Tout savoir sur le régulateur solaire

publié le 31/05/2023 | mis à jour le 29/07/2023 | par Aurélie Hubert

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

Le régulateur solaire est un boîtier électronique dont le rôle principal est de gérer la charge des batteries de stockage présentes dans une installation de production d’électricité photovoltaïque (PV). On l’appelle également « régulateur de charge », « contrôleur de charge », « contrôleur solaire » ou encore « chargeur de batterie solaire ».

Cet appareil est généralement inclus dans les kits solaires photovoltaïques. Il peut également être acheté séparément.

Le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque

Pour bien comprendre l’utilité du régulateur solaire, rappelons au préalable le fonctionnement d’un système de production d’électricité photovoltaïque.

Afin de réduire leur dépendance vis-à-vis des fournisseurs d’énergie, les particuliers ont la possibilité d’installer des panneaux solaires photovoltaïques à leur domicile. Le plus souvent, le choix se porte sur une toiture photovoltaïque, mais il est également possible d’opter pour des panneaux solaires au sol.

Le principe d’un tel dispositif est simple :

• les cellules photovoltaïques (ou capteurs solaires) des panneaux captent les rayons du soleil et transforment l’énergie reçue en courant continu ;
• le courant continu généré est ensuite converti en courant alternatif par un onduleur (c’est ce courant qui permet d’alimenter les appareils électriques d’une habitation).

Lorsqu’un propriétaire installe des panneaux solaires, il peut décider de :

• consommer l’intégralité de l’électricité produite (autoconsommation totale) ;
• consommer l’électricité produite à hauteur de ses besoins et de revendre l’excédent de production à EDF (autoconsommation partielle avec vente de surplus dans le cadre du dispositif EDF Obligation d’Achat). Cela implique bien évidemment le raccordement des panneaux photovoltaïques au réseau d’électricité ;
• revendre la totalité de sa production à EDF. Dans ce cas, toute l’électricité produite est directement réinjectée dans le réseau de distribution d’électricité.

Dans le cas d’une autoconsommation, l’électricité verte produite par les panneaux solaires est consommée immédiatement, dès lors que des appareils électriques sont en marche. Mais il se peut que la production d’énergie soit supérieure aux besoins du foyer à un instant T : dans ce cas, l’excédent d’électricité doit être stocké dans des batteries, afin que cette énergie ne soit pas perdue et puisse être consommée plus tard (la nuit, par exemple). C’est là qu’intervient le régulateur de charge solaire.

Le rôle du régulateur solaire au sein d’une centrale photovoltaïque

Le régulateur de charge est un accessoire placé entre le champ photovoltaïque (c’est-à-dire l’ensemble de panneaux solaires) et la batterie de stockage (ou le parc de batteries, dans le cas d’installations dimensionnées).

Via des diodes lumineuses ou un écran digital, le régulateur solaire affiche en permanence l’état de fonctionnement du dispositif photovoltaïque ainsi que l’état de charge de la batterie.

Tandis que la batterie permet le stockage et l’utilisation différée du surplus de production solaire, le régulateur solaire a, quant à lui, pour fonction d’en contrôler la charge, de la stabiliser et d’en limiter la décharge.

Concrètement, il optimise l’alimentation en électricité en régulant la tension (V) et l’intensité du courant (A) à la sortie des capteurs photovoltaïques, afin d’éviter les surtensions ainsi que les surcharges ou décharges trop importantes (ces dernières pouvant endommager la batterie). En d’autres termes, le régulateur solaire permet de maintenir la charge de la batterie solaire dans les limites adéquates pour une utilisation pérenne : en effet, pour qu’une batterie dure le plus longtemps possible, il est essentiel de veiller à ce que son niveau de charge ne soit pas inférieur à 40 % et, à l’inverse, n’excède pas 95 %.

Les différents types de régulateurs solaires

On distingue deux grandes technologies de régulateur de charge solaire :

• les modèles avec régulation TOR (pour « tout ou rien ») par coupure électromécanique constituent la première génération de régulateurs. Ils ne permettent que le passage de 0 % ou 100 % de l’énergie produite vers la batterie. Si ces appareils ne sont plus commercialisés aujourd’hui, on en trouve encore en service au sein de centrales photovoltaïques existantes ;
• les modèles avec régulation MLI (Modulation de largeur d’impulsion) sont plus perfectionnés. Il en existe deux types :
  • le régulateur PWM (Pulse Width Modulation),
  • le régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking).

Voyons cela plus en détails.

Le régulateur solaire PWM

Il s’agit de la première génération de régulateurs MLI, dont le régulateur solaire PWM tire d’ailleurs le nom (pulse width modulation signifiant en français « modulation de largeur d’impulsion »).

Cet appareil est couplé directement à la batterie. Son principe est le suivant : il récupère le courant produit par le champ solaire et le transmet à la batterie sous la forme d’impulsions de fréquences et de longueurs variables, ce qui permet de réguler le courant de charge avec précision, en fonction de l’état de charge.

Le contrôleur de charge PWM est doté d’un interrupteur fonctionnant par modulation de largeur d’impulsion ainsi que d’un système anti-retour. L’interrupteur est ouvert en permanence jusqu’à ce que la batterie de stockage atteigne la tension de charge d’absorption. Ensuite, lorsque la batterie est chargée et que sa tension atteint le seuil de régulation fixé, l’interrupteur MLI s’ouvre et se ferme à une fréquence fixe (plusieurs centaines de fois par seconde) afin de maintenir l’injection d’un courant moyen, pour un niveau de charge optimal.

Concrètement, la charge de la batterie s’effectue généralement en trois phases :

• la phase Bulk (également appelée phase Boost) est celle de la charge rapide et dure jusqu’à ce que la batterie ait atteint 75 % de ses capacités ;
• elle est suivie de la phase Absorption, pendant laquelle la batterie se charge plus lentement, jusqu’à atteindre sa valeur maximale préconisée ;
• enfin, la phase Float (ou Floating) est celle du maintien de charge.

Le régulateur solaire MPPT

Le régulateur MPPT est le plus perfectionné des régulateurs solaires. Il est recommandé, notamment, pour les installations photovoltaïques composées d’un parc de batteries.

Ce modèle est basé sur la technologie Maximum Power Point Tracker (ou « tracker de point de puissance maximale »). Il intègre un convertisseur DC-DC (dispositif qui convertit le niveau de tension d’un courant continu) afin de maximiser la puissance de sortie d’un panneau solaire. Il faut noter que ce convertisseur est employé comme abaisseur de tension : par conséquent, la tension en point de puissance maximale du champ solaire doit toujours être supérieure à la tension batterie.

Pour comprendre l’intérêt d’un régulateur MPPT, il faut savoir que la tension et le courant d’un panneau photovoltaïque changent continuellement tout au long de la journée, en fonction du degré d’ensoleillement. L’appareil balaie la tension du panneau afin de trouver le « point idéal », c’est-à-dire la combinaison optimale de tension et de courant, et générer ainsi la plus grande puissance. Cet ajustement permanent lui permet de conduire davantage de courant jusqu’à la batterie et donc d’être plus efficace qu’un régulateur PWM, notamment en période de faible ensoleillement : on estime qu’il génère jusqu’à 30 % de production d’électricité supplémentaire, pour les modèles MPPT les plus haut de gamme.

Contrairement au régulateur PWM qui est directement couplé avec la batterie, ici, le couplage est indirect, puisque régulateur MPPT et batterie sont reliés via un adaptateur d’impédance servant à optimiser le transfert de la puissance électrique.

Comparatif des régulateurs solaires PWM et MPPT

Retrouvez, dans le tableau ci-dessous, un comparatif des caractéristiques, avantages et inconvénients de chaque type de régulateur de charge.

Choisir un régulateur solaire adapté à son installation

De nombreux modèles sont disponibles sur le marché. Choisir un régulateur de charge parfaitement adapté à son système de production solaire est essentiel pour optimiser le rendement énergétique.

Voyons à présent les principaux critères à prendre en compte avant d’installer un régulateur de charge sur votre système de production photovoltaïque.

Le type de panneaux solaires

Le dimensionnement des panneaux solaires est déterminant dans le choix du type de régulateur de charge (PWM ou MPPT) :

• si vos capteurs solaires sont composés de 36 cellules (12 V) ou 72 cellules (24 V), vous pouvez vous tourner aussi bien vers un régulateur de charge solaire PWM que vers un modèle MPPT. Pour rappel :
  • si vous optez pour un modèle PWM, la tension du champ solaire doit être identique à celle de la batterie. Ainsi, si votre batterie est de 12 V, la tension panneau doit également être de 12 V. Il est possible de raccorder plusieurs panneaux photovoltaïques avec une tension 12 V, mais, dans ce cas, ceux-ci devront impérativement être branchés en parallèle, afin que la tension de l’ensemble du champ solaire soit toujours de 12 V (dans un branchement en série, les tensions des différents panneaux s’additionnent),
  • si vous optez pour un modèle MPPT, la tension panneau doit en revanche être supérieure à celle de la batterie ;
• si vos panneaux sont composés de 54 cellules, 60 cellules ou d’un nombre de cellules supérieur à 72, seul un régulateur MPPT sera compatible avec votre installation, puisque la tension panneau ne correspondra pas à une tension batterie standard (or, avec un modèle PWM, les deux tensions doivent être strictement identiques).

L’intensité du courant de charge

Le courant de charge désigne le courant envoyé dans la batterie de stockage par le régulateur pour la recharger. Son intensité, exprimée en ampères (A), ne doit pas dépasser 20 % de la capacité nominale de décharge de la batterie de stockage sur 5 heures (appelée c5).

Exemple : une batterie de 100 ampères-heures (Ah) peut fournir 20 ampères d’électricité sur une durée de 5 heures, avant que sa tension ne descende sous un seuil critique. Dans ce cas, l’intensité maximale du courant de charge (ou intensité maximale de sortie) du régulateur à installer est donc de 20 ampères.

Et ce n’est pas tout : l’intensité maximale de sortie du régulateur solaire doit également être adaptée à vos besoins électriques – en d’autres termes, à ce que va alimenter votre installation.

Exemple : votre dispositif a vocation à alimenter un éclairage composé de 10 ampoules de 12 volts et 30 watts chacune. Celui-ci consommera donc 25 ampères (résultat de 10×30/12). Le régulateur de charge choisi devra donc supporter au moins 25 ampères.

La tension maximale supportée par le régulateur solaire

Celle-ci doit être adaptée à la tension d’entrée maximale du champ solaire.

Rappelons que la tension d’un panneau photovoltaïque n’est pas fixe et varie selon l’ensoleillement. Elle est à sa valeur maximale lorsque le capteur solaire est exposé en plein soleil et décâblé. On parle alors de tension en circuit ouvert ou « open circuit », ou encore de tension à vide. Elle est notée Uoc (pour « tension en open circuit ») ou encore Vmax (pour « tension maximale »).

Pour être adapté, le régulateur doit supporter une tension supérieure à la tension à vide du champ photovoltaïque.

Exemple : votre installation est composée de deux panneaux photovoltaïques d’une tension d’entrée maximale (Uoc) de 40 volts et branchés en série. Dans ce cas, le régulateur doit afficher une tension maximale supportée d’au moins 80 V (les tensions des deux panneaux s’additionnent, puisque ceux-ci sont branchés en série). Idéalement, ajoutez un coefficient de 20 % à cette valeur, afin de prendre en compte l’influence de la température ambiante. Dans ce cas précis, il faudra donc choisir un modèle 100 V (puisque 80 V x 1,2 = 96 V).

Les températures de fonctionnement du régulateur solaire

Pour fonctionner normalement et dans la durée, le régulateur de charge solaire doit être capable de résister aux températures extérieures auxquelles il est soumis. Choisissez-le donc en fonction des plages de température indiquées dans son descriptif et des températures minimales et maximales susceptibles d’être observées dans votre région tout au long de l’année.

Les fonctionnalités

Si les modèles les moins chers sont relativement basiques, certains régulateurs offrent des fonctionnalités avancées. Selon vos besoins, celles-ci peuvent constituer un critère de choix déterminant. Voici quelques questions à vous poser avant d’acquérir votre régulateur de charge solaire (liste non exhaustive) :

• le régulateur est-il doté d’un système de charge intelligente (charge en trois étapes selon les phases Bulk/Absorption/Float) ?
• intègre-t-il une sonde de température ou un système de compensation de la température ambiante ?
• est-il doté d’un dispositif de protection contre la foudre ?
• possède-t-il un affichage digital permettant d’obtenir des informations détaillées sur l’état de l’installation ?
• permet-il l’enregistrement des données ?
• intègre-t-il la commande à distance, via une connexion Bluetooth ou WiFi par exemple ?
• est-il doté de sorties auxiliaires, afin de permettre le raccordement de plusieurs batteries de capacités différentes ?
• intègre-t-il une gestion crépusculaire (utile lorsque le dispositif est destiné à l’éclairage) ?
• etc.

Le coût du régulateur solaire

Bien évidemment, cette question n’est pas à négliger ! Le prix d’un régulateur est extrêmement variable, en fonction des critères de choix que nous venons de déterminer :

• pour un régulateur solaire PWM, la fourchette de prix oscille entre 25 € et 500 € TTC ;
• pour un modèle MPPT, comptez entre 80 € et 1 200 € TTC.

Choisissez un appareil adapté à votre budget, mais gardez en tête qu’un investissement dans un régulateur perfectionné peut être rentable sur le long terme, s’il permet un réel gain de production d’énergie.

Installer un régulateur de charge

Vous avez acquis votre régulateur solaire ? Lisez consciencieusement la notice du fabricant avant toute installation, chaque modèle ayant ses spécificités. En cas de doute, faites appel à un professionnel qualifié !

Voici quelques conseils pour une installation solaire optimale :

• votre régulateur doit être positionné au plus près de la batterie de stockage, afin de limiter des longueurs des câbles. En effet, plus les câbles seront longs, plus il y aura des pertes d’énergie ;
• choisissez une section de câble suffisamment dimensionnée, afin d’éviter, ici encore, toute perte d’énergie. Celle-ci est fonction du courant et de la tension qui vont traverser le câble ;
• dans le cas de l’utilisation de câbles souples (à multi-brins), veillez bien à ce qu’aucun brin ne soit plié ou mal intégré dans le bornier de connexion ;
• privilégiez un emplacement au sec, ventilé et protégé du gel – ce dernier pouvant endommager le régulateur si les plages de température supportées par l’appareil ne sont pas respectées ;
• par mesure de sécurité, protégez les entrées et sorties du régulateur solaire avec des protections individuelles (fusible ou disjoncteur) ;
• branchez impérativement la batterie au régulateur (sur les bornes notées « BATT ») avant d’y raccorder vos panneaux photovoltaïques (sur les bornes notées « PV »).

Régulateur solaire : questions fréquentes

Retrouvez, dans cette section, les réponses aux questions fréquemment posées à propos du régulateur solaire.

Régulateur solaire et onduleur : quelle différence ?

Si les deux appareils sont essentiels au bon fonctionnement d’une installation photovoltaïque, ils n’ont pas le même rôle : le régulateur gère la charge de la batterie de stockage, tandis que l’onduleur transforme le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif. Une étape indispensable, puisque c’est ce courant qui permet de faire fonctionner les appareils électriques de votre habitation.

Peut-on choisir un régulateur de charge d’une puissance supérieure à son besoin ?

Cela est inutile et même déconseillé, à moins que vous ne prévoyiez dans un délai court de faire évoluer votre installation de panneaux solaires et d’en augmenter la puissance.

À l’inverse, peut-on choisir un régulateur de charge d’une puissance inférieure à son besoin ?

Techniquement, rien ne vous en empêche d’installer un régulateur solaire d’une puissance légèrement inférieure à celles des panneaux. Ce choix peut être fait pour raison économique, d’autant que la puissance crête (Wc) d’un panneau solaire est rarement atteinte.

Est-il possible de raccorder des panneaux photovoltaïques de puissances différentes sur un même régulateur solaire ?

Non, cela est tout à fait déconseillé et risquerait de nuire au bon fonctionnement du régulateur.

Peut-on raccorder plusieurs régulateurs de charge sur un même parc de batteries solaires ?

Oui, cela est possible et même nécessaire dans le cas d’un champ solaire composé de panneaux solaires de puissances différentes.

Existe-t-il des aides financières pour l’achat d’un régulateur solaire ?

Il n’existe pas subvention spécifique à l’installation d’un régulateur de charge. Toutefois, votre projet photovoltaïque global peut, sous certaines conditions, bénéficier d’aides publiques, telles que la prime à l’autoconsommation (versée uniquement dans le cas d’une vente du surplus de production).

À noter : le crédit d’impôt pour panneaux solaires a été supprimé en 2022.

Pour connaître précisément les aides à l’installation de panneaux solaires auxquelles vous pouvez prétendre et bénéficier de conseils avisés, n’hésitez à pas contacter un conseiller du service public France Rénov’.