Les 5 Essentiels d’une installation solaire

Lorsqu’on débute dans un domaine, il faut commencer pas le commencement, et moi je démarre dans le solaire.

Cet article va présenter les 5 composants essentiels d’une installation solaire.

J’aime savoir de quoi je parle et j’aime comprendre comment les choses fonctionnent.

Donc avant de me lancer dans une installation solaire plus conséquente, j’ai décidé de me construire un banc de test.

J’ai des bases en électricité, je sais câbler une installation électrique mais je ne sais pas comment fonctionne une installation solaire. Comment les éléments interagissent entres eux, comment l’ensemble réagit aux températures, aux journées nuageuses, etc.

J’ai donc monté une installation solaire complète de faible puissance qui va me permettre de me familiariser avec les éléments, faire des mesures et des essais.

⚠️  Rappel de sécurité : l’utilisation de matériel électrique, particulièrement les panneaux solaires en courant continus peuvent être dangereux. La prudence dans la manipulation de ces équipements est donc de rigueur ! En cas de doute, faites appel à un spécialiste. Je ne peux être tenu responsable des conséquences de mauvaises manipulations.

L’article utilise plusieurs notions électriques. Ne cas de doute, consultez le glossaire ici

Voici donc les 5 composants essentiels d’une l’installation photovoltaïque.

Essentiel numéro 1 : Les Panneaux Solaires

Les panneaux solaires photovoltaïques (PV) sont composés d’une association de photopiles ou cellules photovoltaïques fixée dans un support. Ces éléments transforment le rayonnement lumineux directement en électricité par l’effet photo-électrique. Ils génèrent un courant continu (DC).

Il en existent de plusieurs types suivant la technologie utilisée mais les plus courants sont composés de silicium monocristallins ou polycristallins.

La différence tient au rendement qui est meilleur pour les cellules monocristallines avec par répercussion un prix supérieur.

Leur performance dépend du rayonnement disponible, de son spectre et de la température. La puissance d’un panneau se mesure en Watt-Crête (ou Watt-pic) noté Wp. Le Watt-crête est la puissance que va fournir le panneau dans des conditions dites “nominales” (ensoleillement de 1000W/m2 à 25°C)

Pour avoir des panneaux de différentes puissance, il suffit de faire varier le nombre de cellules associées entre elles (montées en série et/ou en parallèle pour ajuster la tension ou le courant). Ainsi on peut avoir des panneaux de 12, 24, 36, 48V et même plus.

☀️ Sur mon banc de test, j’ai installé deux panneaux monocristallins de 375Wp, 36V chacun monté en parallèles. Ils produisent donc 700Wp sous une tension de 36V.

Essentiel numéro 2 : Les Batteries

Les batteries sont les éléments de stockage de l’énergie. Elles sont capables de transformer l’énergie électrique en énergie chimique et vice-versa.

Le principe est d’avoir deux plaques de matériaux différent séparées par un électrolyte (solution qui isole électriquement les deux plaques mais permet aux ions de circuler).

Il en existe plusieurs types suivant les matériaux utilisés (plomb, nickel-cadmium, lithium) et le type d’électrolyte (fluide, gélifié,…).

Leur principales caractéristiques sont :

• La tension, exprimée en Volt (V). On trouve couramment 6, 12 ou 24V.
• La capacité, exprimé en Ampère-heure (Ah). 10, 20, 40, 80, 100, 200 Ah

Comme pour les panneaux, il est possible d’ajuster la tension et la capacité d’un parc de batteries :

• En les associant en série, on augmente la tension : deux batteries de 6V- 10Ah en série donnent un équivalent de 12V-10Ah.
• En les associant en parallèle on augmente la capacité : deux batteries de 6V – 10Ah en série donnent un équivalent 6V-20Ah.

Enfin, le rendement des batteries dépend lui aussi de la température : plus il fait froid plus le rendement baisse.

🥶 Vous avez déjà du vous rendre compte que votre téléphone ne tient pas bien longtemps dehors en hiver. Le froid fait baisser la capacité de la batterie et elle dure donc moins longtemps. Une astuce consiste à garder son téléphone au chaud dans une poche intérieure, idéalement au niveau de la poitrine là où il fait le plus chaud !

Pour être chargées, les batteries doivent recevoir une tension correspondant à leur caractéristiques et un courant ne dépassant pas en général 10% de sa capacité. C’est à dire qu’une batterie de 12V de 10Ah se charge avec une tension de 14V de maximum 1A. Au delà de ces 10%, la batterie risque de trop s’échauffer et la réaction chimique peu produire des gaz et détériorer l’électrolyte.

De plus, des batteries ne doivent pas être déchargées au delà de 50-40% de leur capacité (on parle de décharge profonde). Si cela arrive trop souvent, la batterie verra sa durée de vie fortement réduite. Idéalement on restera au dessus de 70%, de temps en temps jusqu’à 50% mais jamais en dessous de 40%.

🔋 Le banc de test est équipé de 2 batteries plomb gel de 12V d’une capacité de 200Ah montées en parallèles. Cette association équivaut à une batterie de 12V de 400Ah, soit une réserve théorique d’énergie électrique de 4800Wh (2400Wh utile si on ne dépasse pas 50% de décharge)

Essentiel numéro 3 : Le Contrôleur de charge

Le contrôleur de charge est l’appareil qui reçoit le courant venant des PV et qui gère la charge des batteries.

D’une part, le contrôleur va limiter ce flux vers les batteries pour les protéger. En effet, les PV ne produisent pas toujours le même flux d’électricité dans la journée et peuvent notamment produire plus que peut accepter les batteries. Elles doivent être chargées avec une tension et un courant défini. Le contrôleur de charge s’occupe donc de réguler le courant de charge.

D’autre part, le contrôleur va limiter la décharge des batteries là encore pour les protéger. Lorsque l’utilisation des batteries dépasse leur capacité, il va empêcher qu’elles ne se déchargent plus.

Il existe plusieurs type de contrôleurs de charge. Cependant, il y en a un qui est particulièrement intéressant : le type MPPT pour “Maximum Power Point Tracking”. Comme la puissance d’un PV varie en fonction du courant qu’il délivre, ce type de contrôleur va faire varier la charge pour rechercher le point de puissance maximal des panneaux.

⚙️Le banc de test accueil un contrôleur MPPT de 30A de courant de charge, une puissance PV max de 1170Wp sous 12V. (3510Wp sous 36V)

Essentiel numéro 4 : L’Onduleur

L’Onduleur est l’appareil qui transforme le courant continu (DC) en courant alternatif (AC). Selon l’appareil, il transforme du 12V ou 24V continu en 220V alternatif identique au prises de courant domestiques.

Branché sur une batterie, il permet de faire fonctionner des appareil courants comme de l’éclairage, un PC, un réfrigérateur. La liste des appareils dépend de la puissance qu’il peut fournir.

Ses caractéristiques sont principalement :

• sa puissance en W de sortie
• sa tension d’alimentation
• sa capacité à produire une onde sinusoïdale pure (ça veut dire un courant alternatif propre qui convient aux appareils courant).

Les appareils d’aujourd’hui proposent de plus en plus une sortie USB 5V permettant de charger directement un téléphone notamment.

🔌 L’onduleur du banc de test fonctionne en 12V pour une puissance maximale de 3000W avec deux prises 220V et une sortie USB 5V.

Essentiel numéro 5 : les Protections

La protection comprends la protection des personnes et la protection du matériel.

Pour la protection des personnes, il est nécessaires d’avoir un sectionneur permettant de couper l’alimentation venant des panneaux vers le contrôleur de charge. En effet, les panneaux sont sous tension dès qu’ils sont exposés à la lumière et on ne peut pas les éteindre! Le sectionneur va permettre de travailler sur les branchement en toute sécurité.

De plus, le cadre des panneaux ainsi que les appareils doivent être relié à la Terre pour éviter tout risque d’électrocution.

Pour la protection du matériel, il est impératif d’installer un dispositif contre les sustentions (disjoncteur ou fusible). Certains appareil intègre ses protections, mais il est plus sûr pour l’installation d’avoir ces dispositifs.

🛡️ Le banc de test intègre un sectionneur en sortie de panneaux, une mise à la Terre des éléments, ainsi qu’un fusible de batterie de 50A.

En résumé les composants d’une installation solaires sont :

• Les panneaux photovoltaïques
• Les batteries
• Le contrôleur de charge
• L’onduleur
• Les dispositifs de protection

Voici donc le banc de test équipé de tous ces éléments. Comme précisé, il s’agit d’un montage de test, donc réalisé avec du matériel de récupération pour la structure en bois. Alors oui c’est sans doute pas très joli 🤪 mais c’est fonctionnel ! (l’onduleur n’est pas encore branché sur la photo)

Les essais vont pouvoir commencer ! En plus ils démarrent début décembre, donc dans la période la plus mauvaise de l’année en terme de production solaire. Ce sera l’occasion d’appréhender les limites.

Bien sûr, vous êtres libre de me poser des questions techniques ou autres ! j’y répondrais du mieux que je peux !

Et vous ?! Faites vous aussi des expérimentations pour vous familiariser avec un domaine ?

Dites le moi en commentaires !

A bientôt !