Schéma chargeur solaire ultra simple pour batterie 12V

Voici le schéma d’un chargeur photovoltaïque ultra simple pour une batterie de voiture 12 Volts et ne fait appel qu’au régulateur de tension LM317 dont le courant maximal est simplement limité par une résistance. Avec ce chargeur solaire, la batterie peut ainsi rester sans danger en permanence une fois chargée à 14,4 Volts.

La charge de la batterie 12 V doit se faire en limitant le courant de charge et, une fois la charge terminée, en maintenant une tension de 14,4 V maximum. Le panneau photovoltaïque fournit une tension d’entrée qui fluctue peu selon la luminosité. Le schéma ainsi qu’une réalisation et une mise en pratique sont décrits dans cet article.

Chargeur solaire pour batterie 12V : schéma ultra simple

La simplicité du schéma du chargeur photovoltaïque repose sur le fait qu’il s’agit d’une régulation linéaire simple.

Schéma du chargeur photovoltaïque pour batterie 12 V

Comment ce chargeur solaire fonctionne-t-il ?

Principe de fonctionnement du chargeur photovoltaïque

On peut décrire le fonctionnement de ce chargeur solaire. La tension issue du panneau photovoltaïque passe par l’interrupteur K1 (qui permet de déconnecter le panneau photovoltaïque), la résistance R3 et D1. La diode D1 protège contre une inversion de polarité sur la connexion du panneau photovolatïque.

Limitation du courant de charge

La résistance R3 limite le courant absorbé par le chargeur et ainsi le courant délivré vers la batterie. Lorsque le courant atteint sa limite à cause de la résistance (et non à cause du panneau), la tension aux bornes du LM317 vaut environ 2 V (entre entrée et sortie, c’est la chute de tension du LM317). Avec une tension fixée à 14,4 V en sortie, le LM317 doit donner environ 15 V, ce qui correspond à une tension de 17V à l’entrée du LM317. Avant la diode D1, il y a alors environ 17,6 V (en supposant une chute de tension de 0,6 V).

Supposons que la tension d’entrée atteigne 20V. Le courant dans la résistance R3, absorbé par le chargeur et délivré à la batterie pour sa charge, vaut environ : (20V – 17,6 V) / 4,7 Ohms = 0,51 A.

Ce courant maximal est dépendant de la tension du panneau et de la tension de la batterie.

En pratique, on mesure plutôt 18 V aux bornes du panneau photovoltaïque et 13 V aux bornes de la batterie. Le courant est alors limité par R3 à (19V – 16,2 V) / 4,7 Ohms = 0,60 A.

Pour une batterie de 7 Ah, un courant de charge de 0,7 A correspond à C/10. Ici, une valeur de 0,6 A est inférieure à C/10.

Il est possible de remplacer la résistance de 4,7 Ohms par 3,3 Ohms en pratique, en fonction des mesures réelles. Cela accélèrera la charge de la batterie 12 V.

Indication de charge de batterie en cours

Pour savoir si le panneau photovoltaïque est en train de charger la batterie, le plus simple est de visualiser la tension d’entrée du régulateur LM317. La LED « Charge » permet de voir simplement si une tension est présente à l’entrée ou pas. Si la LED « Charge » brille, le panneau photovoltaïque fonctionne et délivre une tension.

Régulateur de tension du chargeur (LM317)

Lorsque le courant qui circule dans le chargeur est faible (batterie pleine ou presque), le régulateur LM317 fonctionne en régulateur de tension classique. La tension de sortie du LM317 est définie par :

Tension de sortie du LM317 = 1,25V x (1 + (R2+P1)/R1)

P1 est un potentiomètre de 1 kOhm. On peut ajuster la tension de sortie du LM317 à 15 V maximum, ce qui correspond à 14,4 V en sortie du régulateur, donc sur la batterie. Il faudra ajuster P1 pour obtenir cette valeur, ou légèrement moins (14 V ou 14,2 V en sortie du chargeur).

Les condensateurs C1 et C2 sont utiles pour stabiliser la tension à l’entrée et à la sortie du LM317 et garantir son bon fonctionnement (stabilité).

La diode D2 permet de charger la batterie et de pouvoir laisser la batterie en place même quand le panneau photovoltaïque ne produit pas ou n’est pas branché.

Le fusible F1 protège la batterie contre un court-circuit à la sortie ou un mauvais branchement (un appareil branché à l’envers sur le 12 V par exemple).

Jauge de batterie 12 V : un voltmètre et un bouton poussoir

Le plus simple pour avoir une jauge de batterie est d’utiliser un petit voltmètre numérique à 3 chiffres. C’est un petit module tout fait qu’on peut facilement acheter en ligne pour moins de 5 euros. Le bouton poussoir K3 permet de n’activer le voltmètre (jauge) que lorsqu’on appuie sur K3. Cela évite de vider lentement mais surement la batterie.

La tension ne doit pas descendre en dessous de 12,0 V (au pire 11,5 V) sous peine d’endommager la batterie.

Au repos (sans courant qui vient charger la batterie), la tension varie de 12V à 12,7 V environ. A 12,7 V environ, la batterie est pleine. A 12 V, il reste 10 % à 20 % de la charge. Tout se joue donc sur une plage inférieure au Volt !

L’interrupteur K2 permet de déconnecter ce qui est branché à la sortie du chargeur solaire.

Simulation de panneau photovoltaïque

Si vous n’avez pas de panneau photovoltaïque sous la main, vous pouvez aussi utiliser un chargeur d’ordinateur portable. En effet, la plupart des chargeurs fournissent 19 V à 19,5 V, ce qui est très proche de la tension issue d’un panneau photovoltaïque.

Que branche-t-on à la sortie du chargeur ?

La sortie du chargeur délivre la tension de la batterie 12 V. Si le soleil brille, le courant absorbé sera en priorité celui issu du panneau solaire et si on demande davantage de courant, la batterie complètera.

Réalisation d’un chargeur solaire avec panneau photovoltaïque et batterie

La réalisation d’un prototype de chargeur solaire selon le schéma présenté ci-dessus et une batterie 7 Ah est présentée ici. Voici le chargeur dans sa boite :

Chargeur photovoltaïque pour batterie 1 V

Avec un panneau solaire (puissance 75 Watts) :

Chargeur photovoltaïque pour batterie 12 V et son panneau 75 Watts

La puissance du panneau photovoltaïque pourrait être de 20 Watts (courant de 1 A environ).

Les éléments du chargeur et la batterie 12 V 7 Ah :

Chargeur photovoltaïque (démonté) et batterie 12 V 7 Ah

On aperçoit aussi une ampoule à LED qui a été adaptée pour fonctionner en 12 Volts.

La partie électronique du chargeur solaire est réalisée sur le couvercle en plastique transparent. La résistance R3 et le régulateur LM317 sont montés sur un dissipateur généreux :

Chargeur photovoltaïque pour batterie 12 V : vu de dessus

Chargeur photovoltaïque pour une batterie 12 V (vu de dessous)

Le voltmètre et son bouton poussoir pour l’activer :

Voltmètre « digital » à 3 chiffres (il mesure de 3 V à 30 V)

Jauge de batterie avec un voltmètre. 12,7 Volts : pleine. 12 Volts : vide

Mot de la fin

La réalisation d’un chargeur solaire peut se faire uniquement avec des composants électroniques standard de façon simple. La batterie et le panneau photovoltaïque sont les éléments clé de la réalisation. Grâce à ce système dont l’intérêt peut aussi être pédagogique, il est possible d’éclairer des événements de plein air en restituant la nuit ce qui est pris le jour.

Fin de charge avec le chargeur photovoltaïque : au coucher du soleil, la batterie est pleine…

Exemple de plan de câblage pour fourgon : une beau projet où intervient un chargeur photovoltaïque :

Schéma de câblage prévu dans un fourgon avec chargeur et panneau photovoltaïque