Qu'est-ce qu'un MPPT et comment fonctionne le Suivi du Point de Puissance Maximale ?

Qu'il s'agisse d'une installation solaire à grande échelle ou d'une centrale de balcon compacte, tous ceux qui s'intéressent à l'énergie solaire et aux possibilités de produire de l'électricité à partir de la lumière du soleil finissent inévitablement par rencontrer tôt ou tard le terme ou l'abréviation MPPT. Mais qu'est-ce qui se cache derrière ce terme et pourquoi est-il si important dans la production solaire ? En bref, le suivi du point de puissance maximale est un composant de l'onduleur et est décisif pour la quantité d'énergie solaire qui peut être produite au final.

Qu'est-ce que le MPPT (Suivi du Point de Puissance Maximale) ?

Le terme "Point de Puissance Maximale" (MPP en abrégé) désigne le point où une installation solaire atteint sa puissance la plus élevée, c'est-à-dire maximale. Pour déterminer ce point, il faut tenir compte du produit du courant I et de la tension U dans le panneau solaire. Le MPP est influencé par différents facteurs. Il s'agit par exemple des changements de température ou des ombres projetées sur les modules par les objets environnants (comme les maisons ou les arbres). Important à savoir : Lorsque l'incidence de la lumière augmente, le courant I augmente, tandis que la tension U diminue parallèlement en raison de l'augmentation de la température.

C'est précisément là qu'intervient le suivi du point de puissance maximale (MPPT). Le Suivi du Point de Puissance Maximale (MPP Tracking) est utilisé pour atteindre la puissance maximale de l'installation solaire en dépit de ces influences externes. L'installation peut ainsi fonctionner en continu au point où la différence de puissance entre le courant et la tension est la plus grande. Le MPP Tracking n'est donc rien d'autre qu'une recherche constante de la maximisation continue de la puissance.

Quelle est la différence entre MPPT et PWM ?

Un régulateur de charge (solaire) est utilisé entre une installation solaire ou les modules photovoltaïques et la batterie, par exemple, et a pour but d'empêcher la surcharge. Il existe toutefois des particularités, c'est pourquoi on distingue les régulateurs PWM et les régulateurs MPPT.

Un régulateur PWM (modulation de largeur d'impulsion) permet une connexion directe entre l'installation solaire et la batterie, de sorte que la tension de l'installation solaire soit réduite presque jusqu'à la tension de la batterie utilisée. Le courant de charge correspond au courant du module solaire et seuls le courant et la tension sont régulés afin d'éviter une surcharge de la batterie.

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Ce n'est pas le cas avec un régulateur de charge MPPT, qui optimise sa tension d'entrée afin d'utiliser la puissance maximale du système solaire. Ce processus est appelé "suivi du point de puissance maximale" (MPPT). La tension d'entrée mentionnée est supérieure à la tension de la batterie, c'est pourquoi le régulateur la convertit. Cependant, aucune puissance n'est perdue au cours de ce processus, car pour chaque volt réduit de la tension du module solaire afin d'atteindre la tension de la batterie, le courant de charge augmente en conséquence. Le régulateur MPPT est donc plus efficace que le régulateur PWM mentionné précédemment.

Comment fonctionne le Suivi du Point de Puissance Maximale (MPPT) ?

Différents procédés techniques sont utilisés pour atteindre le point de puissance optimale et maximale. L'une des possibilités est ce que l'on appelle la gestion de l'ombre ou la gestion de l'ombrage, qui consiste à parcourir l'ensemble de la courbe caractéristique du générateur solaire à des intervalles de cinq à dix minutes afin de trouver le point de puissance maximale.

Une autre méthode est celle appelée augmentation de la tension, dans laquelle la tension de la cellule solaire est progressivement et continuellement augmentée à partir de zéro dans une sorte de recherche. Si cette procédure permet d'atteindre la puissance maximale, la puissance chute à nouveau. Ce point d'inflexion sert alors de signal ou de critère d'annulation pour la recherche. Même si les conditions d'irradiation changent, il est toujours possible de fonctionner à la puissance maximale.

La méthode de l'échelon de charge, quant à elle, modifie périodiquement la charge de la cellule solaire (appelée échelon de charge) dans une direction spécifique. La puissance de sortie de la cellule solaire est alors mesurée. Si la puissance mesurée est supérieure à celle de la période précédente, la direction de recherche est maintenue et le pas de charge suivant est exécuté. Toutefois, dès que la puissance mesurée est à nouveau inférieure, la direction de recherche est modifiée et les sauts de charge sont à nouveau effectués dans la direction opposée.

Il existe également la méthode d'augmentation de la conductance, dans laquelle la puissance maximale est déterminée à l'aide du différentiel et de la conductance spécifique de la cellule solaire. La règle suivante s'applique ici : Si la variation de la puissance de sortie par rapport à la variation de la tension est nulle, le point de puissance maximale a été atteint.

La méthode de la tension constante utilise la relation entre la tension en circuit ouvert d'une cellule solaire et la tension à laquelle la cellule atteint sa puissance maximale, car la tension de charge optimale peut être dérivée de la tension en circuit ouvert. La tension en circuit ouvert est mesurée périodiquement en déconnectant brièvement la charge de la cellule solaire. Le régulateur utilise alors la tension mesurée pour déterminer la charge idéale et la définit lorsque la charge est reconnectée.

Enfin, il y a la méthode de la température, dans laquelle la tension en circuit ouvert est estimée en mesurant la température sur le module solaire au moyen d'un algorithme.

MPPT & kit solaire plug and play : à quoi dois-je faire attention ?

La plupart des kits solaires plug and play disposent d'un ou de plusieurs trackers MPP. Ici aussi, comme pour toute autre installation solaire, la technologie MPPT permet d'atteindre la puissance maximale de le kit solaire en la surveillant et en la régulant. L'installation solaire enfichable est également exposée à des températures, des conditions météorologiques et d'autres conditions fluctuantes.

La technologie MPPT permet à l'onduleur de s'adapter de manière flexible à ces conditions variables, garantissant ainsi une performance optimale à tout moment. Cela est primordial pour garantir l'efficacité du système.

Pour la plupart des kits solaires plug and play, un ou deux modules peuvent être connectés par MPPT. Il est donc important de veiller à ce qu'un nombre suffisant de trackers MPP soit disponible, en fonction du plan de modulation souhaité.

Pourquoi un MPPT à haute et large tension est-il plus adapté aux installations photovoltaïques de forte puissance ?

Pour les systèmes photovoltaïques de grande capacité, la technologie MPPT à haute et large tension change la donne par rapport aux solutions basse tension classiques. Voici pourquoi elle est techniquement supérieure :

• Réduction drastique des pertes en ligne : À puissance égale, une tension plus élevée génère un courant plus faible. Cela limite l'effet Joule et les déperditions d'énergie lors du transport de l'électricité.
• Économies sur le câblage : Un courant réduit permet d'utiliser des câbles de section plus fine. Le câblage devient ainsi plus léger, plus simple à manipuler et nettement moins coûteux en matériaux.
• Optimisation des raccordements en série : Cette configuration est idéale pour les panneaux solaires installés en série sur de longues distances, garantissant un rendement énergétique maximal sans chute de tension majeure.

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• Capacité évolutive massive : Avec une unité de base de 8 kWh, le système peut être étendu jusqu'à 50 kWh pour couvrir les besoins énergétiques de toute la maison pendant plusieurs jours.
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• Sécurité PV Shutdown : Pour une maintenance sans risque, l'appareil est équipé d'un interrupteur de déconnexion physique (PV OFF) permettant de couper instantanément l'alimentation du côté photovoltaïque.

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Quand vaut-il la peine d'utiliser un régulateur de charge MPPT ?

Une autre question fréquente est de savoir si l'achat d'un onduleur ou d'un régulateur de charge correspondant vaut la peine. En effet, un MPPT tracker est également plus cher à l'achat. Il est cependant évident que les systèmes photovoltaïques dotés d'un MPPT dans ce pays fournissent jusqu'à 30 % d'énergie en plus, car il y a moins de pertes d'électricité. Ceux qui n'utilisent pas de MPPT doivent généralement utiliser des modules solaires beaucoup plus grands pour obtenir le même rendement.

Les critères suivants aident à prendre la décision d'utiliser un contrôleur MPPT :

• Températures inférieures à 10 ou supérieures à 35 degrés Celsius
• Avec un ombrage partiel régulier
• Avec une faible luminosité due aux nuages ou au brouillard
• Une tension plus élevée est requise pour les batteries LiFePo4, par exemple ?

Si une ou plusieurs de ces questions trouvent une réponse positive, il est fort probable que l'utilisation d'un MPPT soit judicieuse et économique.

Quels sont les avantages des trackers MPP ?

1. Rendement énergétique maximal : Le principal avantage du MPPT est de maximiser la production d'énergie des panneaux solaires, indépendamment des conditions extérieures telles que la température et l'intensité lumineuse.
2. Prolongement de la durée de vie des batteries : Un régulateur de charge MPPT empêche les batteries d'être surchargées ou sous-chargées en ajustant constamment la tension et le courant pour assurer la charge idéale. Cela permet d'éviter les dommages causés par des processus de charge inadéquats et de prolonger la durée de vie des cellules de la batterie.
3. Rentabilité financière : L'optimisation et la maximisation du rendement énergétique permettent de produire davantage d'électricité qui peut être utilisée par le client ou injectée dans le réseau. Dans les deux cas, cela réduit la période d'amortissement du système solaire et rend l'investissement solaire plus attractif et financièrement rentable.
4. Réduction des pertes d'énergie : Grâce à la conversion efficace de la tension élevée du module en tension plus faible de la batterie, le régulateur de charge MPPT réduit les pertes d'énergie qui peuvent se produire pendant le transfert d'énergie.

De combien de MPPT ai-je besoin pour mon installation solaire ?

Il n'existe pas de chiffre fixe concernant le nombre de MPPT à utiliser. Le nombre requis dépend des modules photovoltaïques existants et du type d'onduleur. Ce dernier diffère principalement entre les modules ou micro-onduleurs et les onduleurs dits « string ». Alors que les micro-onduleurs mesurent généralement un ou deux modules par MPPT, le MPPT d'un onduleur de branche est destiné à l'ensemble de la chaîne, c'est-à-dire à tous les modules photovoltaïques connectés à la branche en question.

Il est important de noter que les onduleurs de branche nécessitent moins de MPPT et sont donc moins chers à l'achat, mais qu'ils peuvent être moins puissants. Un tracker MPP est toujours orienté vers le module PV le plus faible d'une chaîne. Si l'un des panneaux solaires est complètement ou partiellement ombragé, cela peut avoir un effet négatif sur d'autres modules moins ombragés qui pourraient en fait fournir plus d'énergie.

Il est également bon de savoir : Chaque chaîne MPPT a une puissance maximale. Cela signifie que le nombre de modules est également limité.

Pour les kits solaires plug & play et autres systèmes solaires enfichables, la variante du micro-onduleur s'est donc imposée depuis longtemps. Un ou deux modules sont raccordés par onduleur et, selon le modèle, un ou deux trackers MPP sont également disponibles.

Conclusion

De nos jours, on trouve des trackers MPP dans presque tous les systèmes solaires. Dans de nombreux micro-onduleurs, ces trackers MPP sont déjà installés au niveau du module. Cela signifie qu'il y a un micro-onduleur par module photovoltaïque. Cela garantit une efficacité et des performances maximales. Toutefois, les onduleurs string peuvent également être avantageux, notamment en raison de leur faible coût.

FAQ

Qu’est-ce qu’un régulateur solaire (et en particulier un MPPT) ?

Un régulateur solaire, aussi appelé contrôleur de charge, est un dispositif placé entre les panneaux photovoltaïques et la batterie d’une installation solaire. Son rôle est à la fois de protéger la batterie (contre la surcharge, la décharge excessive ou les erreurs de polarité) et d’optimiser sa charge en adaptant la tension et le courant fournis par les panneaux. Il existe deux technologies : le PWM, simple et économique, adapté aux petites installations, et le MPPT, plus avancé, capable d’identifier en permanence le point de puissance maximale des panneaux afin d’en tirer un rendement énergétique optimal.

Comment choisir un régulateur MPPT adapté à mes panneaux solaires et à ma batterie ?

Pour choisir un régulateur MPPT adapté à vos panneaux solaires et à votre batterie, il faut avant tout vérifier la compatibilité avec la tension nominale de la batterie. Ensuite, assurez-vous que la tension d’entrée maximale du régulateur est supérieure à la tension totale des panneaux raccordés en série, en tenant compte de l’augmentation de tension par temps froid. Enfin, le régulateur doit supporter un courant de charge maximal suffisant pour absorber la puissance totale de vos panneaux, afin de garantir une charge efficace et sécurisée du système.

Quelle est la différence entre un régulateur de charge et un régulateur MPPT ?

La différence entre un régulateur de charge classique et un régulateur MPPT tient principalement à la technologie utilisée et au rendement. Un régulateur de charge standard, généralement de type PWM, se contente d’adapter la tension des panneaux à celle de la batterie, avec une optimisation limitée. À l’inverse, un régulateur MPPT utilise une technologie plus avancée qui détecte en permanence le point de puissance maximale des panneaux afin d’extraire davantage d’énergie et d’améliorer significativement l’efficacité de l’installation.