Panneau photovoltaïque: alimenter un appareil quand la batterie de stockage est pleine

[jcop]

Bonjour,
Je possède un panneau solaire (de 100W crête) relié à une batterie 12V pour le stockage de l'énergie, et je souhaite alimenter un appareil électrique lorsqu'il y a surproduction d'électricité (en gros lorsque le panneau produit mais que la batterie est pleine).

Lorsque la tension est supérieure ou égale à un seuil haut (13.8V environ), je souhaite alimenter l'appareil => L'appareil consomme, la tension va finir par baisser
Lorsuqe la tension de la batterie atteint un seuil bas (12.6V environ), je souhaite couper l'alimentation => la tension va finir par remonter
Lorsque la tension atteint à nouveau le seuil haut, j'alimente à nouveau l'appareil
Et ainsi de suite...

Mon idée est d'utiliser un circuit comportant un relais qui est ouvert ou fermé selon que :
Si la tension est inférieure à SEUIL1 (12.6V environ), alors relais OUVERT (on n'alimente plus l'appareil)
Si la tension est supérieure à SEUIL2 (13.8V environ), alors relais FERME
(autrement quand SEUIL1 < tension < SEUIL2, le relais peut alors être ouvert ou fermé)

Ma question : existe-t'il déjà un tel circuit ?

Sinon avez-vous une idée de comment faire ?
-----

[Antoane]

Bonjour,

Quel appareil souhaiterais tu alimenter ?
De manière à limiter le cyclage de la batterie, il serait préférable, si possible, de n'alimenter ce système qu'avec la puissance fournie par le panneau solaire (i.e. sans contribution de la batterie).

[jcop]

Oui c'est sûr !
Mais la batterie sert de régulateur de tension et la puissance fournie avec uniquement le panneau solaire est trop aléatoire (un nuage passe et fait de l'ombre, et la puissance chute).
De plus c'est une batterie récupérée, mais qui marche encore un peu.
Sinon c'est pour alimenter soit :
- un petit frigo 12V
- un petit générateur PEM d'hydrogène

Mais si vous avez d'autres idées d'appareils à alimenter, je suis preneur !
Car je trouve dommage de ne pas utiliser ce surplus d'énergie.

[f6bes]

Bjr à toi,
En général on appele cela une "alimentation en tampon".
La batterie est constamment sous charge et est connectée au "consommateur".
Bonne journée

[A voir en vidéo sur Futura]

[vincent66]

Bonjour...

Un comparateur à fenêtre réalisé avec deux lp311 devrait permettre d'alimenter la charge selon les tensions de seuil spécifiées...

Belle journée...!

[jcop]

Ok ! J'ai déjà une piste avec les lp311.

Sinon n'étant pas du tout électronicien mais ayant quelques bases avec les µcontrôleurs de la série PIC, j'avais pensé à en utiliser un ayant entrée analogique pour la mesure de la tension.

En gros toutes les secondes je mesure la tension V et je lance la routine :
Si V < VMIN ALORS
OUT = 0
ETAT = 0
SINON SI V >= VMAX ALORS
OUT = 1
ETAT = 1
SINON
OUT = ETAT
FIN SI

[Antoane]

Bonjour,

Chacun voit midi à sa porte, mais utiliser un double comparateur me semble plus simple que de sortir un µC
Je pense que vincent66 voulait parler du LM311 et non du LP311. Le LM293 est un autre composant très courant, intégrant quant à lui deux comparateurs.

Sinon c'est pour alimenter soit :
- un petit frigo 12V

Son contenu est donc laissé à se réchauffer lorsque la batterie n'est pas pleine ?

- un petit générateur PEM d'hydrogène

Je ne connais pas ces appareils.
La question des nuages n'est pas nécessairement un problème : sur un électrolyseur, par exemple, il serait possible de sous-alimenter le dispositif lorsque le soleil est faible. La production est alors réduite, mais on ne décharge pas la batterie.
Idem avec, par exemple, un chauffe-eau.

[jcop]

Ok merci pour les infos, je vais voir pour le LM311. Il faut aussi que je comprenne comment l'utiliser…
Le µC, c'est la solution de facilité. En plus le coût est très faible !

Sinon oui le contenu est amené à se réchauffer lorsque la batterie n'est pas pleine, mais ce n'est pas bien grave, je ne compte pas y stocker de denrées périssables.
Alimenter l'électrolyseur directement à partir du panneau solaire peut être envisageable, mais en plein soleil, j'ai un peu peur des surtensions...

[jcop]

Bon après avoir un peu regardé, le LM311 semble tout à fait répondre à mon besoin !
Je vais en commander un sous peu.

[Antoane]

Pense aux autres composants nécessaires au montage :
- référence de tension ;
- relais ;
- éventuellement transistor ;
- collection de résistances ;
- condensateurs.

Pour faire deux seuils avec un comparateur, il faut, au choix :
- un deuxième comparateur ;
- ne pas être trop regardant sur la valeur des seuil ;
- complexifier assez fortement le schéma.

Le régulateur de charge utilisé n'a pas de sortie annexe délivrant par exemple un signal comme quoi la batterie est pleine ou en charge ?

[jcop]

Ah oui pas si simple que ça en fait...

Sinon concernant ma petite installation photovoltaïque, en fait je n'ai pas mis de régulateur de charge : la batterie est reliée directement au panneau solaire…
Je sais que c'est moyen mais c'est une batterie de camionnette/grosse voiture trouvée, qui marche encore un peu.

L'inconvénient du régulateur de charge est qu'il coupe la charge lorsque la batterie est pleine (normal), mais du coup il n'y a plus de production d'énergie, le panneau solaire est en circuit ouvert.

[IC-CD0000]

Je possède un panneau solaire (de 100W crête) relié à une batterie 12V pour le stockage de l'énergie, ....

Sinon concernant ma petite installation photovoltaïque, en fait je n'ai pas mis de régulateur de charge : la batterie est reliée directement au panneau solaire…
Je sais que c'est moyen mais c'est une batterie de camionnette/grosse voiture trouvée, qui marche encore un peu.

Bonjour,

Peux-tu expliciter plus en détail comment tu as branché le panneau solaire à l'accumulateur et indiquer s'il y a une régulation ou même une simple diode à la sortie du panneau (ou incorporé) ?
C'est pour pas me méprendre... A+

[jcop]

J'ai simplement branché le + du panneau au + de la batterie, et le - du panneau au - de la batterie.
Le panneau est déjà équipé d'une diode qui relie le + et le -.

Le point négatif est qu'en plein soleil et batterie pleine, forcément il y a surcharge, la tension monte à environ 16V.

Mais la batterie encaisse bien.

[IC-CD0000]

J'ai simplement branché le + du panneau au + de la batterie, et le - du panneau au - de la batterie.
Le panneau est déjà équipé d'une diode qui relie le + et le -

Donc, sans diode anti-retour, lorsque la tension du panneau est inférieur à celle de l'accumulateur (soit la plupart du temps : nuit, ombre, pénombre, éventuellement nuageux), celui-ci débite du courant dans le panneau qui le disperse en chaleur

Le point négatif est qu'en plein soleil et batterie pleine, forcément il y a surcharge, la tension monte à environ 16V. Mais la batterie encaisse bien.

Eh ben ça c'est vraiment faux ! Si on applique une surtension à un accumulateur, c'est le meilleur moyen de fusiller sa durée de vie et de mettre à bas sa capacité

Un panneau photovoltaïque est un générateur de tension (qui délivre peu de courant) dont la tension est variable selon l'exposition. Un accumulateur a besoin en entrée d'une tension fixe et stable. Une régulation de tension est donc nécessaire, le MPPT exploite au mieux le maximum de potentiel du panneau photovoltaïque.

Alors, mon sentiment est qu'avant d'essayer d'exploiter des peanuts d'énergie présumé non utilisé, il faudrait voir pour réduire les pertes énormes d'énergie qu'a ton montage mal foutu ! Ceci en mettant un régulateur MPPT et en ménageant l'accumulateur (s'il n'est pas déjà quasi foutu, peut-être à changer), pour exploiter le maximum d'énergie que tu peux tirer d'un panneau d'une puissance de 100W !

Bonne suite

[jcop]

En tout cas mon montage "mal foutu" a bien marché pendant 3 ans, avec que des batteries de voiture trouvées dans la rue. J'ai dû tout démonter suite à un déménagement, et là j'ai ressorti le panneau il y a quelques jours.
Il a servi à recharger les batteries de mon vélo électrique que j'utilisais quotidiennement. Il n'y a qu'en hiver où je devais parfois completer la charge par une charge au réseau 220V.

C'est faux de dire que l'accumulateur a besoin en entrée d'une tension fixe et stable. Sinon comment il va se charger ???
C'est la batterie qui, d'elle-même, régule la tension. Exemple concret : plein soleil, la tension à vide du panneau est de 20V environ. Si je le branche à une batterie de voiture en bon état de 12.4V à vide, la tension sera de 12.5V environ (et non de 20V). Si je le branche à une batterie de voiture en mauvais état de 12.4V (par exemple), la tension sera de > 12.5V (car résistance interne plus élevée). Si je le branche à une toute petite batterie, là la batterie va morfler car courant de charge trop élevé.
Le gros intérêt d'un régulateur de charge, ce n'est pas de réguler la tension, mais de couper la charge quand batterie pleine, et stopper la décharge quand batterie vide. Et aussi sophistiqué soit-il, il ne pourra rien faire lorsqu'il y a plein soleil et que la batterie est pleine. C'est dans ce cas là qu'il y a vraiment de grosses pertes, d'où mon idée !

Edit : c'est surtout les décharges profondent qui flinguent la capacité d'un accu ! Les surcharges d'accus fatigues peuvent même parfois leur redonner un peu de vigueur (je l'ai constaté). Mais c'est sûr que des surcharges régulières, ce n'est pas bon, mais pas catastrophique du tout.

[f6exb]

C'est marrant, il y a toujours des personnes venant demander des conseils et qui expliquent comment faire lorsque quelqu'un leur répond.

[f6exb]

À quoi peut donc bien servir la sortie "Load" d'un MPPT alors ?

[Antoane]

Bonjour,

On modélise généralement un panneau solaire par une source de courant dont l'amplitude est fonction de l'éclairement ; la tension en circuit ouvert est quant à elle fonction de la température. cf. Fig 9. https://www.researchgate.net/profile...v8ihMIQ&_iepl=
Cela se déduit de la structure du composant : une photodiode, i.e. une diode au sein de laquelle un courant est généré (une paire électron-trou par photon d'énergie suffisante - au rendement quantique près).
Pour peu que le courant de court-circuit du panneau soit suffisamment faible (et c'est a priori le cas, sauf si le montage est mal dimensionné), il est acceptable de connecter directement un panneau solaire sur une batterie plomb - à condition d'ajouter quelques circuits :
- limitation de la tension de charge ;
- interdiction des décharge profonde ;
- protection contre les courts-circuits ;
- protection en température ;
- etc.

Le premier est indispensable (en particulier pour éviter la décomposition de l'électrolyte dans, au moins, certaines technologies d'accus).
La seconde évite le vieillissement prématuré (c'est un euphémisme) de la batterie.
La 3e se fait aisément avec un fusible.

Le MPPT a pour unique rôle d'optimiser l'utilisation du panneau pour maximiser le rendement de l’installation. Il n'a, en lui-même, aucun rôle sécuritaire. Les "régulateurs MPPT" commercialisés intègre un MPPT et un circuit assurant tout un ensemble de fonctions, telles listées ci-dessus.

Pour une batterie au plomb, la protection contre les sur-charges se fait relativement aisément en connectant un limiteur de tension en parallèle de la batterie, par exemple une (grosse) zener. Ce montage est sans pertes tant que la batterie n'est pas chargée, et ne dissipe ensuite qu'une énergie qui ne pourrait de toutes façon pas être utilisée.
Il est aussi possible d'ajouter un interrupteur en série fonctionnant en mode passant/saturé pour ne pas avoir à gérer la dissipation de puissance (et la laisser au panneau solaire).

[Antoane]

Bonjour,

Le montage en PJ pourrait répondre au cahier des charges.

- PV & D1 modélisent le panneau et sa diode incorporée ;
- Rs, Q1, Q2, R4, R3, U1, R1-R3 constituent une zener de puissance empêchant la sur-charge de la batterie.

*La tension de charge (qui n'est ici pas fonction de la température - c'est mal) vaut : 2.945*(R1+R2+R3)/R3.
* Rs permet de limiter la dissipation thermique dans le transistor Q1, qui doit lui-même être bien refroidi.

- R1, R2, R3, R8, U2, C1, U3 constituent un circuit comparateur permettant l'alimentation de la charge LOAD lorsque la tension fournie par la batterie est supérieure à 2.945*(R1+R2+R3)/(R3+R2).
- Il faudrait ajouter un peu de découplage sur U3, e.g. un condensateur de 100nF entre ses broches d'alimentation.

L'ordre de grandeur pour R3 pourrait être de 10 à 22 kOhm.

[jcop]

Je ne m'attendais pas à autant de réponses intéressantes, c'est cool ! U peu compliquées cependant…

Mais je vous assure, mon setup fonctionne bien, malgré sa simplicité. Les nombreuses mesures de tension et intensité (j'y ai branché un watt-mètre), riches en enseignement, m'ont conforté dans mon choix.

Pourtant j'ai bien un régulateur de charge, mais je ne l'ai volontairement pas installé, car j'ai la crainte suivante : lorsque le régulateur stoppe la charge, le panneau est en circuit ouvert. Or en plein soleil, par temps chaud, cela ne risque t'il pas de faire surchauffer les cellules ?
j'ai voulu privilégier la durée de vie du panneau (qui m'avait coûté assez cher, environ 150€ avec le régulateur) en le faisant débiter coûte que coûte, à celles des batteries, toutes trouvées dans la rue (coût nul), quitte à les surcharger.
Sinon pour info, le panneau est composé de 45 cellules montées en série (9 colonnes sur 5 lignes), de 0.5V 8A chacune.

[gienas]

Bonjour jcop et tout le groupe

... Or en plein soleil, par temps chaud, cela ne risque t'il pas de faire surchauffer les cellules? ...

Je pense que c'est un faux problème.

Les cellules sont des générateurs de courant mais limités en tension si le courant n'est pas débité.

D'ailleurs, si le débit à lieu (donc avec une charge), la température devrait monter encore, puisque à l'échauffement solaire, s'ajoute la dissipation par effet Joule dû à la résistance interne des panneaux.

[Antoane]

Bonjour,

lorsque le régulateur stoppe la charge, le panneau est en circuit ouvert. Or en plein soleil, par temps chaud, cela ne risque t'il pas de faire surchauffer les cellules ?

J'ai déjà entendu cet argument mais n'en connait pas la pertinence.
Il est vrai que faire fonctionner un panneau solaire hors de son MPPT le fait chauffer davantage :
- lorsque le panneau ne délivre pas d'énergie électrique, toute la puissance fournie par le soleil est dissipée au sein du panneau ;
- dans le cas contraire l'énergie électrique délivrée au système constitue autant de puissance n'étant pas dissipée au sein du panneau. Dans ce cas, la puissance servant à chauffer le panneau est diminuée de 10 à 20 %.
(la puissance réfléchie étant indépendante des conditions d'utilisation électriques, elle n'entre pas en jeu ici).

En revanche, je ne sais pas à quel point cet échauffement additionnel (de l'ordre de 10 à 20 % au maximum, soit, à la louche, quelques °C), entraine un vieillissement prématuré du panneau. On modélise généralement ça par une loi d'Arrhenius avec une énergie d'activation telle que le taux de défaillance double tous les 10 K.
Il doit exister une littérature pléthorique sur le sujet, voir e.g. sur HAL ou researchgate.

en le faisant débiter coûte que coûte, à celles des batteries, toutes trouvées dans la rue (coût nul), quitte à les surcharger.

Une limitation de tension fixée à ~14 ou 15 V ne coute pas cher et protègerait un minimum l'ensemble.

[jcop]

Tout cela me motive à réaliser mon circuit à base de relais, qui alimentera un appareil lorsque les batteries seront full et le panneau innondé de soleil !
Ainsi l'énergie necessaire à l'alimentation de l'appareil, fera que la tension ne dépassera jamais les 14-15V
Je compte bien vous montrer ça lorsque ce sera terminé, video à l'appui !

[Antoane]

Tout cela me motive à réaliser mon circuit à base de relais, qui alimentera un appareil lorsque les batteries seront full et le panneau innondé de soleil !
Ainsi l'énergie necessaire à l'alimentation de l'appareil, fera que la tension ne dépassera jamais les 14-15V
Je compte bien vous montrer ça lorsque ce sera terminé, video à l'appui !

la partie de droite du schéma en post#19 fait le travail, il suffit de retirer Q1, Q2, U1, Rs, R3, R4 et de regrouper R2 et R3 en une unique résistance. La résistance LOAD sera alors alimentée lorsque la tension dépassera Vref*(R1+R2+R3)/(R2+R3), avec Vref=2.5 V.

[jcop]

Ok merci pour l'info, je vais partir là-dessus !

[jcop]

Mais j'y pense : lorsque la tension passe sous un seuil BAS, la résistance LOAD passera t'elle d'alimentée à non alimentée ?

[Antoane]

J'ai oublié de mettre de l'hystérésis dans le circuit...
C'est effectivement pas futé : la sortie a de bonnes chances d'osciller lorsque la tension atteindra la tension seuil.

Il faut donc remplacer le montage du comparateur par un comparateur à hystérésis. Rien de bien compliqué : il faut ajouter une résistance entre la cathode de U2 et l'entrée non-inverseuse du comparateur (e.g. 10kOhm) et une entre la sortie et cette entrée (e.g. 220 kOhm).

[jcop]

Ok c'est cool, je vais partir là-dessus !
Je me fixe comme objectif que le circuit soit fait et opérationnel d'ici la fin de l'année.

[mag1]

Ok c'est cool, je vais partir là-dessus !
Je me fixe comme objectif que le circuit soit fait et opérationnel d'ici la fin de l'année.

Bonjour,

J'ai sans doute rien compris, pourquoi pas un régulateur MPPT, tout fait, qui ne coûte pas grand chose:
https://www.ebay.fr/itm/100A-MPPT-40...FyOHQhFbenZIqw

MM

[invite5637435c]

Je ne pense pas que ce prix corresponde à un produit réel.
Même tombé d'un camion.... chinois ou autres.
Faudrait un peu arrêter de faire de la pub ici pour ces escroqueries.