Comment installer son panneau solaire ?

Comment installer son panneau solaire ?

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Le câblage des panneaux solaires, et la façon de les relier entre eux, est un sujet fondamental pour tout acquéreur de panneaux solaires. Vous devez comprendre l'impact des différentes configurations de câblage sur la tension, le courant et la puissance d'une installation solaire. Cela permet de sélectionner un onduleur approprié pour le panneau et de s'assurer que le système fonctionnera efficacement.

Les enjeux sont importants. Si la tension de votre installation dépasse la tension maximale de l'onduleur, la production sera limitée par la puissance de l'onduleur (et selon l'importance de cette dernière, la durée de vie de l'onduleur peut être réduite). Si la tension du réseau est trop faible pour l'onduleur que vous avez choisi, le système sera également sous-utilisé car l'onduleur ne fonctionnera pas tant que sa "tension de démarrage" n'aura pas été atteinte. Cela peut également se produire si vous ne tenez pas compte de l'effet de l'ombre sur la tension du système tout au long de la journée.

Dans cet article, nous passons en revue les principes de base de la mise en place de systèmes avec un onduleur et la manière de déterminer le nombre de panneaux solaires à installer. Nous passons également en revue les différentes options de mise en chaîne, comme la connexion de panneaux solaires en série et la connexion de panneaux solaires en parallèle.

Le câblage des panneaux solaires est un sujet compliqué et nous n'allons pas approfondir tous les détails dans cet article, mais que vous soyez nouveau dans l'industrie et que vous appreniez juste les principes de la conception solaire, ou que vous cherchiez à vous rafraîchir la mémoire, nous espérons que cet vous fournira un aperçu utile de certains des concepts clés.

Termes électriques clés à comprendre pour le câblage des panneaux solaires

Afin de comprendre les règles de câblage des panneaux solaires, il est nécessaire de comprendre quelques termes électriques clés - en particulier la tension, le courant et la puissance - et leurs relations mutuelles.

Pour comprendre ces concepts, une analogie utile est de penser à l'électricité comme l'eau dans un réservoir. Pour élargir l'analogie, avoir un niveau d'eau plus élevé revient à avoir une tension plus élevée - il y a plus de potentiel pour que quelque chose se produise (courant ou débit d'eau), comme illustré ci-dessous.

Qu'est-ce que le voltage ?


La tension, abrégée en V et mesurée en volts, est définie comme la différence de charge électrique entre deux points d'un circuit. C'est cette différence de charge qui fait circuler l'électricité. La tension est une mesure de l'énergie potentielle, ou de la quantité potentielle d'énergie qui peut être libérée.

Dans une installation solaire, la tension est influencée par un certain nombre de facteurs. Le premier est la quantité de lumière du soleil (irradiation) sur l'installation. Comme vous pouvez le supposer, plus l'irradiation est importante sur les panneaux, plus la tension est élevée.

La température a également un effet sur la tension. Lorsque la température augmente, elle réduit la quantité d'énergie produite par un panneau (voir notre discussion sur les coefficients de température pour plus de détails à ce sujet). Par une froide journée ensoleillée, la tension d'une installation solaire peut être beaucoup plus élevée que la normale, tandis que par une journée très chaude, la tension peut être considérablement réduite.

Qu'est-ce que le courant ?


Le courant électrique (représenté par "I" dans les équations) est défini comme la vitesse à laquelle la charge circule. Dans notre exemple ci-dessus, l'eau qui s'écoule dans le tuyau de sortie du réservoir est comparable au courant d'un circuit électrique. Le courant électrique est mesuré en ampères (abréviation de ampères).

Qu'est-ce que l'énergie électrique ?


La puissance (P) est le taux auquel l'énergie est transférée. Elle est équivalente à la tension multipliée par le courant (V*I = P) et se mesure en Watts (W). Dans les systèmes solaires photovoltaïques, une fonction importante de l'onduleur, outre la conversion du courant continu de l'installation solaire en courant alternatif pour l'utilisation dans la maison et sur le réseau, est de maximiser la puissance de l'installation en faisant varier le courant et la tension.

Pour une explication plus technique de la manière dont le courant, la tension et la puissance interagissent dans le contexte d'un système photovoltaïque solaire, consultez notre article sur le Maximum Power Point Tracking (MPPT). Nous y abordons les courbes courant-tension (IV) (graphiques qui montrent comment le courant de sortie du panneau varie avec la tension de sortie du panneau), et les courbes puissance-tension (qui montrent comment la puissance de sortie du panneau varie avec la tension de sortie du panneau). Ces courbes donnent un aperçu des combinaisons de tension et de courant auxquelles la puissance de sortie est maximisée.

Concepts de base du câblage des panneaux solaires 

Pour avoir un système PV solaire fonctionnel, vous devez câbler les panneaux ensemble pour créer un circuit électrique à travers lequel le courant circulera, et vous devez également câbler les panneaux à l'onduleur qui convertira le courant continu produit par les panneaux en courant alternatif qui peut être utilisé dans votre maison et envoyé au réseau. Dans l'industrie solaire. On parle généralement de "mise en chaîne" et chaque série de panneaux connectés ensemble est appelée "chaîne".

Dans cet article, nous nous concentrerons sur les onduleurs en chaîne (par opposition aux micro-onduleurs). Chaque onduleur en chaîne possède une gamme de tensions auxquelles il peut fonctionner.

Branchement en série ou en parallèle


Il existe de multiples façons d'aborder le câblage des panneaux solaires. L'une des principales différences à comprendre est le câblage des panneaux solaires en série par rapport au câblage des panneaux solaires en parallèle. Ces différentes configurations de câblage ont des effets différents sur le courant et la tension électrique dans le circuit.

mise en chaine panneaux solaires

 

Connecter les panneaux solaires en série


La mise en série de panneaux solaires consiste à relier chaque panneau au suivant sur une ligne (comme illustré dans le côté gauche du schéma ci-dessus).

Tout comme une batterie typique que vous connaissez peut-être, les panneaux solaires ont des bornes positives et négatives. Lors d'un montage en série, le fil de la borne positive d'un panneau solaire est connecté à la borne négative du panneau suivant, et ainsi de suite.

Lors de la mise en série de panneaux, chaque panneau supplémentaire s'ajoute à la tension totale (V) de la chaîne mais le courant (I) dans la chaîne reste le même.

L'un des inconvénients de la mise en série est qu'un panneau ombragé peut réduire le courant dans toute la chaîne. Comme le courant reste le même dans toute la chaîne, le courant est réduit à celui du panneau ayant le courant le plus faible.

Connecter les panneaux solaires en parallèle

Il est un peu plus compliqué de monter des panneaux solaires en parallèle (comme le montre le côté droit du schéma ci-dessus). Plutôt que de connecter la borne positive d'un panneau à la borne négative du suivant, lors d'un montage en parallèle, les bornes positives de tous les panneaux de la chaîne sont connectées à un fil et les bornes négatives sont toutes connectées à un autre fil.

Lors de la mise en parallèle de panneaux, chaque panneau supplémentaire augmente le courant (ampérage) du circuit, mais la tension du circuit reste la même (équivalente à la tension de chaque panneau). De ce fait, l'avantage du montage en série est que si un panneau est fortement ombragé, les autres panneaux peuvent fonctionner normalement et le courant de l'ensemble de la chaîne ne sera pas réduit.

Informations dont vous avez besoin pour déterminer comment installer des panneaux solaires

Il y a plusieurs informations importantes sur votre onduleur et vos panneaux solaires dont vous avez besoin avant de pouvoir déterminer comment brancher votre installation solaire.

Informations sur votre onduleur

Vous devez comprendre les spécifications suivantes de l'onduleur, qui se trouvent dans la fiche technique du fabricant du produit :

  • Tension d'entrée DC maximale (Vinput, max) - la tension maximale que l'onduleur peut recevoir
  • Tension minimale ou "de démarrage" (Vinput, min) - le niveau de tension nécessaire au fonctionnement de l'onduleur
  • Courant d'entrée maximal
  • Combien de Maximum Power Point Trackers (MPPT) possède-t-il ?
Comme indiqué ci-dessus, une des fonctions des onduleurs est de maximiser la puissance de sortie lorsque les conditions environnementales des panneaux varient. Pour ce faire, ils utilisent des MPPT (Maximum Power Point Trackers) qui identifient le courant et la tension auxquels la puissance est maximisée. Cependant, pour un MPPT donné, les conditions sur les panneaux doivent être relativement constantes ou l'efficacité sera réduite (par exemple, les différences de niveaux d'ombre ou l'orientation des panneaux). Toutefois, si l'onduleur possède plusieurs MPPT, des chaînes de panneaux présentant des conditions différentes peuvent être connectées à un MPPT distinct.

 

Informations sur vos panneaux solaires

En plus des informations ci-dessus sur l'onduleur sélectionné, vous aurez également besoin des données suivantes sur les panneaux sélectionnés :

  • Tension de circuit ouvert (Voc)
  • Courant de court-circuit (Isc) - (bien que nous n'approfondissions pas les calculs de courant dans cet article)
Il est important de comprendre que ces valeurs sont basées sur les performances du module dans ce que l'on appelle les conditions d'essai standard (STC). Les STC comprennent une irradiation de 1000W par mètre carré et 25 degrés Celsius. Ces conditions de laboratoire spécifiques assurent la cohérence des tests, mais les conditions réelles d'un système photovoltaïque peuvent être très différentes.

Par conséquent, le courant et la tension réels des panneaux peuvent varier considérablement par rapport à ces valeurs. Vous devrez ajuster vos calculs en fonction des températures minimales et maximales prévues à l'endroit où les panneaux seront installés afin de vous assurer que la longueur de vos chaînes est adaptée aux conditions que le système PV rencontrera, comme nous le verrons plus loin.

 

Règles de base pour le montage des panneaux solaires

1. S'assurer que les tensions minimale et maximale sont comprises dans la gamme de l'onduleur

Lors de la mise en place de votre installation solaire, l'une des considérations fondamentales est de s'assurer que la tension des branches que vous connectez à l'onduleur ne va pas dépasser la tension d'entrée maximale de l'onduleur ou tomber en dessous de sa tension minimum/démarrage. Vous devrez également éviter de dépasser son courant maximal.

Vous devez également vous assurer que la tension maximale est conforme aux exigences du code dans la zone où vous concevez. Aux États-Unis, le National Electrical Code plafonne la tension maximale autorisée à 600V pour la plupart des systèmes résidentiels. En Europe, des tensions plus élevées sont autorisées.

Nous savons que la tension est additive dans les chaînes en série alors que le courant est additif dans les chaînes en parallèle. Par conséquent, vous pouvez intuitivement supposer que vous pouvez déterminer la tension du système photovoltaïque que nous proposons et si elle se situe dans la plage recommandée pour l'onduleur en multipliant la tension des panneaux par le nombre dans une chaîne en série (comme illustré dans l'exemple dans l'encadré vert ci-dessous).

Vous pourriez également supposer que vous pourriez déterminer le courant du système en additionnant le courant de chaque chaîne parallèle (qui serait égal au courant des panneaux multiplié par le nombre dans la chaîne parallèle).

Toutefois, comme nous l'avons vu plus haut, les valeurs de l'ITS reflétant les performances des modules dans des conditions très spécifiques, la tension réelle des panneaux dans des conditions réelles peut être très différente. Les calculs simplifiés ci-dessus ne donnent donc qu'une première estimation approximative ; vous devez tenir compte de la façon dont la tension du système changera en fonction des températures qu'il peut subir dans la zone où il est installé. À des températures plus froides, la tension du système peut être beaucoup plus élevée ; à des températures plus élevées, elle peut être beaucoup plus faible.

Pour s'assurer que la tension de la chaîne ajustée en fonction de la température se situe dans la fenêtre de tension d'entrée de l'onduleur, les formules suivantes peuvent être utilisées :

formule panneau solaire

 

2. S'assurer que les chaînes ont des conditions similaires - ou connecter des chaînes ayant des conditions différentes à différents ports MPPT

Une fois que vous avez déterminé que vos chaînes sont de longueurs acceptables pour les spécifications de l'onduleur, une autre considération clé est de s'assurer que les chaînes ont les mêmes conditions (par exemple, même azimut/orientation, même inclinaison, même irradiance) si elles sont connectées au même MPPT de l'onduleur.

En effet, une mauvaise adaptation des conditions sur les chaînes réduira l'efficacité et la puissance de votre installation solaire (pour savoir pourquoi une mauvaise adaptation de l'ombrage, de l'orientation ou de l'azimut entraîne une perte de puissance, voir le quatrième article de notre série sur les pertes des systèmes photovoltaïques).

Si vous concevez un site où il est nécessaire d'installer des panneaux sur différentes faces du toit, ou si certaines zones de l'installation sont plus ombragées que d'autres, vous pouvez vous assurer que les panneaux présentant des conditions différentes sont séparés en leurs propres chaînes, puis connecter ces chaînes à différents MPPT de l'onduleur (à condition que l'onduleur choisi ait plus d'un MPPT). Cela permettra à l'onduleur de s'assurer que chaque chaîne fonctionne au point où elle produit la puissance maximale (son point de puissance maximale).

3. Considérations avancées pour optimiser votre conception

Les règles ci-dessus garantiront que la configuration de votre chaîne sera conforme aux spécifications de votre onduleur et que la production d'énergie du système ne sera pas affectée négativement par des inadéquations dans les conditions des panneaux.

Toutefois, il existe d'autres facteurs dont un concepteur solaire peut tenir compte pour arriver à la conception optimale (c'est-à-dire la conception qui maximise la production d'énergie tout en minimisant les coûts). Ces facteurs comprennent l'écrêtage de l'onduleur, l'utilisation de dispositifs électroniques de puissance au niveau du module (MLPE), qui comprennent des micro-onduleurs et des optimiseurs de courant continu, et l'efficacité de la conception fournie par des outils logiciels.

Parfois, il peut être judicieux de surdimensionner le champ solaire que vous connectez à l'onduleur, ce qui conduit à une tension maximale théorique légèrement supérieure à la tension maximale de l'onduleur. Cela peut permettre à votre système de produire plus d'énergie (parce qu'il y a plus de panneaux) lorsqu'il est en dessous de sa tension maximale, en échange d'une production réduite ("écrêtée") pendant les périodes où la tension continue de la matrice dépasse le maximum de l'onduleur. Si les gains de production dépassent la production perdue à cause de l'écrêtage de l'onduleur, vous pouvez alors produire plus d'énergie sans avoir à payer un onduleur supplémentaire ou un onduleur avec une tension plus élevée.

Bien entendu, cette décision doit être prise avec soin et il faut bien comprendre quelle quantité de production sera écrêtée par rapport à la production supplémentaire qui sera obtenue à d'autres moments. Dans son diagramme de perte de système, Aurora indique la quantité d'énergie qui sera perdue en cas de coupure afin que vous puissiez prendre une décision éclairée sur la pertinence de cette mesure. Pour une explication détaillée de l'écrêtage de l'onduleur et pour savoir quand un système avec écrêtage de l'onduleur a un sens, consultez notre article de blog sur le sujet.

Électronique de puissance au niveau du module (MLPE)

Les onduleurs à branche ne sont pas la seule option d'onduleur. Les micro-onduleurs, qui sont des onduleurs fixés à chaque panneau individuel (ou à un couple), permettent à chaque panneau de fonctionner à son point de puissance maximale, quelles que soient les conditions des autres panneaux. Dans cette configuration, il n'est pas nécessaire de s'assurer que les panneaux d'une même chaîne présentent les mêmes conditions. Les micro-inverseurs peuvent également faciliter l'ajout de panneaux supplémentaires à l'avenir. Nous abordons le MLPE plus en détail dans cet article.

Explorez quelques options différentes pour trouver la meilleure

Comme vous pouvez le constater, de nombreuses considérations entrent en ligne de compte lorsqu'il s'agit de brancher vos panneaux et de trouver l'onduleur et la configuration de branchement qui conviennent le mieux au client. Il se peut que vous ne parveniez pas à la conception optimale du premier coup, il peut donc être utile d'évaluer quelques options différentes. Cependant, pour que cela soit efficace, vous aurez besoin d'un processus vous permettant d'évaluer rapidement plusieurs conceptions, comme l'explique Christopher Hopper, co-fondateur d'Aurora, dans cet article de blog. C'est là que les logiciels solaires peuvent être particulièrement précieux.

Laissez les logiciels solaires faire le travail pour vous

Enfin, de nouveaux développements technologiques tels que la fonction d'autostringing d'Aurora (dont il est question ici) peuvent réellement faire le stringing pour vous ! Il tiendra compte des considérations abordées ici et vous présentera une configuration idéale de cordage.

 

Comprendre les principes de câblage des panneaux solaires vous permettra d'assurer une conception optimale pour vos clients. Nous espérons que cette introduction vous a été utile !


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