Acheter et choisir ses panneaux solaires photovoltaiques en site isolé
Bien choisir ses modules solaires photovoltaïques est à la base de toute installation, quelle soit autonome ou raccordée au réseau.
Définition du Watt-Crête Le watt-crête est une unité représentant la puissance électrique maximale délivrée par une installation électrique solaire pour un ensoleillement standard de 1000W/m² à 25°C. Elle est généralement exprimée par la dénomination Wc. L'utilisation principale de cette unité est la comparaison du rendement et du prix des matériaux photovoltaïques.
Pour donner un ordre d'idée, 1kWc représente la puissance de 5 à 6m² de modules solaires avec une technologie courante, soit une énergie annuelle produite de 900 kWh à Lille et de 1300 kWh à Nice.
Panneaux photovoltaïques Pour accroître les valeurs des tensions ou des courants fournis, les cellules photovoltaïques sont regroupées en série et /ou en parallèle. Les panneaux destinés au grand public ne convertissent en énergie électrique que 15 % à 25% de l’énergie solaire reçue du soleil ce qui signifie que sur 1000 W/m2 reçu par le soleil on ne produit que 150W/m2 à 200W/m2. Tout comme les cellules qui constituent un module, lorsque l’on met des modules en série, les tensions s’ajoutent, et lorsque les modules sont mis en parallèles, ce sont les courants qui s’ajoutent. Le courant généré par N générateurs en série étant le même dans toute la branche, on prendra soin de ne connecter en série que des modules identiques ayant même densité de courant.
Fiche technique et caractéristiques d'un panneau photovoltaïque :
- Voc : tension à vide du module c'est à dire sans aucune charge connectée
- Impp : intensité nominale du module à pleine puissance soit à puissance crête Wc du module branché
- Umpp : tension nominale du module en fonctionnement donc en charge .
A savoir : L'intensité Impp du module solaire varie en fonction de la luminosité. A 1000W/m2 on aura Impp nominal du module. La tension varie peu en fonction de la luminosité mais elle varie en fonction de la température de cellules. Chaque degré en plus lui fait perdre du rendement et chaque degré en moins lui fait gagner du rendement. A 25°C on a Umpp du module, c'est donc la température de référence pour la puissance nominale du module solaire. Un module est donc fait pour produire sa pleine puissance avec un flux lumineux de 1000W/m2 avec une T°de cellules de 25°avec un angle d'incidence à la perpendiculaire. La météo idéale pour un champ photovoltaique, c'est donc un temps frais et lumineux comme ça arrive l'hiver. C'est à cette période que l'installation fera sans doute ces pointes de puissances. ( si I au max et U au max on P=UxI donc P au max ). La quantité d'énergie quotidienne produite sera tout de même nettement plus intéressante l'été car le nombre d'heures d'ensoleillement est beaucoup plus important. L'énergie est la puissance multipliée par le facteur temps.
Panneaux photovoltaïques pour sites isolés : On touche là un point essentiel du site isolé et autonome. En effet, il ne suffit pas d'avoir des modules à sa disposition pour être sûr d'avoir une installation qui fonctionne correctement. Les modules couramment utilisés sur le marché pour la connection réseau sont mis en série les uns aux autres pour obtenir des branches ( dits souvent strings ). Ces branches ont des tensions importantes entre 350V et 1000V et elles sont raccordées ensuite en parallèle ou indépendamment à ( aux ) l' onduleur(s).
On utilise donc des onduleurs réseaux centraux capables d'avoir des tensions d'entrées qui supportent ces caractéristiques de cablâge. En site autonome, on a généralement des tensions d'entrées inférieures puisque l'on charge un parc batterie en 12/24/48V. Pour charger ces batteries, on passe par un régulateur de charge qui lui aussi admet des tensions d'entrées et de sorties compatibles avec les modules et les batteries. On parle généralement de module 12 Volts car ils vont être connectés à des batteries en 12V. En réalité un parc de batteries en 12V va demander un cycle de charge spécifique que va gérer le régulateur. Dans ce cycle de charge propre à la technologie de batterie ( gel, agm etc..), on va imposer des tensions de charge de l'ordre de 14V à 15V. Si le module fait 12V de par ses caractéristiques, il va avoir bien du mal à envoyer 15V. On utilise donc des modules qui ont des tensions en charge aux environs des 18V. Idem pour un système 24V volts où l'on va utiliser des modules qui ont des tensions idéalement de 35V-36V. ( Umpp ) Une cellule photovoltaique d'un module faisant approximativement 0.487 volts, il nous faut des modules qui ont en série 36 cellules ( pour du 12v ) ou 72 cellules ( pour du 24V ). En appliquant ce principe, vous êtes sûrs d'avoir des modules adaptables à vos batteries et utilisables avec un régulateur de charge standard dit PWM. C'est pourquoi vous trouverez sur le marché des modules dits pour sites isolés qui ont des caractéristiques bien adaptés aux batteries.
Pour une petite installation avec de faible puissance, ces panneaux solaires 12 / 24V sont intéressants
Au delà, nous conseillons d'adaptés des modules " réseau " qui sont beaucoup plus puissants et bien moins chers. Pour utiliser des modules " réseau ", il faut qu'ils aient des caractéristiques qui s'adaptent aussi aux batteries et ce n'est pas toujours le cas. Pour y arriver, on va utiliser un régulateur Mppt qui a la fonction d'ajuster et modifier la courbe tension/courant pour fournir la tension idéale au parc batterie. Le régulateur Mppt, plus cher que ces confrères PWM va pouvoir modifier la tension du module et fournir la tension nécessaire pour effectuer une charge à 100% des batteries.
Un MPPT à deux fonctions : Trouver la puissance optimale des panneaux afin de fournir le maximum d’énergie (ce que ne fais pas les autres régulateurs qui sont généralement optimisés pour un seul point de fonctionnement = en plein soleil) Adapter l’impédance entre panneaux et batteries tout en conservant l’énergie. Exemple avec un panneau solaire ayant pour caractéristique Vmpp= 30V et Impp=8.3A soit (250Wc) qu'on utilise pour charger un parc batterie de 24V : Si on utilise un régulateur classique, le courant de charge dans la batterie sera de 8.3A, on récupère en gros 200W (8.3A x24V ), les 24V correspondent à la tension imposée par la batterie. On a ici 20% de pertes de puissance ( 200Wc/250Wc ). Avec un MPPT, le régulateur va imposer un courant de charge proche de 10.5A ce qui signifie qu'on va récupérer nos 250Wc de puissance solaire ( 10.5 x 24V ) ! Le régulateur Mppt a donc compensé la baisse de tension en augmentant le courant de charge. Par ailleurs des batteries en 24V demandent une tension de charge qui fait à 80% de la charge ( tension d'absorption ) à peu près 30V. La tension du module peut varier et chuter avec l'augmentation de la T° extérieure. On peut se retrouver dans une configuration ou le panneau solaire ne peut pas attribuer la tension nécessaire à une bonne charge batteries. Si c'est le cas il y aura moins d'autonomie et une usure prématurée du parc de stockage. Pour éviter ça, on fera en sorte d'avoir toujours une tension module supérieure à la tension de charge max des batteries. Pour y arriver, on mettra 2 modules solaires en série pour obtenir 60V de tension sur la chaine de panneau. Dans ce cas, il faudra donc veiller à installer un régulateur Mppt qui accepte cette tension d'entrée et qui soit aussi capable de compenser le décalage de tension :
Focus :
Si batteries en 12V et 500Wc de panneau avec 60V, il faut un régulateur Mppt de 40A
Si batteries en 24V et 500Wc de panneau avec 60V, il faut un régulateur Mppt de 20A
Tous les régulateurs Mppt ne sont pas capables de passer de 60V panneau à 12V batterie, ce qui explique les différences de coûts entre les différents régulateurs du marché, il faudra donc bien étudier la fiche technique du régulateur Mppt. Un régulateur Mppt permet d'augmenter les performances d'une installation d'environ 15-30% par rapport à un régulateur classique et il permet d'utiliser des modules réseaux puissants et moins chers car produits à grande échelle.
Notre conseil :
- Acheter des modules 12 ou 24V avec un régulateur classique Pwm pour des petites installations jusqu'à 300Wc. La gamme de puissance de ces modules va de 10Wc à 150Wc.
- Acheter des modules réseaux avec un régulateur Mppt si l'installation dépasse les 300Wc. La gamme de puissance va de 300Wc à 400Wc et jusque 450Wc avec certains modules spécifiques. Le régulateur Mppt sera plus cher mais beaucoup plus performant et les modules accessibles à des prix très compétitifs.
Autres articles du blog sur le sujet :
La boutique spécialisée de vente en ligne : www.avelheol.fr Contact installateur : www.grenergies.com