Contrôleur solaire PWM vs MPPT

[Yex2]

Bonjour à tous,

Je viens de m'acheter des nouveaux panneaux solaires et j'hésite un peu entre les deux types contrôleurs. Je connais la différence entre les deux types mais je suis un peu sceptique des représentations faites par certain vendeurs.

Ma question est plus au niveau des temps de charge et type de charge.

Dans la doc des contrôleurs MPPT il est souvent question de "Bulk, Absorbtion et Float"

Pour le Bulk, je comprends que le contrpoleur donne tout ce qu'il a pour le premier 75% de la charge et fait +- 2 heures en mode Absorption avant de se mettre en Float.

Sur les contrôleurs PWM il est queston de "PWM charge mode". Ça veut dire quoi au juste ? Est-ce que c'est 100% du courant disponible ? Si c'est le cas, ça devrait charger les battreries plus vite même si c'est pas l'idéal.

Est-ce que je me trompe ? Vos lumières sur le sujet sont appréciée.

Merc,

Yex
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[Yex2]

Bonjour,

Je me permet de remonter ce sujet n'ayant pas reçu de réponse.

Merci,

Yex

[denis05c]

Bonsoir,
Ben si tu es en pwm mode ça veut dire que la charge est régulée de façon pulsée ,non? donc pendant le 'on' tu auras le courant maxi et pendant la partie de la période "off" le courant est nul .Avant un certain seuil de tension,c'est plein pot,et entre ce seuil et le seuil maxi,c'est le pwm mode qui s'enclenche,me semble t'il ...

[Yex2]

Je ne pense que c'est ce que ça veut dire. Les deux types de contrôlleur utilisent un convertisseur DC-DC pour abaisser le voltage, et l'usage de filtre inductance et condensateur vont linéariser le courant de sortie. Le convertisseur DC-DC est très souvent un PWM même pour le MPPT.

Moi je pense que lorsqu'il écrivent PWM charge mode ça doit être une régulation en voltage fixe mais je suis pas certain à 100% de là ma question.

Yves

[A voir en vidéo sur Futura]

[denis05c]

Bonjour,
de toute façon,dans le doute tu prends le mppt qui est sensé être plus efficace de 30% que le classique pwm.
Après,avec ton oscillo,tu seras toujours à temps de voir ce qui se passe sur la sortie...

[Yex2]

Bonjour,
de toute façon,dans le doute tu prends le mppt qui est sensé être plus efficace de 30% que le classique pwm.
Après,avec ton oscillo,tu seras toujours à temps de voir ce qui se passe sur la sortie...

30% c'est de la bouillie pour chat. Les PWM d'aujourd'hui ont des taux d'efficacité entre 85% et 90%. Difficile de faire mieux que 10 à 15% dans les meilleurs des cas, sauf bien sûr si vous êtes un joueur d'hockey. Ils sont, à les entendre, capable de donner 110% et plus...

Mais je reviens à ma question qui essentiellement vise à savoir si le coût supplémentaire du MPPT vaut la différence de prix. De point de vue purement financier, j'ai raison. Les MPPT coûtent trop cher par rapport au coût des panneaux. Voici la démonstration :

J'ai acheter 4 panneaux de 230 W @ 1.11$/W. Ça me donne 920 W total (maximum)

Selon les manufacturiers, le MPPT est 30% plus efficace. On sait bien que ça ne sera que sur une très petit échantillon de la journée (début, fin et lorsqu'un nuage passe). En réalité sur la journée complète c'est plutôt 10 à 15% MAX et moins.

Donc puisque le MPPT ne crée pas d'énergie mais serait plus efficace pour convertir l'énergie maximum du panneau :
MPPT = 920 W max
PWM = 920 W - 15% = 782 W max
Différence = 138 W

Ensuite, un contrôleur 80A PWM coûte ± 95$ et un MPPT de 80A se vendent autour de 550 $

La différence est de ± 455 $ pour 138 W de plus ce qui donne un coût par watts de >> 3.29 $/W.

La preuve est donc faites, dans mon cas particulier, l'ajout d'un MPPT me coûte trois fois le coût de panneaux additionnels. Pour la différence de prix, je pourrait m'acheter un autre contrôleur de 80A plus un panneau de 325 W.

Ce que je cherche maintenant à savoir c'est la qualité et le temps de charge entre les deux. C'est une question purement académique parce que dans mon cas particulier, avec ma faible consommation actuelle, peu importe le contrôleur que je choisi mes batteries seront pleine charge avant 10h du matin...

Qualité de la charge : Les MPPT charge avec les trois étapes (Bulk, Absorption et Float) ce qui est l'idéal pour les batteries de plombs. Mais qu'en est-il avec les PWM ? C'est quoi une "PWM charge mode" Est-ce seulement un Bulk charge, i.e. ça ne réduit pas le courant à la fin de la charge ?

Vitesse de charge : Si le PWM charge en Bulk seulement, donc le maximum de courant disponible, il me semble qu'il devrait charger plus vite que le MPPT. Par contre je sais qu'une batteries auto-règle son courant de charge. Plus sa tension est élevée, moins elle accepte du courant. Je désire également valider cette hypothèse. à puissance égale, quel contrôleur charge le plus vite et pourquoi ? Est-ce souhaitable ?

Merci de vos lumières,

Yves

PS: toute référence technique sur le sujet est appréciée...

[vincent66]

Bonsoir,
Il faut aussi tenir compte du courant de charge maximum que la batterie peut encaisser, si elle est chargée à 10h du matin elle ne va pas durer longtemps ..!
Le mppt est utilisé en asservissement de puissance pour maintenir une charge optimale, alors qu'un simple pwm fonctionnant à puissance constante "bridera" les performances du panneau s'il est surdimensionné...
Je suis confronté actuellement à ce problème sur une mini installation de chalet d'alpage avec un beau cadeau, panneau tout neuf de 185W en lieu et place de l'ancien 50W ...

Vincent

[denis05c]

Bonsoir,
va voir cette doc,si ça t'apportes un début de réponse...
http://www.victronenergy.fr/upload/d...5%20-%20FR.pdf

[Yex2]

Bonsoir,
Il faut aussi tenir compte du courant de charge maximum que la batterie peut encaisser, si elle est chargée à 10h du matin elle ne va pas durer longtemps ..!

Pour le courant de charge, je suis au courant Il faut bien entendu grossir le parc de batteries en conséquence.

En fait Vincent, j'ai omis de préciser qu'elles seront chargées vers 10h, non pas parce que je la charge trop vite mais plutôt parce que je ne la décharge pas tellement... Je suis skipper de voilier et j'ai l'habitude d'économiser le courant. Présentement j'ai un petit panneau de 75W avec un contrôleur de 10A et ça me suffi. Ma batterie est généralement complètement chargée à midi et même plus tôt.

Ma nouvelle installation c'est pour le futur. J'ai profité de cette occasion d'avoir des panneaux au prix coûtant. Je veux éventuellement m'acheter un gros onduleur pour ne plus utiliser ma génératrice lorsque j'ai besoin de mes outils électriques... De plus je désire remplacer ma pompe à eau actuelle (220 V qui fonctionne sur la génératrice) par une pompe 12V de ± 100W. J'ai déjà commencé à remplacer mes lampes au gaz par des Fluo et DEL 12V...

Autre chose, le contrôleur PWM qui m'intéresse a également la fonction "Float" pour maintenir la charge une fois les batteries chargées. Il n'y a donc pas de danger de surcharge...

Outre les prétentions des manufacturiers concernant les performances des deux types de contrôleur, la différence que je note est celle-ci : Les MPPT utilise la fonction BULK pour le premier 75% et Absorption pour les deux heures suivant. Ensuite le contrôleur se met en mode "Float" pour maintenir la charge. Je comprends bien ça et je sais que c'est l'idéal.

La doc des PWM disent "PWM charge mode + Float charge" ? Qu'est-ce que ça veux dire ??? Est-ce une charge constante et maximum pendant 100% de toute la charge suivi du mode Float ?

Le MPPT est utilisé en asservissement de puissance pour maintenir une charge optimale, alors qu'un simple PWM fonctionnant à puissance constante "bridera" les performances du panneau s'il est surdimensionné...

Peux-tu élaborer là-dessus ? Que veux-tu dire par "bridera" les performances des panneaux ?

Je suis confronté actuellement à ce problème sur une mini installation de chalet d'alpage avec un beau cadeau, panneau tout neuf de 185W en lieu et place de l'ancien 50W ...

Vincent

[Yex2]

Bonsoir,
va voir cette doc,si ça t'apportes un début de réponse...
http://www.victronenergy.fr/upload/d...5%20-%20FR.pdf

Merci Denis mais ça ne répond pas à mes questions. Je désire savoir ce que veux dire "PWM charge mode". Non pas la réthorique habituelle des vendeurs mais techniquement, ça implique quoi comme type de charge.

Merci,

Yves

[vincent66]

Sauf erreur, pwm charge mode veut dire un fonctionnement en continu à puissance constante et float un fonctionnement par intermittences avec la même puissance...
Par brider j'entends limiter la puissance de charge pour ne pas détériorer la batterie, dans le cas sur lequel je planche la batterie accepte 5A, je te laisse imaginer si on balance les 15A que peut fournir le nouveau panneau... mon frangin n'a pas attendu que je sois là et a branché le nouveau panneau, le petit régulateur de charge low cost 6A a fait office de protection en fumant très vite, j'utiliserai donc un régulateur pwm 50W...
Vincent

[Yex2]

Sauf erreur, pwm charge mode veut dire un fonctionnement en continu à puissance constante et float un fonctionnement par intermittences avec la même puissance...

Donc c'est ce que je croyais. Le PWM va balancer tout ce qu'il a jusqu'à ce que la batterie soit pleine. Même si c'est pas l'idéal pour la batterie, elle devrait donc se charger plus vite qu'avec un MPPT. C'est ça ?

En passant, j'ai l'intention de ramener chaque panneau avec une paire de fils d'instinct et passer par un interrupteur. Ainsi je pourrai facilement brancher ou débrancher du contrôleur chaque panneau de façon indépendante des autres.

Par brider j'entends limiter la puissance de charge pour ne pas détériorer la batterie, dans le cas sur lequel je planche la batterie accepte 5A, je te laisse imaginer si on balance les 15A que peut fournir le nouveau panneau... mon frangin n'a pas attendu que je sois là et a branché le nouveau panneau, le petit régulateur de charge low cost 6A a fait office de protection en fumant très vite, j'utiliserai donc un régulateur pwm 50W...
Vincent

Est-ce que le PWM se charge de limiter le courant automatiquement selon les batteries ou doit t-on s'en assurer soi même ? Le PWM que je convoite as une fonction de calcule des Ampère-heures fournis à la batterie. On doit lui fournir la capacité des batteries. Je me demande s'il tient compte de cette données lorsqu'il charge les batteries ou si on doit s'assurer que sa charge maximum ne dépasse le maximum acceptable pour les batterie en ajustant la banque de batterie en fonction de la charge maximum du panneau.

Ex. : Courant maximum du contrôleur = 80A, donc capacité minimum des batteries (5 fois plus) >> 400 AH.

Suis-je pas mal dedans ou totalement à côté de la trac ?

Merci,

Yves

[vincent66]

Hum...
tu as compris à moitié, un mppt sera toujours plus efficace qu'un simple pwm, il "balancera" plus de puissance adaptée aux conditions d'ensoleillement ...
Pour le pwm que tu évoques nous sommes en droit d'attendre un fonctionnement "intelligent" tenant compte de la capacité totale de la batterie pour gérer les quantités d'énergie captées et utilisées, nous sommes quelques-uns à nous être cassé les dents là dessus mais un chinois ou un californien a bien pu mettre au point l'algorithme à IA que tout-le-monde attendait, la détermination de charge/décharge par tension de batterie ayant démontré ses limites depuis longtemps ...
Q/5 comme courant de charge... je ne connais qu'une marque qui le promette, des batteries jaunes au gel mais ça n'est pas encore totalement démontré, il vaut mieux s'en tenir à Q/10 ...
Vincent

[Yex2]

Hum...
tu as compris à moitié, un MPPT sera toujours plus efficace qu'un simple PWM, il "balancera" plus de puissance adaptée aux conditions d'ensoleillement ...

J'ai quelques doutes là-dessus. J’aimerais croire aveuglément mais mon esprit sceptique m’oblige à suspecter la rhétorique des vendeurs…

Je veux bien croire que dans des conditions non idéal (lever, coucher du soleil ou passage de nuage etc.) que le MPPT maximise la puissance disponible du panneau en gardant le voltage du panneau à son maximum. Mais dans des conditions de fort ensoleillement, là ou la puissance disponible des panneaux est supérieur à la demande des batteries, je ne crois pas une minute que le MPPT sera plus efficace que le PWM, puisqu'en pratique il demande moins au panneau qu'il est en réalité capable de donner.

Selon un revendeur d'équipement solaire de ma région, il me confirme exactement ce que je pense. Il a installé sur le toit de sa boutique des panneaux et tous les types de contrôleur qu'il vend (PWM et MPPT). Il dit que lorsqu'il fait très soleil, les deux se valent.

J'aimerais bien faire le test suivant chez moi.

1) Brancher un panneau sur un contrôleur PWM et l’autre sur un contrôleur MPPT.

2) Brancher une batterie sur le PWM et une autre sur le MPPT.

3) Faire la fête tout la soirée en utilisant les deux batteries en parallèle afin de les décharger également.

4) Juste avant de se coucher, on débranche les batteries du panneau et les isolent avec leur contrôleur respectif et on attend que le soleil se lève.

5) On démarre le capteur de donner afin de lire les puissance respective fourni aux batteries à partir des premières lueurs du jour jusqu’à ce que les batteries soient complètement chargé.


Les résultats

Grâce au données enregistrés par le capteur data capteur on va voir les performances instantanées de chaque contrôleur à chaque instant.

Je m’attends à voir une meilleur performance du MPPT dans les mauvaises conditions de la journée (début) mais un rattrapage par le PWM au fur et à mesure que le panneau atteint son maximum.

Je ne serais pas surpris, si on dispose suffisamment de puissance de panneaux totaux, que la différence en temps de charge total ne soit pas si différente que ça.

Qu’en penses-tu ?

Merci

Yves

[vincent66]

Le mppt fait un asservissement de puissance maxi dans toutes les situations, y compris et surtout en plein ensoleillement, durant ces disons deux heures un pwm bien réglé pourra fournir quasi autant de puissance en effet...

Je te déconseille formellement de charger deux batteries indépendemment puis de les brancher le soir venu, tu as sûrement déjà vu les belles étincelles quand on ponte une batterie auto sur une autre ... il y a réel danger de feu et explosion si l'une des deux batteries est moins chargée ou plu fragile que l'autre...
Par contre tu peux bien faire la fiesta toute la nuit avec l'oeil ouvert et brancher une batterie à la place de l'autre une foi la première déchargée...

Pour info si je devais comparer par mesures un mppt et un pwm j'utiliserais le même panneau et la même batterie et je réaliserais un circuit qui commute mppt/pwm toutes les cinq minutes ...

Vincent

[Yex2]

Le mppt fait un asservissement de puissance maxi dans toutes les situations, y compris et surtout en plein ensoleillement, durant ces disons deux heures un pwm bien réglé pourra fournir quasi autant de puissance en effet...

Une hypothèse de confirmer, merci !

Je te déconseille formellement de charger deux batteries indépendamment puis de les brancher le soir venu, tu as sûrement déjà vu les belles étincelles quand on ponte une batterie auto sur une autre ... il y a réel danger de feu et explosion si l'une des deux batteries est moins chargée ou plu fragile que l'autre...
Par contre tu peux bien faire la fiesta toute la nuit avec l'œil ouvert et brancher une batterie à la place de l'autre une foi la première déchargée......

Tu n'as pas bien compris le test Vincent. L'idée est d'éliminer toute les variables afin de comparer uniquement les contrôleurs. Quelles sont les variables ?

A) Les contrôleurs, B) Les batteries, C) Les panneaux, et D) Les conditions d'ensoleillement.

A) Les réglages des contrôleurs sont ajustés afin que les deux ai le même voltage de charge (± 14.5V) et de Float (± 13.8V). C’est une course ! Nous voulons tester la vitesse à laquelle il recharge respectivement une batterie jusqu'au même voltage. Sinon le test est faussé...

B) Batteries : j'ai acheté deux batteries identiques, le même jour, du même manufacturier et qui ont les mêmes dates de fabrication. J'estime donc qu'elles ont été fait par la même batch d'alliage et qu'elles devraient avoir les mêmes propriétés électriques. Étant branché en parallèle, elles ont le même niveau d'usure. La variable de la batterie est donc éliminée. On peut assumer que les deux batteries auront le même comportement si elles reçoivent la même charge.

C) Pour les panneaux, il faut se rappeler que dès qu’ils sont exposé au soleil, il commence à se dégrader. J'utiliserais donc deux panneaux identiques fabriqués par le même manufacturier avec la même batch de cellules PV et des numéros de série qui se suive et qui ont été installés le même jour. J'ai ça, donc la variable panneau est éliminé.

D) Reste l'ensoleillement. J'avais pensé à ta solution de commuté les panneaux sur les contrôleurs, car plus simple en apparence... Mais je vois deux gros problèmes à cette approche. 1- l'illumination varié et 2- la différences des algorithmes de charge des deux contrôleurs.

1- Illumination : Le temps varie très rapidement ici. Même si on commute à chaque 5 minutes, les panneaux n’auront jamais la même illumination. En utilisant deux panneaux et deux contrôleurs et deux batteries, nous sommes certains que chaque panneau reçoit la même illumination en tout temps. Cette variable est donc éliminée.

2- Les algorithmes de charge sont différents d'un type de contrôleur à l'autre. En commutant les contrôleurs, on ne pourrait jamais savoir lequel des deux à fini de charger la batterie le premier. Nécessairement, la batterie finirait de se charger en même temps pour les deux, rendant caduque tout le test !

Voilà pour le test. Mes prédictions sont que les deux arrivent à la ligne d’arriver pas mal en même mais en prenant un chemin différent (l’algorithme de charge)…

En passant, je doute fortement qu’il y est bien du danger à brancher deux batteries de voltage différent lorsqu’on sais ce qu’on fait. Si ce n’était pas le cas, la moitié des voitures au Québec passerait au feu durant l’hiver…

Yves