correspondance entre la tension du panneau et celle de la batterie. Pour concevoir vos solutions énergétiques, Jade Technologie utilise des régulateurs MPPT en boîtier et des régulateurs MPPT sur carte aux dimensions réduites.
7 — Le rendement sous ombrage
Dans vos installations autonomes ou nomades, l’exposition solaire peut fortement varier. Cette problématique est principalement due aux projections d’ombres sur le panneau. Il en résulte une production d’électricité — tension et intensité — fluctuante.
Un régulateur MPPT s’adapte en permanence à ces fluctuations grâce à son algorithme. À l’inverse, un contrôleur PWM ne comporte aucun dispositif d’optimisation. En cas d’ombrage prolongé, une chute de la production d’énergie est inéluctable.
8 — Le découplage des tensions
Dans un dispositif de production d’électricité autonome, tous les éléments doivent faire l’objet d’une étude précise. C’est notamment le cas des câbles d’alimentation entre le panneau, la batterie et le régulateur.
Avec un régulateur MPPT, la tension du panneau est indépendante de celle de la batterie. Cette indépendance permet d’utiliser des câbles de section réduite en cas de longue distance. C’est un avantage qui évite les pertes par effet Joule et réduit les coûts.
9 — L’efficacité énergétique
Sur une année entière de production, un régulateur MPPT apporte de 20 à 30 % de gain énergétique par rapport au régulateur PWM. La performance est notable en hiver par faible irradiance solaire. Ceci est dû à :
- une meilleure exploitation des faibles niveaux d’ensoleillement ;
- une capacité d’adaptation rapide aux changements d’intensité lumineuse.
10 — La durée de vie de la batterie
Pour un dispositif off-grid difficilement accessible pour la maintenance, c’est un point essentiel. Le régulateur MPPT prolonge la durée de vie de la batterie grâce à une charge plus homogène. Pour cela il assure :
- l’adaptation du courant de charge aux caractéristiques de la batterie (plomb, lithium) ;
- la réduction des risques de surchauffe et d’emballement thermique ;
- l’élimination des risques de sous-charge en hiver et la perte de capacité.
Par rapport au régulateur PWM, le régulateur MPPT augmente de 30 % le nombre de cycles de charge (sur certaines technologies de batteries).
Checklist des applications où le régulateur MPPT ou PWM est approprié
Les projets photovoltaïques pour installations autonomes sont exigeants. Ils exigent l’intégration de régulateurs MPPT, plus chers mais plus efficaces que les régulateurs PWM. Pour illustrer nos explications, consultez le tableau ci-dessous. Il présente des cas concrets associés au bon type de régulateur.
| Application/contexte | Régulateur MPPT | Régulateur PWM | |||
| Conditions difficiles (faible luminosité, ombrage, températures froides) | Oui | Non | |||
| Systèmes grand public (installations domestiques, éclairage extérieur) | Non | Oui | |||
| Installations à budget limité | Non | Oui | |||
| Applications exigeantes (installations autonomes, véhicules électriques) | Oui | Non | |||
| Utilisation de modules solaires « off-grid » dans les systèmes hors réseau | Oui | Non | |||
| Systèmes d’éclairage autonomes pour bâtiments | Oui | Non | |||
| Bornes de contrôle d’accès pour parkings | Oui | Non | |||
| Systèmes de surveillance à distance | Oui | Non | |||
| Équipements de mesure professionnels | Oui | Non |
Dans un dispositif d’alimentation autonome off-grid le régulateur MPPT garantit professionnalisme, efficacité et durabilité. Jade-Technologie, équipementier en énergie autonome, propose ce modèle dans tous ses projets sur mesure. Vous avez des questions ? N’hésitez pas à nous solliciter.