MPPT signifie Maximum Power Point Tracking, c’est-à-dire suivi du point de puissance maximale. Cette méthode recherche en permanence le point de fonctionnement auquel le panneau solaire fournit sa puissance maximale selon l’irradiation et la température du moment, puis maintient le panneau à ce point. Dans un régulateur de charge, elle transforme l’excès de tension du panneau en courant de charge, ce qui procure un gain sensible par rapport aux appareils PWM. L’écart peut atteindre trente pour cent par basses températures et avec des chaînes de panneaux à haute tension.

Qu’est-ce que le MPPT ?

Le MPPT est une méthode de suivi électronique visant à maintenir au niveau le plus élevé possible la puissance produite par un panneau solaire. On le rencontre à deux endroits : dans le régulateur de charge des systèmes avec batteries et, dans les systèmes raccordés au réseau, dans les canaux d’entrée de l’ onduleur .

L’appareil contient un convertisseur DC-DC. Grâce à ce convertisseur, la tension de fonctionnement du panneau devient indépendante de la tension requise par la batterie. Tandis que le panneau continue à fonctionner à son point optimal, par exemple à 32 volts, l’appareil abaisse cette tension aux 14 volts nécessaires à la batterie. La puissance étant conservée, la baisse de tension se traduit par une augmentation du courant.

Prenons un exemple simple : un panneau produisant 32 volts et 9 ampères fournit environ 288 watts. L’appareil transfère cette puissance à la batterie sous environ 14 volts / 20 ampères. Le panneau reste à son point de fonctionnement optimal tandis que la batterie reçoit la tension dont elle a besoin. La seule perte correspond au faible rendement perdu pendant la conversion.

Qu’est-ce que le point de puissance maximale (MPP) et comment le trouver ?

Un panneau solaire n’est pas obligé de fonctionner à une tension unique ; il peut fonctionner à n’importe quel point entre zéro et sa tension en circuit ouvert. Toutefois, il ne délivre pas la même puissance à chaque point. Il existe un point unique où le produit de la tension par le courant est maximal : c’est le point de puissance maximale (MPP).

L’étiquette du panneau comporte les valeurs qui décrivent ce point :

Le point essentiel est que ces valeurs sont mesurées en laboratoire et ne restent pas constantes sur le terrain. Le MPP se déplace continuellement au cours de la journée. Lorsque l’irradiation diminue, le courant baisse ; lorsque la température des cellules augmente, la tension baisse. Le passage des nuages, les heures du matin et du soir, le froid hivernal et l’angle d’installation des panneaux font continuellement varier ce point. Le fait que les panneaux continuent à produire même par temps couvert, signifie que le MPP s’est déplacé vers un niveau de puissance beaucoup plus faible.

C’est pourquoi un appareil MPPT ne réalise pas une mesure unique. Il fait varier la tension d’entrée par petits pas, mesure la puissance obtenue et continue à se déplacer dans la direction où la puissance augmente. Lorsque la puissance commence à diminuer, il inverse le sens. Ce balayage étant répété plusieurs fois par seconde, l’appareil repère en quelques secondes le nouveau point de crête lorsque les conditions changent.

Comment fonctionne un régulateur de charge PWM ?

Les appareils PWM (Pulse Width Modulation, modulation de largeur d’impulsion) fonctionnent selon un principe beaucoup plus simple. Un interrupteur électronique se trouve entre le panneau et la batterie ; il s’ouvre et se ferme rapidement afin de réguler le courant envoyé à la batterie. À mesure que la batterie se charge, la durée des impulsions diminue et le courant de charge baisse.

Cependant, cette architecture ne comporte pas de convertisseur. Tant que l’interrupteur est fermé, le panneau et la batterie sont directement reliés et la tension du panneau est ramenée au niveau de celle de la batterie. Le panneau est donc contraint de fonctionner non pas à sa propre valeur Vmp, mais à la tension instantanée de la batterie.

En chiffres : un panneau conçu pour un système 12 volts présente généralement une Vmp d’environ 17 à 18 volts, tandis que la tension de charge de la batterie se situe entre 13 et 14 volts. Le régulateur PWM ramène la tension du panneau à 14 volts sans modifier le courant. Les quelque 4 volts d’écart sont perdus. Cela représente environ un quart de la puissance qui pourrait être récupérée du panneau.

Comparaison MPPT et PWM

Quel type choisir selon le système ?

Le choix repose sur deux éléments : la puissance du système et le rapport entre la tension du panneau et celle de la batterie.

Cas où le PWM est suffisant. Le PWM constitue une solution raisonnable lorsque la puissance totale des panneaux est inférieure à quelques centaines de watts, que le panneau est conçu pour correspondre directement à la tension de la batterie (par exemple un panneau de 36 cellules pour une batterie 12 V) et que l’installation se situe dans une région chaude. L’éclairage de caravanes, les systèmes de caméras, les applications de jardin et les petites installations nautiques entrent dans cette catégorie. À cette échelle, le gain apporté par le MPPT peut ne pas compenser l’écart de prix.

Cas où le MPPT est nécessaire. Le MPPT devient nécessaire lorsque la puissance des panneaux dépasse quelques centaines de watts, lorsque les panneaux sont montés en série pour produire une tension élevée, lorsque l’installation se trouve dans une région froide ou lorsque la distance entre les panneaux et la batterie est importante. systèmes d’irrigation solaire, applications agricoles, les stations de base et les habitations hors réseau appartiennent à cette catégorie.

Le facteur du froid est souvent négligé. La tension du panneau augmente à basse température ; les matins d’hiver, la valeur Vmp peut dépasser sensiblement la valeur nominale. Le MPPT transforme directement cette hausse en courant de charge, alors qu’elle est entièrement perdue avec un appareil PWM. L’écart entre les deux technologies est le plus important dans les régions froides et en altitude.

Le choix des batteries influence la durée de vie autant que celui du régulateur ; lors de la conception globale du système, nous recommandons d’évaluer les différents types de batteries solaires et la manière dont l’énergie est stockée ensemble.

Dimensionnement d’un régulateur de charge MPPT

Le dimensionnement repose sur deux limites : la tension d’entrée maximale que l’appareil peut accepter et le courant de sortie maximal qu’il peut fournir.

Calcul du courant de sortie. Le courant nominal nécessaire du régulateur s’obtient en divisant la puissance totale des panneaux par la tension du système de batteries :

Courant requis (A) = Puissance totale des panneaux (W) ÷ Tension du système de batteries (V)

Par exemple, avec 1 000 W de panneaux et un parc de batteries de 24 V, 1 000 ÷ 24 ≈ 42 ampères. En ajoutant une marge de sécurité, on choisit un appareil de 50 A. Avec la même puissance de panneaux sur un système 48 V, le besoin tombe à 21 A ; c’est pourquoi l’augmentation de la tension système peut réduire le coût du régulateur.

Contrôle de la tension d’entrée. Si cette étape est omise, l’appareil peut être endommagé de façon permanente. La tension totale en circuit ouvert (Voc) des panneaux montés en série doit rester inférieure à la tension d’entrée maximale du régulateur. Le calcul doit utiliser la Voc corrigée selon la température hivernale minimale de la région, et non la valeur nominale, car la tension augmente par temps froid. Une chaîne fonctionnant parfaitement en été peut endommager le régulateur un matin d’hiver précisément si cette correction n’a pas été effectuée.

Pour planifier le nombre de panneaux et la puissance totale, vous pouvez consulter notre article expliquant la quantité d’énergie produite par un panneau solaire ainsi que notre outil de calcul de l’énergie solaire .