Par Pour répondre aux deux premiers points du cahier des charges, nous devons utiliser un convertisseur, pour adapter la tension du panneau solaire fonctionnant à sa puissance maximum à la tension de la batterie en charge. Ce convertisseur de tension va jouer le rôle d’un adaptateur d’impédance.
Nous avons le choix entre une grande variété de convertisseur, que nous n’allons pas détailler ici, ce n’est pas l’objet. Une des premières voies qui vient à l’esprit est d’utiliser un montage élévateur / abaisseur de tension, afin de résoudre à la fois le cas où la tension du panneau solaire à la puissance maximum est inférieure à la tension batterie et le cas contraire.
Parmi tous les montages de convertisseur de tension ( Buck/Boost, SEPIC, FlyBack, Push-Pull, Forward, cuk… ), il en est deux qui présentent des rendements suffisamment intéressants pour retenir notre attention, il s’agit des montages dits « BUCK » et « BOOST » qui sont respectivement abaisseur et élévateur de tension. Ils peuvent être associés pour fournir un montage élévateur / abaisseur. Pour ceux qui souhaitent se pencher plus avant sur le fonctionnement de ces convertisseurs, vous vous apercevrez que le montage abaisseur « BUCK » tient son excellent rendement au fait qu’il déconnecte le générateur du récepteur lorsqu’il régule en tension. Cela ne peut pas être appliqué dans notre cas, puisque nous cherchons en permanence à utiliser le maximum de la puissance délivrable par le panneau solaire. Les autres montages abaisseurs n’offrent pas à la fois un rendement suffisant et une simplicité de montage qui nous permettent de les retenir dans notre application.
Le montage élévateur « BOOST » lui offre à la fois une grande simplicité en termes de composants mis en œuvre et un bon, voire un très bon rendement. Il est donc tout indiqué pour répondre à notre besoin. Et c’est bien là l’innovation proposée, puisque nous disposons uniquement d’un montage élévateur, nous allons associer différemment les cellules du panneau solaire afin que la tension à la puissance maximum soit toujours inférieure à la tension de la batterie à charger.
Dans le cadre des essais suivants, nous partirons d’un panneau solaire dans lequel les 36 cellules pourront être associées soit en série, soit en deux branches parallèles de 18 cellules. D’après ce que nous avons vu précédemment, dans le deuxième cas nous disposerons aux bornes du panneau solaire d’une tension deux fois moins élevée à la puissance maximum pour un courant double. Si vous reproduisez ce montage, soyez vigilant à l’appareillement des cellules constituant le panneau solaire, qui doivent toutes produire un courant de court-circuit similaire pour un ensoleillement identique, faute de quoi la cellule qui produit moins que les autres s’échauffe et va diminuer considérablement la puissance maximum de l’ensemble.
Voici le principe du montage convertisseur de tension « BOOST », qui sera le cœur de notre montage d’expérimentation :
Nous ne développerons pas la théorie du fonctionnement du « BOOST », il existe suffisamment d’explications disponibles une fois encore sur Internet pour les lecteurs intéressés. Ce qu’il nous importe de savoir dans le cadre de notre application, c’est qu’il faut commander l’interrupteur K (ici un MOSFET) en modulation de largeur d’impulsion (PWM ou Pulse Wide Modulation). Pour autant que le convertisseur fonctionne toujours en conduction continue, le rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie est donné par la formule : Vs = Ve / 1 – α, α étant le rapport cyclique à la fréquence F = 1 / T. Le rapport cyclique est le rapport entre le temps où le signal est à un sur le temps de la période, ce qui entraine qu’alpha peut prendre toute valeur entre zéro ( cas ou le signal reste à zéro sur toute la période) et un (cas ou le signal reste à un sur toute la période). On constate également qu’alpha ne doit jamais valoir un, tant au sens de la formule ( division par zéro ) que du montage ( court-circuit de l’entrée ) mais que plus il tend vers un, plus grande sera l’élévation de tension. La formule Vs = Ve / 1 – α est très intéressante, puisqu’elle montre que le rapport entre la tension d’entrée et la tension de sortie ne dépend que du rapport cyclique et non pas de la fréquence de commande ou de la valeur de certains des composants. Bien entendu, puisque rien ne se perd et rien ne se crée, l’élévation de tension se fait au détriment du courant qui diminue en rapport, la puissance en sortie étant égale à la puissance en entrée moins les pertes. Cela est complètement conforme à nos attentes.
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