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Contrôleurs de charge PWM ou MPPT : Quelle est la différence ? – Le héros de l’empreinte

Dans ce guide, je vais détailler les différences entre les régulateurs de charge PWM et MPPT.

Et je ne parlerai pas seulement de prix et d’efficacité. Je vais aller en profondeur pour vous aider à comprendre quand vous devez choisir un PWM ou un MPPT.

Je vous montrerai également les résultats d’un test PWM vs MPPT que j’ai réalisé dans le monde réel.

Commençons.

Tableau de comparaison entre PWM et MPPT

PWM MPPT
Pour – Bon marché (mais peut entraîner une augmentation des coûts de câblage et d’équipement
) – Tout ce dont vous avez besoin pour certains petits systèmes d’énergie solaire
.
– Efficacité (~95% d’efficacité de conversion
) – Limites de courant et de tension PV plus élevées –
Plus de fonctionnalités (ex. Bluetooth, profils de charge personnalisés
) – Généralement meilleure qualité de fabrication


.
Inconvénients – Moins efficace (~75% de rendement de conversion
)- Limites de courant et de tension PV plus faibles-
Habituellement moins de fonctionnalités que les régulateurs de charge MPPT-
Habituellement moins bonne qualité de fabrication


.
– Coûteux –
Surdimensionné pour certains petits systèmes d’énergie solaire
.
Le meilleur pour – Petits systèmes d’énergie solaire (300-400W ou moins
)- Lorsque la tension PV est proche de la tension de la batterie
.
– Systèmes de production d’énergie solaire plus importants (>400W
)- Lorsque l’espace de montage est limité-
Lorsque l’efficacité de la conversion est une priorité absolue-
Lorsque les panneaux solaires sont connectés en série


.
Mes préférés – Renogy Wanderer 30A-
Renogy Wanderer 10A-
Morningstar SunSaver

– Victron SmartSolar MPPT 100/30-
Renogy Rover 40A-
EPEver Tracer 4215BN

Revue complète Meilleurs contrôleurs de charge PWM Les meilleurs contrôleurs de charge MPPT

4 différences principales

  1. Les contrôleurs de charge MPPT sont plus efficaces que les contrôleurs de charge PWM. En règle générale, les rendements de conversion sont d’environ 75% pour les PWM et 95% pour les MPPT.
  2. Les régulateurs de charge PWM sont moins chers que les régulateurs de charge MPPT. De nombreux régulateurs PWM courants se vendent entre 20 et 50 dollars, tandis que les régulateurs MPPT commencent à environ 100 dollars.
  3. Lorsque vous connectez plusieurs panneaux solaires ensemble, les régulateurs de charge PWM nécessitent généralement que vous les câbliez en parallèle. La plupart des régulateurs de charge MPPT ont des limites de tension PV suffisamment élevées pour que vous puissiez les câbler en série. Le câblage en parallèle augmente le courant (ampérage), ce qui peut nécessiter des fils plus épais et des équipements avec des courants nominaux plus élevés.
  4. Les régulateurs de charge PWM sont souvent mieux adaptés aux petits panneaux solaires de 300-400 watts ou moins. Les régulateurs de charge MPPT sont souvent mieux adaptés aux grandes installations solaires de 400 watts ou plus. Les régulateurs MPPT sont d’autant plus utiles que la taille du panneau solaire est importante.

PWM ou MPPT : comment choisir ?

Voici les principales considérations à prendre en compte lors du choix d’un régulateur de charge PWM ou MPPT.

Efficacité de la conversion

En règle générale, lesrégulateurs de charge PWM ont un rendement de conversion de 75 %. Si vous n’avez pas besoin d’extraire tous les watts possibles de vos panneaux solaires, un PWM est probablement tout ce dont vous avez besoin.

Lesrégulateurs de charge MPPT ont un rendement de conversion de 95%. Lorsque le rendement de conversion est une priorité absolue, un MPPT est souvent la meilleure option.

Remarque : comme vous le verrez dans les résultats de mon test en conditions réelles, ces rendements de conversion ne sont pas toujours valables. Mais elles sont utiles pour donner une idée de l’efficacité moyenne attendue dans un certain nombre de scénarios différents.

Prix

Lesrégulateurs de charge PWM sont bon marché. Vous pouvez trouver de nombreux régulateurs PWM bon marché en ligne pour 15 à 25 $, mais la prudence est de mise lors de l’achat de l’un d’entre eux. Les régulateurs de qualité supérieure coûtent environ 40-50 $.

Cependant, le prix d’un régulateur de charge PWM peut être trompeur, car, selon la façon dont vous construisez votre système, son utilisation peut entraîner des coûts plus importants en aval. Par exemple, si vous souhaitez utiliser plusieurs panneaux solaires avec un PWM, vous devrez probablement les câbler en parallèle, ce qui peut entraîner une augmentation des coûts de câblage et d’équipement.

Lesrégulateurs de charge MPPT sont chers. Il est difficile d’en trouver un à moins de 100 $. De nombreuses options populaires se situent dans la fourchette de prix 150-200 $.

Attention : Certains vendeurs en ligne malhonnêtes étiquettent intentionnellement leurs régulateurs de charge PWM comme des régulateurs de charge MPPT. Si vous trouvez un régulateur de charge MPPT à un prix qui est trop beau pour être vrai, c’est probablement le cas.

Taille du panneau solaire

Lorsque j’ai alimenté en énergie solaire quelques lampes pour la remise de mon père, je n’avais besoin que d’un panneau solaire de 20 watts. Comme ce système était si petit, j’ai simplement utilisé un régulateur PWM bon marché.

Lesrégulateurs de charge PWM ont souvent un faible courant et une tension PV nominale, ce qui les rend plus adaptés aux panneaux solaires d’environ 300-400 watts ou moins. Par exemple, il est courant de voir des régulateurs de charge PWM avec des tensions PV maximales de 25-50 volts (généralement 1-2 panneaux solaires de 100W 12V câblés en série), et des courants nominaux de 10-30 ampères (généralement 2-4 panneaux solaires de 100W 12V câblés en parallèle).

Lesrégulateurs de charge MPPT sont souvent adaptés à des panneaux solaires plus grands, par exemple de 500 à 1000 watts. En effet, ils ont tendance à avoir un courant et une tension PV plus élevés, comme 30-40 ampères et 100-150 volts.

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Conseil : utilisez notre calculateur de tension maximale en circuit ouvert pour trouver la tension maximale de votre panneau solaire. Choisissez un contrôleur de charge dont la limite de tension PV est supérieure à ce chiffre.

Tension PV par rapport à la tension de la batterie

Lesrégulateurs de charge PWM fonctionnent mieux lorsque la tension PV entrante (c’est-à-dire la tension du panneau solaire) est proche de la tension de la batterie. La configuration idéale avec de nombreux PWM est un panneau solaire de 12V et une batterie de 12V. Plus la différence entre la tension PV et la tension de la batterie est grande, moins un régulateur de charge PWM sera efficace.

Lesrégulateurs de charge MPPT fonctionnent bien quelle que soit la différence entre la tension PV et la tension de la batterie. Par exemple, avec un MPPT, vous pouvez charger efficacement une batterie de 12V avec un panneau solaire de 36V.

Remarque : pour les deux types de régulateurs de charge, la tension PV doit être supérieure à la tension de la batterie pour que celle-ci puisse se charger. La seule exception est si vous utilisez un régulateur de charge MPPT boost, qui est capable d’augmenter la tension PV entrante pour qu’elle corresponde à la tension de la batterie. Il n’existe pas de régulateur de charge PWM boost.

Où vous vivez

Lesrégulateurs de charge PWM ont à peu près les mêmes performances que les MPPT dans les climats subtropicaux et tropicaux, à moins que vous n’ayez beaucoup de panneaux connectés en série.

Lesrégulateurs de charge MPPT sont plus performants dans les climats froids et tempérés.

Connexions en série ou en parallèle

Deux panneaux solaires de 100 watts câblés en série.

Les régulateurs de charge PWM : Lorsque vous connectez plusieurs panneaux solaires à un PWM, vous devrez généralement les connecter en parallèle. Cela est dû au fait que de nombreux PWM ont des limites de tension PV basses (par exemple 25V ou 50V), ce qui est suffisant pour seulement un ou deux panneaux solaires de 12V en série.

Régulateurs de charge MPPT : Les MPPT ont presque toujours des limites de tension PV plus élevées que les PWM, ce qui vous permet de câbler plus de panneaux en série. Par exemple, une limite de tension PV courante pour les MPPT est de 100 volts. De nombreux panneaux solaires populaires de 12V 100W ont une tension en circuit ouvert (Voc) d’environ 22V, vous pouvez donc en connecter jusqu’à 4 en série sans dépasser cette limite. Le câblage en série permet de maintenir un courant faible, ce qui vous permet d’économiser sur les coûts de câblage et d’équipement.

Remarque : le câblage en série n’est cependant pas toujours la meilleure option. Par exemple, le câblage en parallèle est avantageux lorsque les panneaux passent beaucoup de temps dans des conditions de lumière mixtes. Pour un tutoriel complet et une analyse du câblage en série et en parallèle, consultez mon guide sur le câblage des panneaux solaires en série et en parallèle.

Espace de montage

Lorsque j’ai construit une bicyclette électrique alimentée par l’énergie solaire, je disposais d’un espace de montage limité et j’avais besoin que mon panneau solaire recueille chaque watt d’énergie solaire possible. Pour cette raison, un régulateur MPPT était le choix naturel pour ce projet.

Lesrégulateurs de charge PWM sont mieux adaptés lorsque vous disposez d’un toit ou d’un espace de montage important.

Lesrégulateurs de charge MPPT sont plus adaptés lorsque l’espace sur le toit ou le montage est limité. Comme ils sont plus efficaces, ils extraient le maximum d’énergie solaire d’un espace limité.

Type de batterie

Contrôleurs de charge PWM : De nombreux PWM sont uniquement compatibles avec les batteries au plomb (scellées, gélifiées, inondées, AGM).

Si un PWM est compatible avec les batteries au lithium (LiFePO4), il a tendance à ne pas les traiter aussi bien qu’un MPPT. Pourquoi ? Parce qu’il peut ne pas offrir la possibilité de connecter un capteur de température ou un moniteur de tension de batterie (BVM) pour une meilleure compensation de la température et des lectures de tension. D’autres n’ont pas de profils de charge personnalisés, au cas où vous voudriez personnaliser les tensions d’appoint, d’entretien et d’absorption de votre batterie. Et j’ai constaté dans mes tests que les PWM ont souvent des lectures de tension de batterie moins précises, ce qui signifie qu’ils peuvent chroniquement surcharger ou surdécharger votre batterie, réduisant ainsi sa durée de vie.

Contrôleurs de charge MPPT : La plupart des MPPT que j’ai utilisés fonctionnent avec les batteries au plomb et au lithium (LiFePO4), ou offrent au moins la possibilité de créer des profils de charge personnalisés.

Les MPPT ont généralement l’option de connecter un capteur de température et un moniteur de tension de batterie. J’ai également constaté que leurs lectures de tension de batterie sont plus précises. Si vous utilisez des batteries coûteuses et que vous voulez qu’elles durent le plus longtemps possible, je vous recommande un MPPT.

Distance entre le contrôleur de charge et la batterie

Contrôleurs de charge PWM : Si votre régulateur de charge PWM vous oblige à câbler les panneaux solaires en parallèle et à augmenter le calibre des câbles en conséquence, des longueurs de câbles plus importantes peuvent augmenter considérablement les coûts de câblage.

Contrôleurs de charge MPPT : Les régulateurs MPPT vous permettent de câbler plus de panneaux solaires en série, ce qui maintient le courant PV à un niveau bas et vous permet d’utiliser des fils de plus petit calibre.

Résultats des tests PWM vs MPPT

Ma configuration de test pour mon test PWM vs MPPT

La règle générale des rendements de conversion pour les régulateurs de charge PWM et MPPT sont des moyennes. Ils essaient de capturer les rendements de conversion moyens à travers les plages de température, les conditions météorologiques, les tensions des panneaux solaires et autres conditions.

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En d’autres termes, il est rare que les taux d’efficacité de 75 % et 95 % s’appliquent à votre situation particulière.

Pour illustrer cela, j’ai connecté un régulateur de charge PWM et MPPT à un panneau solaire de 100W 12V et à une batterie LiFePO4 de 12V 100Ah. Puis j’ai placé les panneaux solaires à l’extérieur et j’ai surveillé la sortie de chaque contrôleur de charge au cours d’une journée avec un wattmètre.

J’ai ensuite placé les panneaux solaires à l’extérieur et surveillé la sortie de chaque contrôleur de charge avec un wattmètre. J’ai enregistré les sorties à différents moments au cours d’une journée. Voici un instantané des sorties à 14 heures.

Voici mes résultats :

PWM MPPT
Sortie à 9 heures du matin – pleine ombre 2.1 W 1.4 W
Sortie 11 h – plein soleil 65.8 W 73.4 W
Sortie à 12h – plein soleil 70.8 W 75.9 W
Sortie 1PM – plein soleil 72.0 W 73.9 W
Sortie 2PM – plein soleil 67.7 W 69.1 W
Sortie 3PM – mi-ombre 4.3 W 4.6 W
Sortie 4PM – pleine ombre 3.4 W 2.9 W
Courant de pointe 5.41 A 5.85 A
Puissance de crête 72.3 W 76.2 W
Puissance totale 284.4 Wh 292,2 Wh

Remarque : Cet essai a été réalisé par une journée ensoleillée de la mi-avril en Alabama.

Constatations

  • Le contrôleur de charge PWM a produit un total de 284,4 wattheures, tandis que le contrôleur de charge MPPT a produit un total de 292,2 wattheures. C’est une différence de seulement 7,8 watts-heures. Si nous supposons que le MPPT a fonctionné avec une efficacité de conversion de 95 %, alors chaque panneau solaire a généré environ 307,5 watts-heures (292,2 ÷ 95 % = 307,5). Cela signifie que le PWM a fonctionné avec une efficacité de conversion de 92,5 % (284,4 ÷ 307,5 = 92,5 %).
  • En pleine ombre, le PWM a en fait légèrement dépassé le MPPT.
  • La sortie du MPPT semble être plus affectée par la chaleur que celle du PWM. Cela n’apparaît pas vraiment dans les chiffres, mais lorsque j’ai observé la sortie de chaque contrôleur de charge au cours de la journée, celle du MPPT a semblé diminuer lentement au fur et à mesure que la journée (et les panneaux) se réchauffait. Cela correspond à la conclusion selon laquelle, dans les climats plus chauds, les MPPT ont des performances similaires à celles des PWM.

Qu’est-ce qu’un régulateur de charge PWM ?

Quelques modèles populaires de régulateurs de charge PWM.

Les régulateurs de charge solaire PWM utilisent une méthode appelée modulation de largeur d’impulsion (PWM) pour réduire la tension du panneau solaire au niveau adéquat pour charger la batterie en toute sécurité.

La modulation de largeur d’impulsion revient à allumer et éteindre un interrupteur à un rythme extrêmement rapide. En ajustant (ou « modulant ») la durée d’activation et de désactivation de l’interrupteur, vous pouvez essentiellement ajuster la sortie du panneau solaire.

Vous pouvez réellement voir la modulation de largeur d’impulsion en action en utilisant des lampes. Pour l’illustrer, j’ai installé deux DEL et je les ai programmées pour qu’elles s’allument et s’éteignent très rapidement. La LED de gauche a été programmée pour s’allumer pendant 5 millisecondes et s’éteindre pendant 10 millisecondes. La LED de droite est programmée pour s’allumer pendant 15 millisecondes et s’éteindre pendant 5 millisecondes.

Pour l’œil humain, les deux lumières semblent être constamment allumées. Cependant, comme vous pouvez le voir sur la photo, la lumière de gauche est beaucoup plus faible que celle de droite.

C’est la modulation de largeur d’impulsion en action. En réglant la durée d’activation et de désactivation d’un interrupteur, vous pouvez modifier le rendement moyen. Dans ce cas, plus la lumière est éteinte longtemps, plus elle est faible.

Considérons maintenant la PWM dans le contexte des panneaux solaires. La puissance d’un panneau solaire change constamment en fonction de l’ensoleillement. La tension et le courant doivent donc être régulés pour charger la batterie en toute sécurité. Par exemple, si la tension du panneau solaire est trop élevée, la batterie peut être endommagée.

Ainsi, les régulateurs de charge PWM allument et éteignent les panneaux solaires très rapidement pour réguler leur sortie.

Cela nous aide à comprendre pourquoi il est important que votre batterie et votre panneau solaire aient des tensions similaires lorsque vous utilisez un régulateur de charge PWM. Si la tension du panneau solaire est beaucoup plus élevée que celle de la batterie, les panneaux solaires passeront beaucoup plus de temps  » hors tension « , ce qui réduira considérablement la quantité d’énergie qu’ils peuvent produire.

Les meilleurs régulateurs de charge PWM

Les régulateurs de charge PWM que j’ai testés.

Après avoir testé certains des meilleurs régulateurs de charge PWM du marché, voici mes recommandations :

  • Meilleur choix : Renogy Wanderer 30A
  • Choix économique : Renogy Wanderer 10A
  • Mention honorable : Morningstar SunSaver

Qu’est-ce qu’un contrôleur de charge MPPT ?

Quelques modèles populaires de régulateurs de charge MPPT.

Les régulateurs de charge solaire MPPT utilisent une méthode appelée suivi du point de puissance maximale (MPPT) pour récolter la puissance maximale du panneau solaire. Ils utilisent une technologie plus sophistiquée et sont donc plus chers.

Essentiellement, ils  » suivent  » en permanence le point de la courbe IV où la puissance du panneau solaire est la plus élevée. Ce point de puissance maximale est, sans surprise, appelé le point de puissance maximale.

Une fois qu’un MPPT a trouvé le point de puissance maximale, il recueille toute l’énergie solaire et abaisse la tension pour qu’elle corresponde à celle de votre banc de batteries, tout en augmentant le courant pour compenser la baisse de tension. Le résultat est une perte de conversion minimale.

Les meilleurs contrôleurs de charge MPPT

Les contrôleurs de charge MPPT que j’ai testés.

Après avoir testé certains des meilleurs contrôleurs de charge MPPT du marché, voici mes recommandations :

  • Meilleur choix : Victron SmartSolar MPPT 100/30
  • Choix économique : Renogy Rover 40A
  • Mention honorable : EPEver Tracer 4215BN

La ligne du bas

Les principales différences entre les régulateurs de charge PWM et MPPT sont le coût et l’efficacité de la conversion. Les régulateurs de charge PWM sont bon marché et inefficaces, tandis que les régulateurs de charge MPPT sont efficaces mais coûteux. En règle générale, les rendements de conversion sont de 75 % pour le PWM et de 95 % pour le MPPT.

En réalité, cependant, ces efficacités de conversion ne seront probablement pas valables pour votre situation spécifique. Comme cela s’est produit lors de mon test en conditions réelles, un PWM peut en fait donner de meilleurs résultats que prévu.

Et je pense que l’affirmation générale « PWM est bon marché et MPPT est cher » est aussi un peu trompeuse. Les régulateurs de charge PWM ne sont souvent compatibles qu’avec les panneaux solaires et les batteries 12V et 24V. Pour connecter plusieurs panneaux solaires à un PWM, vous devrez généralement les câbler en parallèle, ce qui nécessite l’achat de connecteurs de dérivation et peut également entraîner des coûts de câblage et d’équipement plus élevés, en particulier dans les systèmes avec de longs parcours de câbles.

Personnellement, voici comment je déciderais quel régulateur choisir pour mon prochain projet solaire :

J’utiliserais des régulateurs de charge PWM pour construire un système d’énergie solaire de 300-400 watts ou moins, où je n’ai pas besoin d’extraire chaque watt de mes panneaux.

Dans toute autre situation, j’utiliserais un régulateur de charge MPPT. J’envisagerais même un MPPT dès le départ si je savais que j’allais probablement agrandir mon installation solaire par la suite. Ils sont tellement plus polyvalents et riches en fonctionnalités que vous pouvez ajouter beaucoup plus de panneaux avant de devoir les mettre à niveau.