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Caractéristiques des panneaux photovoltaïques : optimiser son installation

Un panneau solaire photovoltaïque permet de transformer la lumière en électricité, mais cette transformation a ses limites:

  • Rendement de 14% : on ne récupère qu'un faible pourcentage d'énergie solaire qui devient de l'électricité, c'est à dire que pour 1000W d'ensoleillement, on extrait que 140W d'électricité.
  • La courbe de réponse d'un panneau photo-voltaïque n'est pas linéraire, il y a un "max power point" MPP où la puissance est maximale puis elle chute rapidement. On utilise donc des régulateurs solaires qui "traquent" ce point (MPPT) afin d'obtenir le plus de puissance possible délivré à la charge. Cette caractéristique est décrite plus loin.
  • Plus la température augmente (ce qui est le cas lorsqu'un panneau solaire est au soleil!), et plus les performances du panneau baissent.

Choisir ses panneaux, son régulateur, et son installation solaire

Vous voyez que l'énergie solaire est difficile à capter et qu'il faut optimiser votre installation afin de limiter les pertes au maximum:
  • choisir un régulateur MPPT qui traque le meilleur rendement du panneau. Ceci permet de gagner 30% par rapport à un régulateur classique. Les régulateurs MPPT ont approximativement tous le même rendement (90 à 95%), mais sont bien meilleurs que les régulateurs simples (60% de rendement) gérant uniquement la charge batterie.
  • Choisir son coefficient thermique :  le rendement d'un panneau étant variable selon la température (on gagne de la puissance quand la température baisse, on pert de la puissance quand la température augmente), vous choississez vos panneaux selon la région où vous habitez. Dans les nord, il fait frais et c'est mieux de prendre un panneau avec un fort coefficient thermique (-1%/°C ou -5W/°C par exemple). Ceci va permettre d'augmenter votre production grâce au froids par rapport à un panneau avec un faible coefficient thermique. A l'inverse, dans le sud il fait chaud et il faut prendre un panneau avec un faible coefficient thermique (-0.3%/°C par exemple) qui aura pour effet de diminuer les pertes dues à la chaleur. Cette astuce (qui est difficile à croire je le reconnais, mais faites les calculs et vous verrez) permet d'optimiser un peu plus votre installation par rapport à une situation où vous n'y auriez pas fait attention.
  • choisir un cablage suffisamment gros (6mm²) et pas trop long afin de limiter les pertes cables. Le cable représente 0.8% environ de pertes.
  • Mettre en série les panneaux plutôt qu'en parallèle pour limiter les pertes cable ou les pertes régulateur. En effet, si vous mettez les panneaux en parallèle, l'intensité plus importante ce qui génère des pertes dans les cables, les connecteurs, les composants, etc...
  • Choisir 1 string au lieu de 2 strings quand le cas se présente. En prenant un seul string (une connexion série de panneaux), la tension va être plus importante qu'avec 2 strings ce qui permet de limiter l'intensité et d'avoir un meilleur rendement au niveau du régulateur.
  • Eviter au maximum les ombres sur un panneau : la moindre ombre fait chuter quasiment à zero la puissance du panneau (mais n'empêche pas les autres de fonctionner). Les diodes by-pass permettent de couper le panneau en 3 afin d'avoir 3 zones séparées par panneau, comme si on avait 3 mini panneaux. En cas d'ombre partielle, vous perdez 33% ou 66% au lieu de 100% d'un coup si y'avait pas les diodes.
  • On exploite rarement un panneaux au maximum de sa puissance (à cause de la température, de l'éclairement variable, des pertes...). Pour un panneau de 100W, on ne récupère que 70W par beau temps, et 40W en moyenne tout le temps, voir 10W par temps gris ! C'est à prendre en compte pour calculer la puissance dont vous avez besoin. 
  • Entre un panneau solaire monocristalin de 100W et un panneau photovoltaïque polycristalin de 100W, les 2 fournissent 100W ! C'est pareil, la seule différence c'est que le panneau monocristalin prendra moins de place mais coûtera plus cher. Faites votre choix selon l'encombrement de votre toit et le coef thermique du panneau.

Régulateur MPPT et Max Power Point d'un panneau solaire

Le but premier d'un régulateur solaire, c'est de récupérer l'énergie du panneau photovoltaïque pour la transporter vers des batteries ou le réseau électrique via un onduleur.

Lorsqu'on consomme l'énergie d'un panneau solaire, plus on demande de puissance et plus on a d'intensité, la tension baissant faiblement. Mais il arrive un moment où le panneau ne peu plus fournir ce qu'on lui demande car on a dépassé ses capacités. Ce moment est variable selon la puissance des panneaux, l'ensoleillement et la température. Cest le MPP ou "max power point". Si on continue à demander plus d'énergie au panneau (ce qui arrive tout le temps), sa tension chute brutalement et il n'y a presque plus de puissance.

Le but est donc d'utiliser un régulateur MPPT qui va "Traquer" le point "MPP" afin de ne pas le dépasser et fournir en permanence le maximum de puissance. Si on utilise pas de régulateur MPPT, on dépasse ce point et la puissance peut chuter de 50% facilement.

Selon votre installation, votre régulateur aura différentes fonctionnalités:

Installations 3kw sur le toit d'une maison
  • Votre régulateur/onduleur converti la puissance électrique des panneaux grâce à un convertisseur DC/AC , et la restitue sur le réseau électrique EDF / ERDF via des compteurs et disjoncteurs.
  • Tous ces onduleurs sont MPPT, c'est à dire qu'ils recherchent le point de puissance maximum à tout instant.
  • Ils ont un rendement de 95% en moyenne, c'est à dire que vous perdez que 5% de puissance durant la conversion 2000W continu et 2000W alternatif (3000w de panneau ne fourni que 2000W d'électricité comme précisé plus haut!).
Installation individuelle 12V ou 24V
  • Votre régulateur récupère la puissance des panneaux
  • Il peut la convertir grâce à un convertisseur DC/DC MPPT (rendement 90%), ou ne rien faire (rendement 60%) et être (in)directement connecté à une batterie ou à vos équipements (ce qui est la cas des régulateurs classiques).
  • Le rendement est moins bon qu'avec régulateur 220V, car à 12V l'intensité est énorme ce qui impose plus de pertes dans les composants et la connectique.
  • Il régule la charge de la batterie pour limiter la tension et l'intensité, ou ne peut limiter que la tension (il faut alors bien dimensionner votre batterie).
  • Il coupe l'alimentation de vos équipements quand la batterie est trop faible pour éviter de l'abimer.
  • Il peut optimiser la durée de vie de vos batteries en utilisant une charge par impulsions et ainsi désulfate en permanence vos batteries.

Exemple de calcul MPPT et sans MPPT

Pour mieux comprendre l'intérêt d'un régulateur MPPT, voici un exemple dans une situation idéale où le point MPP ne bouge pas, à 1000W d'ensoleillement et 25°C (situation du datasheet, mais quasiment impossible à obtenir réellement):
  • 21V à vide
  • 8,5A en cours circuit
  • 17V et 8A au point MPP (136W)
Si on branche une batterie (déchargée à 12V) directement ou avec un régulateur simple, voici ce qui se passerait:
  • la tension du panneau passe à 12V
  • l'intensité est maximale, à savoir 8,5A.
  • la puissance est de 102W avec une connexion directe (12Vx8.5A)
  • On a donc une perte de 34W par rapport aux 136W espérés car on a dépassé le point MPP et donc le panneau délivre moins de puissance (plus d'intensité, mais beaucoup moins de tension)
Pour réussir à exploiter les 34W perdu, on utilise un régulateur MPPT qui va diminuer l'intensité du panneau (donc faire remonter la tension du panneau) et transformer le surplus de puissance en intensité pour la batterie :
  • avec un régulateur MPPT, la tension du panneau est de 17V alors que la tension de la batterie est restée à 12V
  • l'intensité coté panneau est de 8A alors qu'elle est de 10A coté batterie
  • La puissance panneau est de 136W alors qu'elle est de 120W pour la batterie avec MPPT
Comme vous pouvez le voir, on fournis plus de puissance (et même plus d'intensité) à la batterie avec le régulateur MPPT qu'avec une connexion directe. Ceci car au point MPP on a 5V de plus qui équivaut à presque 40W de puissance supplémentaire. Le transfert de puissance est réalisé par un système de conversion DC/DC (hacheur), mais comme y'a des pertes (10%), on ne gagne globalement que  18W dans ce cas précis. Mais dans les cas réels (où MPP bouge), on gagne globalement 30% de plus avec un régulateur MPPT qu'avec un régulateur simple.

Il faut aussi faire attention aux cours circuits avec MPPT, car transformer 140W sous une tensions de 1V (tension du cours circuit en comptant les pertes cables et en supposant la batterie non branchée), on aurait 140A !!


Caractéristiques des panneaux photovoltaïques : optimiser son installation : dernières mises à jour (29/11/2011)

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