Méthode MPPT actuelle sans capteur avec gestion de batterie pour système monophasé autonome basé sur le PV

Une gestion solaire plus intelligente pour la vie hors réseau

Alors que de plus en plus de foyers, fermes et installations isolées se tournent vers l’énergie solaire, une question majeure se pose : comment extraire le maximum d’électricité des panneaux tout en préservant la santé des batteries et en réduisant les coûts ? Cet article présente une nouvelle façon d’exploiter les systèmes solaires autonomes qui évite une partie de la complexité matérielle et de mesure habituelle, tout en captant presque toute l’énergie disponible du soleil et en gérant la charge des batteries en toute sécurité.

Comment fonctionnent aujourd’hui les systèmes solaires autonomes

Un petit système solaire typique comprend un champ de panneaux, de l’électronique qui élève et régule la tension des panneaux, une banque de batteries pour la nuit et les périodes nuageuses, et un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif domestique. Pour tirer le meilleur parti des panneaux, une routine de contrôle ajuste en continu leur point de fonctionnement vers le « point idéal » où la puissance est maximale. Cette tâche, connue sous le nom de suivi du point de puissance maximale, repose généralement sur la mesure en temps réel de la tension et du courant des panneaux. Cependant, des capteurs supplémentaires et leur câblage augmentent le coût, introduisent du bruit électrique et compliquent la conception, en particulier dans les petits systèmes hors réseau où le budget et l’espace sont limités.

Trouver le point optimal sans mesurer le courant

Les auteurs proposent une variante d’une routine de suivi populaire appelée « perturbation et observation ». Au lieu de mesurer à la fois la tension et le courant, la nouvelle méthode mesure directement uniquement la tension des panneaux puis calcule le courant des panneaux de façon indirecte, en s’appuyant sur les propriétés connues du convertisseur électronique situé entre les panneaux et le reste du système. En observant comment la tension aux bornes d’une inductance à l’intérieur de ce convertisseur monte et descend pendant la commutation, le contrôleur peut déduire le courant moyen des panneaux avec une bonne précision. Avec ce courant estimé associé à la tension mesurée, l’algorithme peut toujours rechercher le point de puissance maximale, mais sans capteur de courant dédié ni l’électronique qui l’accompagne. Simulations et expériences montrent que le courant estimé reste à environ un à trois pour cent de la valeur réelle, ce qui suffit pour un contrôle précis.

Élever la tension et maîtriser les ondulations

Pour tirer parti de cette approche sans capteur, le système utilise un convertisseur boost « entrelacé » spécial qui combine deux étages de commutation opérant en déphasage. Ensemble, ils élèvent la tension souvent basse et variable des panneaux vers un niveau beaucoup plus élevé et quasi constant, adapté comme bus continu partagé. Cette architecture double approximativement le gain de tension utilisable par rapport à un simple convertisseur mono‑étage et lisse les fluctuations de courant en superposant les formes d’onde de chaque branche. En pratique, cela se traduit par moins de contraintes électriques, des filtres plus petits et un fonctionnement plus stable, autant d’avantages qui aident l’algorithme de suivi à répondre rapidement aux variations d’ensoleillement sans perturber le reste du système.

Maintenir la batterie dans sa zone de confort

Outre le contrôle des panneaux, l’étude intègre également une stratégie de gestion de batterie pour que le même système puisse décider automatiquement quand charger, décharger ou laisser reposer la banque de batteries. Un convertisseur bidirectionnel séparé assure l’isolation électrique et peut transférer la puissance dans les deux sens entre le bus haute tension et un empilement de batteries à plus basse tension. Le contrôleur compare en permanence la puissance que les panneaux pourraient fournir à leur point optimal avec la puissance dont les charges ont actuellement besoin. Lorsque l’énergie solaire dépasse la demande et que la batterie n’est pas pleine, le surplus est dirigé vers la charge ; lorsque la demande dépasse ce que le soleil peut fournir, le convertisseur bascule en mode boost et la batterie contribue à supporter la charge. Six scénarios de fonctionnement couvrent toutes les situations, depuis la charge par grand ensoleillement jusqu’à l’alimentation nocturne et même l’arrêt sécurisé lorsque ni les panneaux ni la batterie ne peuvent alimenter la charge.

Performances réelles et pourquoi cela compte

Des modèles informatiques et des essais en laboratoire avec quelques centaines de watts de panneaux et de batteries montrent que le nouveau schéma de contrôle maintient le bus continu principal presque constant tout en suivant des changements rapides d’ensoleillement. Après un changement brutal de niveau d’éclairement, le système converge vers le nouveau point de puissance maximale en l’ordre de 50 à 100 millisecondes, plus rapidement que de nombreuses approches standards, tout en présentant de très faibles ondulations de puissance autour de l’optimum. Les rendements mesurés atteignent environ 96 % pour l’étage d’élévation de tension et 94 % pour l’onduleur, tandis que l’efficacité globale du suivi est estimée proche de 99,4 %. Pour un lecteur non spécialiste, l’essentiel est que cette conception peut fournir presque chaque watt exploitable que les panneaux peuvent produire, avec une qualité de puissance propre et des batteries bien traitées, tout en utilisant un matériel plus simple et moins coûteux. Cette combinaison en fait une option attrayante pour les installations solaires hors réseau sensibles au coût, où fiabilité et efficacité sont primordiales.

Citation: Genc, N., Uzmus, H., Kalimbetova, Z. et al. Current sensorless MPPT method with battery management for PV based single phase standalone system. Sci Rep 16, 9107 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40097-2

Mots-clés: énergie solaire, alimentation hors réseau, stockage par batterie, électronique de puissance, suivi du point de puissance maximale