Stockage de L’Énergie Solaire 

Modèle de batterie

Il y a différents types de batteries sur le marché tels que les batteries au nickel, les batteries au plomb et les batteries au lithium-ion. Comme ils sont peu coûteux et facilement disponibles sur le marché, les batteries au plomb sont principalement utilisées dans les applications PV. En outre, elles sont préférés en raison de leurs propriétés de faible autodécharge et peu d’entretien. Pour une batterie au plomb, il existe deux modes de fonctionnement : chargement et déchargement. Lorsque le courant qui circule de la source vers la batterie est positif/négatif, la batterie est en mode de charge/décharge. La Figure. 3.3 montre le modèle de circuit équivalent de la batterie au plomb pour les deux modes de fonctionnement [69]. + – D1 Rcharge Rdécharge D2 Ve Vbat Ibat Figure 3.3 – Circuit équivalent de la batterie au plomb. Dans la Figure. 3.3, Ve est la tension d’entrée, Vbat est la tension de la batterie, Ibat est le courant de la batterie, et Rcharge et Rdécharge sont les résistances de charge et de décharge. Ainsi, l’équation principale du circuit équivalent devient. Vbat = Ve + Ibat × R1 (3.1) Chapitre 3. Stockage de L’Énergie Solaire 65 Où R1 représente les résistances Rcharge et Rdécharge en selon le mode de fonctionnement. En mode charge, Rcharge et Ve peuvent être écrits comme suit : Rcharge = (0.758 + 0.139 (1.06 − SOC(t)ns) ) 1 SOCm (3.2) Où SOC(t) est l’état de charge de la batterie à l’instant t, SOCm est l’état de charge maximal de la batterie, et ns est le nombre de groupes de la série 2V dans la batterie. Par exemple, si la tension de la batterie est de 12V alors ns est 6. En mode décharge, les équations sont : Rdécharge = (0.19 + 0.1037 (SOC(t) − 0.14)ns ) 1 SOCm (3.3) Ve = (1.986 + 0.124 × SOC(t))ns (3.4) Pour obtenir le SOC(t) on utilise l’équation suivante : SOC(t) = SOC(t − 1) + 1 3600 Z t t−1 KbVeIbat SOCm − SOC(t − 1)Dd  dt (3.5) Où Kb est l’efficacité de charge et de décharge, et Dd est le taux d’autodécharge de la batterie. 

Contrôleur de charge

Une batterie au plomb entièrement déchargée peut consommer une très grande quantité de courant de charge. En pratique, le courant de charge n’est pas limité par les propriétés d’une batterie, mais par le chargeur de batterie. Fondamentalement, nous avons utilisé trois étapes pour charger la batterie au plomb comme le montre la Figure. 3.4, la batterie que nous utilisons une batterie de 12 V et de 6 cellules et sa capacité 7 Ah. Ces étapes sont : Bulk, Absorption et Float. Chapitre 3. Stockage de L’Énergie Solaire 66 L’étape Bulk est l’endroit où la batterie reçoit la plus grande partie de son énergie, ce qui représente environ 80%du cycle de recharge. Pendant cette phase, la batterie reçoit le courant le plus possible tout en gardant la température de la batterie sous 100F. Un contrôleur à trois étapes ajoute une phase d’absorption (parfois appelée «étape d’égalisation»). Pendant cette phase, le contrôleur maintient la tension de charge entre 14.5 V et 14.9 V , tout en diminuant l’ampérage de charge. Cela permet de conserver l’énergie stockée pendant l’étape Bulk. La phase Float est l’étape où la tension de charge est réduite entre 13,6 V et 13,8 V et maintenu constant, tandis que le courant est réduit moins que 1% de la capacité de la batterie. Ce mode peut être utilisé pour maintenir une batterie complètement chargée indéfiniment [70]. Courant de la batterie [A] Tension de batterie [V] Absorption Float Bulk Temps en heurs [h] Figure 3.4 – Les phases de chargement de la batterie au plomb.

Types de contrôleur de charge

Les deux types de contrôleurs de charge les plus couramment utilisés dans les systèmes d’énergie solaire actuels sont la modulation de largeur d’impulsion (PWM) et le suivi de point de puissance maximum (MPPT). 

Chargeur à modulation de largeur d’impulsion

Le contrôleur de charge à modulation de largeur d’impulsion (PWM) est le moyen le plus efficace pour obtenir une charge de batterie à tension constante en ajustant le rapport cyclique des commutateurs (MOSFET) [71]. Dans le régulateur de charge PWM, le courant provenant du panneau solaire diminue en fonction de l’état de la batterie et des besoins de recharge. Quand une tension de batterie atteint le point de consigne de régulation, l’algorithme PWM réduit lentement le courant de charge pour éviter le chauffage de la batterie ; Cependant, la charge continue de délivrer le maximum d’énergie à la batterie. La tension du module PV sera réduite à celle de la batterie [72]. Un contrôleur PWM n’est pas un convertisseur DC/DC. Le contrôleur PWM est un interrupteur qui connecte le panneau solaire à la batterie. Lorsque l’interrupteur est fermé, le panneau et la batterie seront presque à la même tension. En supposant une batterie déchargée, la tension de charge initiale sera d’environ 13 V , et en supposant une perte de tension de 0,5 V sur le câblage et le contrôleur, le panneau sera à 13,5 V . La tension augmentera lentement avec l’augmentation de l’état de charge de la batterie. Lorsque la tension d’absorption est atteinte, le contrôleur PWM commencera à déconnecter le panneau PV. Il existe deux types de chargeur PWM ; chargeur série et chargeur parallèle [73].

Chargeur série

Le contrôleur série coupe le courant supplémentaire qui traverse les batteries lorsqu’elles sont pleines. Ce type de contrôleur dans la Figure. 3.5 fonctionne en série avec le module PV et la batterie. Il existe plusieurs variantes du contrôleur de type série, qui utilisent toutes un certain type d’élément de commande ou de régulation en série. Le relais ou l’interrupteur à semi-conducteurs ouvre le circuit entre le panneau PV et la batterie pour interrompre la charge, ou limite le courant d’une manière linéaire en série pour maintenir la tension de la batterie à une valeur élevée [74].