Quel régulateur pour mes panneaux solaires ?

Si le choix d'un panneau solaire est relativement simple, en revanche le choix du régulateur est plus compliqué ; je vais donc essayer de vous éclairer sur le sujet (uniquement pour une installation avec batteries de 12V).
Je vous ai déjà conseillé d'installer au moins 2 panneaux solaires pour approcher les 300W.
Vous comprendrez mieux cet article si vous lisez mon article sur le calcul de la section des fils électriques.

A quoi sert un régulateur ?

Les panneaux solaires 12V sont des générateurs de tension qui fonctionnent avec une tension optimale fixe, dont la valeur diffère selon les constructeurs ; elle peut aller de 17 à 23V (en général c'est 17 ou 18V), c'est le courant qui varie.
Le rôle du régulateur solaire est de transformer la puissance reçue (puissance = tension x courant) en courant utilisable pour charger la batterie de service.
Le régulateur a donc 2 fonctions principales complémentaires :

convertisseur
chargeur de batterie intelligent

Mais cela ne doit pas se faire n'importe comment : il faut que le régulateur charge la batterie en fonction de plusieurs paramètres, dont les principaux sont :

la courbe de charge de la batterie qui dépend de son type (Plomb ou AGM ou Gel) ; voir mon article sur les batteries
la température de l'air près de la batterie ; en effet, la courbe de charge varie avec la température
le courant et la tension reçus des panneaux solaires
le niveau de charge de la batterie

La fonction convertisseur

Il existe 2 types de régulateurs :

les régulateurs PWM ; pour approfondir, voir ici
les régulateurs MPPT ; pour approfondir, voir ici ; ces derniers sont les plus intelligents et ils fournissent plus de courant que les régulateurs PWM (de 15 à 30% de plus)

Donc, un régulateur MPPT est un régulateur PWM avec de l'intelligence en plus.

Pour nous faciliter la compréhension prenons l'exemple d'un panneau solaire de 130W

avec une tension de charge optimale de 17V ; pour cette tension, il délivre une intensité maximum de 7,4A (ces 2 caractéristiques sont indiquées par le constructeur du panneau solaire, de même que l'intensité de court circuit).

En entrée du régulateur, on va avoir dans de bonnes conditions d'éclairement : 17V de tension et 7,4A d'intensité de courant, ce qui fait une puissance de :

17 x 7,4 = 125,8W (watt)

En sortie du régulateur, on va avoir des valeurs différentes en fonction du type de régulateur.

Pour un régulateur PMW, on va avoir pour une tension de 13,8V un courant de 7,4A

Pour un régulateur MPPT, on va avoir pour une tension de 13,8V un courant de 125,8/13,8 = 9,11A

On constate que la totalité de la puissance fournie en entrée est récupérée intégralement en sortie par le régulateur MPPT, alors que le régulateur PWM ne transmet que le courant d'entrée.

Cette puissance est utilisée pour charger la batterie de service ; quand elle est chargée cette puissance est perdue, sauf si d'autres appareils que la batterie de service sont connectés au régulateur.

Un autre avantage du MPPT est de pouvoir travailler avec une tension de 24V en entrée (il suffit de brancher les panneaux solaires en série), pour ressortir du 12V pour la batterie 12V (ou du 24V pour une batterie 24V).
Quel est l'intérêt ? cela permet de diviser par 2 la section des fils pour une même longueur.
Comme le régulateur est intelligent, si les panneaux sont en 24V et la batterie en 12V, le régulateur se débrouille tout seul !

La fonction chargeur de batterie intelligent

Pour illustrer la complexité de cette fonction, je vous ai mis ci-dessous le schéma relatif à la courbe de charge d'une batterie AGM d'une capacité de 50 Ah, car en une journée de camping car on décharge la batterie en moyenne de 50Ah (voir mon article consommation électrique d'un camping car).

On constate que la tension de charge varie entre 12 et 15,6V et que le courant de charge varie entre 50 milli A et 20A. De plus pour charger entièrement la batterie, il faut environ 6 heures.
Le courant maxi est appliqué les 2 premières heures, puis il décroit.
La séquence FLOAT (= entretien) commence quand la batterie est chargée, sa tension est alors de 13,6V.

Un bon régulateur doit gérer ce type de courbe qui est spécifique à chaque type de batterie (plomb, AGM, gel) ; il est donc indispensable d'avoir un sélecteur de type de batterie sur le régulateur (ou une programmation des paramètres correspondants).

Au passage, vu la complexité, si vous achetez un chargeur de batterie pour les recharges de l'hiver, prenez un modèle qui gère tout cela si vous voulez que vos batteries durent (il faut compter au moins 200 €).

Critères de choix d'un régulateur

Je propose 4 critères de choix qui sont : le type de régulateur, son ampérage maximum, sa qualité et les fonctions recommandées par votre serviteur.

Quel type choisir ?

Pour simplifier :

si vous avez un seul panneau solaire, et qu'il a 36 cellules de silicium, prenez un régulateur PWM
dans tous les autres cas, prenez un régulateur MPPT (ils sont plus efficaces à partir de 72 cellules solaires à gérer)

Quel nombre de régulateurs ?

Pour les panneaux solaires montés en parallèle :

certains préconisent 1 régulateur par panneau solaire pour augmenter la sécurité et faire la mesure de production de courant par panneau.
Personnellement, je suis pour un seul régulateur, mais de qualité cela simplifie les branchements ; par ailleurs, ce qui compte c'est la charge globale de la batterie.

Pour les panneaux solaires montés en série :
il n'y a pas de choix (si 2 panneaux), il faut un seul régulateur.

Quel ampérage maximum choisir ?

Cela dépend de l'intensité de court circuit du panneau solaire(courant maximum que peut fournir le panneau ; cette valeur est fournie par le constructeur).

Pour les panneaux solaires montés en parallèle :
Pour notre panneau de 130W c'est 8A ; cette valeur doit être multipliée par 1,3 pour la sécurité ; on obtient alors 10,4A ; cette valeur est un minimum. On choisit donc un régulateur de 15A.

Pour simplifier, si P est la puissance nominale du panneau solaire, je conseille de choisir un régulateur de P/10 Ampères (dans notre exemple c'est donc 13A, on choisit donc un régulateur de 15A).
Donc pour 300W de panneaux solaires, on choisit un régulateur de 30A pour une batterie de 12V.

Pour les panneaux solaires montés en série :
En sortie du régulateur on est en 12V ; le courant de sortie du régulateur est identique avec des panneaux 12V ou 24V, donc le calcul pour les panneaux montés en parallèle est valable ; pour 300W de panneaux solaires, il faut aussi un régulateur de 30A.

Quelle qualité choisir ?

Si vous voulez que votre régulateur dure aussi longtemps que votre panneau solaire (plus de 20 ans) et qu'il ait une intelligence maximum, alors il faut l'acheter dans une marque reconnue pour son savoir faire et sa fiabilité (dûe en partie à la qualité des composants électroniques installés). Evidemment, il sera plus cher !

Parmi les marques distribuées en France, je peux citer :

STECA
VICTRON
TRISTAR-MORNINGSTAR
OUTBACK

Le discours des accessoiristes est "j'ai ce modèle inconnu que j'installe sur tous les campings car, et personne ne s'est jamais plaint" ; on est loin de la démarche scientifique, car le client n'y connait rien et il fait rarement des mesures !

Pour information, un régulateur de 30A sérieux pèse entre 1 et 1,5 kg (la plupart du poids étant le radiateur métallique de refroidissement) ; chiffre à comparer avec ce qu'on vous propose.

Je rappelle que l'objectif est de tirer parti au maximum des panneaux solaires, et selon les choix réalisés, le courant de charge ne sera pas le même ; et nous camping caristes avons besoin de courant !

Lire mon article : quelle marque de régulateur solaire acheter ?

Quelles fonctions recommandées ?

choix du type de batterie (par sélecteur ou paramètres) : IMPERATIF
prise pour une sonde de température, sinon on place le régulateur près de la batterie
quand c'est possible : fusible intégré ; s'il ne l'est pas, c'est à vous de le poser (à 20 cm environ de la batterie) ; ampérage du fusible = celui du régulateur (au moins)
fonctions facultatives, à vous de voir, dans ce cas le régulateur a 2 sorties dont une nommée LOAD (en Anglais) qui sort du 12V stabilisé pour :

branchement pour l'entretien de la batterie moteur (intéressant si vous hivernez dehors l'hiver)
branchement pour alimenter un frigo AES, ou tout autre consommateur de courant
prise pour afficheur déporté, pour vous indiquer le courant instantané produit etc...

IMPORTANT : si votre régulateur a un bornier à vis (ce qui est fréquent), vérifiez que du câble de 10 mm2 au moins peut être branché sur le bornier.
Vérifiez si vous travaillez en 24V en entrée du régulateur, que le courant de sortie n'est pas limité (par exemple à 15A pour un régulateur supposé fournir du 30A en 12V).

Si vous avez une batterie de 24V, divisez par 2 l'ampérage du régulateur calculé en 12V (et la section des fils).

Si vous avez une batterie de 48V, divisez par 4 l'ampérage du régulateur calculé en 12V (et la section des fils).

Mes formules magiques

Choix du régulateur :
I=P/10
I=intensité max en Ampères, P=puissance des panneaux en W
Exemple : 300W de panneaux, il faut un régulateur de 300/10=30A pour des batteries 12V ; valeur à diviser par 2 pour des batteries 24V et par 4 pour des batteries 48V.
A noter qu'on peut faire le raisonnement inverse : je veut charger ma batterie avec du 20A maximum, combien me faut t-il de surface solaire ?
I=P/10 donc I=10xP, soit 200W

Calcul de la valeur approchée de la section S d'un fil en 12V :
S=(IxL)/10 (on prend le standard de section supérieur)
I=intensité max en Ampères, L=longueur en mètres du câble entre 2 appareils
Exemple : intensité 30A, L=3m, alors S= 90/10=9mm2 (on prend du 10mm2, car il n'existe pas de fil de 9mm2 de section)

Ajout du 16/09/2015 :
Attention, si vous avez une batterie lithium il n'existe pas à ma connaissance de paramètre spécifique ; il faut donc prendre le type GEL et surtout s'assurer que la fonction de floating (maintien de la charge) peut être neutralisée (les régulateurs de qualité le font, sinon on la règle à 13,2V). En effet, les batteries lithium ne supportent pas les surcharges.

Un lecteur m'a signalé les régulateurs MPPT VOTRONIC (société Allemande) qui gère les batteries lithium, et à une sortie vers un frigo AES. Ce produit non diffusé en France peut être commandé sur internet. Voir la documentation en Anglais.