Panneau photovoltaïque

Panneau photovoltaïque

Le panneau solaire photovoltaïque

Si les panneaux solaires photovoltaïques sont constitués de cellules photovoltaïques individuelles connectées entre elles, alors lePanneau solaire photovoltaïque, également connu simplement sous le nom dePanneau solaireest un système composé d’un groupe de panneaux solaires reliés entre eux.

Un panneau photovoltaïque est donc plusieurs panneaux solaires câblés électriquement ensemble pour former une installation photovoltaïque beaucoup plus grande (système PV) appelée un réseau, et en général plus la surface totale du réseau est grande, plus il produira d’électricité solaire.

Un système photovoltaïque complet utilise un panneau photovoltaïque comme source principale pour la production de l’alimentation électrique. La quantité d’énergie solaire produite par un seul panneau ou module photovoltaïque n’est pas suffisante pour un usage général.

La plupart des fabricants produisent un panneau photovoltaïque standard avec une tension de sortie de 12V ou 24V. En connectant de nombreux panneaux photovoltaïques simples en série (pour une exigence de tension plus élevée) et en parallèle (pour une exigence de courant plus élevée), le panneau photovoltaïque produira la puissance de sortie souhaitée.

Un panneau solaire photovoltaïque

Un panneau solaire photovoltaïque

Les cellules et panneaux photovoltaïques convertissent l’énergie solaire en électricité à courant continu (CC). La connexion des panneaux solaires dans un seul panneau photovoltaïque est la même que celle des cellules photovoltaïques dans un seul panneau.

Les panneaux d’un réseau peuvent être connectés électriquement ensemble en série, en parallèle ou en un mélange des deux, mais généralement une connexion en série est choisie pour donner une tension de sortie accrue. Par exemple, lorsque deux panneaux solaires sont câblés ensemble en série, leur tension est doublée alors que le courant reste le même.

La taille d’un panneau photovoltaïque peut consister en quelques modules ou panneaux photovoltaïques individuels connectés ensemble dans un environnement urbain et montés sur un toit, ou peut consister en plusieurs centaines de panneaux photovoltaïques interconnectés ensemble dans un champ pour fournir de l’énergie à toute une ville ou à un quartier. La flexibilité du panneau photovoltaïque modulaire (système photovoltaïque) permet aux concepteurs de créer des systèmes d’énergie solaire pouvant répondre à une grande variété de besoins électriques, quelle que soit leur taille.

Il est important de noter que les panneaux photovoltaïques ou les modules de différents fabricants ne doivent pas être mélangés dans un seul réseau, même si leurs sorties de puissance, de tension ou de courant sont nominalement similaires. En effet, les différences dans les courbes caractéristiques I-V des cellules solaires ainsi que leur réponse spectrale sont susceptibles de provoquer des pertes supplémentaires de discordance au sein du réseau, réduisant ainsi son efficacité globale.

Les caractéristiques électriques d’un panneau photovoltaïque

Les caractéristiques électriques d’un panneau photovoltaïque sont résumées dans la relation entre le courant de sortie et la tension. La quantité et l’intensité de l’insolation solaire (irradiance solaire) contrôlent la quantité de courant de sortie (I), et la température de fonctionnement des cellules solaires affecte la tension de sortie (V) du panneau photovoltaïque. Les courbes de panneaux photovoltaïques (I-V) qui résument la relation entre le courant et la tension sont données par les fabricants et sont données comme:

Paramètres des panneaux solaires

COV = tension en circuit ouvert :– Il s’agit de la tension maximale fournie par le réseau lorsque les bornes ne sont connectées à aucune charge (condition de circuit ouvert). Cette valeur est beaucoup plus élevée que Vmax qui se rapporte au fonctionnement du panneau photovoltaïque qui est fixé par la charge. Cette valeur dépend du nombre de panneaux photovoltaïques connectés ensemble en série.

ISC = courant de court-circuit– Le courant maximal fourni par le panneau photovoltaïque lorsque les connecteurs de sortie sont court-circuités ensemble (condition de court-circuit). Cette valeur est beaucoup plus élevée que Imax qui se rapporte au courant normal du circuit de fonctionnement.

Pmax = point de puissance maximale– Cela concerne le point où la puissance fournie par la matrice connectée à la charge (batteries, onduleurs) est à sa valeur maximale, où Pmax = Imax x Vmax. Le point de puissance maximale d’un panneau photovoltaïque est mesuré en watts (W) ou en watts de crête (Wp).

FF = facteur de remplissage –Le facteur de remplissage est la relation entre la puissance maximale que le réseau peut effectivement fournir dans des conditions normales de fonctionnement et le produit de la tension en circuit ouvert multipliée par le courant de court-circuit, ( Voc x Isc ) Cette valeur de facteur de remplissage donne une idée de la qualité du réseau et plus le facteur de remplissage est proche de 1 (unité), Plus la baie peut fournir de puissance. Les valeurs typiques sont comprises entre 0,7 et 0,8.

% eff = pourcentage d’efficacité –L’efficacité d’un panneau photovoltaïque est le rapport entre la puissance électrique maximale que le réseau peut produire par rapport à la quantité d’irradiance solaire frappant le réseau. L’efficacité d’un panneau solaire typique est normalement faible, autour de 10-12%, selon le type de cellules (monocristallines, polycristallines, amorphes ou à couche mince) utilisées.

Les courbes des caractéristiques photovoltaïques I-V fournissent les informations dont les concepteurs ont besoin pour configurer des systèmes capables de fonctionner aussi près que possible du point de puissance de crête maximal. Le point de puissance de crête est mesuré lorsque le module PV produit sa quantité maximale de puissance lorsqu’il est exposé à un rayonnement solaire équivalent à 1000 watts par mètre carré, 1000 W / m2 ou 1kW / m2. Considérez le circuit ci-dessous.

Connexions de panneaux photovoltaïques

Connexions de panneaux photovoltaïques

Ce panneau photovoltaïque simple ci-dessus se compose de quatre modules photovoltaïques comme indiqué, produisant deux branches parallèles dans lesquelles il y a deux panneaux photovoltaïques qui sont connectés électriquement ensemble pour produire un circuit en série. La tension de sortie du réseau sera donc égale à la connexion série des panneaux photovoltaïques, et dans notre exemple ci-dessus, cela est calculé comme suit: Vout = 12V + 12V = 24 Volts.

Le courant de sortie sera égal à la somme des courants de branche parallèle. Si nous supposons que chaque panneau PV produit 3,75 ampères en plein soleil, le courant total (IT) sera égal à: IT = 3,75A + 3,75A = 7,5 Ampères. Ensuite, la puissance maximale du panneau photovoltaïque en plein soleil peut être calculée comme suit: Moue = V x I = 24 x 7,5 = 180W.

Le panneau photovoltaïque atteint son maximum de 180 watts en plein soleil car la puissance maximale de sortie de chaque panneau ou module PV est égale à 45 watts (12V x 3,75A). Cependant, en raison des différents niveaux de rayonnement solaire, de l’effet de température, des pertes électriques, etc., la puissance de sortie maximale réelle est généralement bien inférieure aux 180 watts calculés. Ensuite, nous pouvons présenter les caractéristiques de nos panneaux photovoltaïques comme étant.

Caractéristiques des panneaux photovoltaïques

Caractéristiques des panneaux photovoltaïques


Diodes de dérivation dans les panneaux photovoltaïques

Les cellules photovoltaïques et les diodes sont à la fois des dispositifs semi-conducteurs fabriqués à partir d’un matériau en silicium de type P et d’un matériau en silicium de type N fusionnés. Contrairement à une cellule photovoltaïque qui génère une tension lorsqu’elle est exposée à la lumière, les diodes à jonction PN agissent comme une vanne électrique unidirectionnelle à l’état solide qui ne permet au courant électrique de circuler à travers elles-mêmes que dans une seule direction.

L’avantage est que les diodes peuvent être utilisées pour bloquer le flux de courant électrique provenant d’autres parties d’un circuit solaire électrique. Lorsqu’ils sont utilisés dans un panneau solaire photovoltaïque, ces types de diodes au silicium sont généralement appelés diodes bloquantes.

Dans le tutoriel précédent sur les panneaux photovoltaïques, nous avons vu que les « diodes de dérivation » sont utilisées en parallèle avec une ou plusieurs cellules solaires photovoltaïques pour empêcher le courant (s) de circuler de bonnes cellules photovoltaïques bien exposées à la lumière du soleil surchauffer et brûler les cellules photovoltaïques faibles ou partiellement ombragées en fournissant un chemin de courant autour de la mauvaise cellule. Les diodes de blocage sont utilisées différemment des diodes de dérivation.

Les diodes de dérivation sont généralement connectées en « parallèle » avec une cellule ou un panneau PV pour détourner le courant qui l’entoure, tandis que les diodes de blocage sont connectées en « série » avec les panneaux photovoltaïques pour empêcher le courant de revenir en eux. Les diodes de blocage sont donc différentes des diodes de dérivation, bien que dans la plupart des cas, la diode soit physiquement la même, mais elles sont installées différemment et servent un but différent. Considérez notre panneau solaire photovoltaïque ci-dessous.

Diodes dans les panneaux photovoltaïques

Diodes dans les panneaux photovoltaïques

Comme nous l’avons dit précédemment, les diodes sont des dispositifs qui permettent au courant de circuler dans une seule direction. Les diodes colorées en vert sont les diodes de dérivation familières, une en parallèle avec chaque panneau PV pour fournir un chemin de faible résistance autour du panneau. Cependant, les deux diodes colorées en rouge sont appelées « diodes de blocage », une en série avec chaque branche série. Ces diodes de blocage garantissent que le courant électrique ne circule HORS de la matrice série vers la charge externe, le contrôleur ou les batteries.

La raison en est d’empêcher le courant généré par les autres panneaux photovoltaïques connectés en parallèle dans le même réseau de refluer à travers un réseau plus faible (ombragé) et également d’empêcher les batteries complètement chargées de se décharger ou de se vider à travers le panneau photovoltaïque la nuit. Ainsi, lorsque plusieurs panneaux photovoltaïques sont connectés en parallèle, des diodes de blocage doivent être utilisées dans chaque branche connectée en parallèle.

D’une manière générale, les diodes de blocage sont utilisées dans les panneaux photovoltaïques lorsqu’il y a deux branches parallèles ou plus ou qu’il est possible qu’une partie du réseau devienne partiellement ombragée pendant la journée lorsque le soleil se déplace dans le ciel. La taille et le type de diode de blocage utilisée dépendent du type de panneau photovoltaïque. Deux types de diodes sont disponibles pour les panneaux solaires : la diode silicium à jonction PN et la diode barrière Schottky. Les deux sont disponibles avec une large gamme de cotes actuelles.

La diode barrière Schottky a une chute de tension directe beaucoup plus faible d’environ 0,4 volts, contrairement aux diodes PN de 0,7 volt pour un dispositif en silicium. Cette chute de tension plus faible permet une économie d’une cellule photovoltaïque complète dans chaque branche en série du panneau solaire, par conséquent, le réseau est plus efficace car moins de puissance est dissipée dans la diode de blocage. La plupart des fabricants incluent des diodes de blocage dans leurs modules photovoltaïques, ce qui simplifie la conception.

Construisez votre propre panneau photovoltaïque

La quantité de rayonnement solaire reçue et la demande quotidienne d’énergie sont les deux facteurs déterminants dans la conception du panneau photovoltaïque et des systèmes d’énergie solaire. Le panneau photovoltaïque doit être dimensionné pour répondre à la demande de charge et tenir compte de toute perte du système, tandis que l’ombrage de toute partie du panneau solaire réduira considérablement la production de l’ensemble du système.

Si les panneaux solaires sont connectés électriquement ensemble en série, le courant sera le même dans chaque panneau et si les panneaux sont partiellement ombragés, ils ne peuvent pas produire la même quantité de courant. De plus, les panneaux photovoltaïques ombragés dissiperont l’énergie et les déchets sous forme de chaleur plutôt que de la générer et l’utilisation de diodes de dérivation aidera à prévenir de tels problèmes en fournissant un chemin de courant alternatif.

Les diodes de blocage ne sont pas nécessaires dans un système entièrement connecté en série, mais doivent être utilisées pour empêcher un flux de courant inverse des batteries vers le réseau pendant la nuit ou lorsque l’irradiance solaire est faible. D’autres conditions climatiques que la lumière du soleil doivent être prises en compte dans toute conception.

Étant donné que la tension de sortie de la cellule solaire au silicium est un paramètre lié à la température, le concepteur doit être conscient des températures quotidiennes dominantes, à la fois extrêmes (élevées et basses) et des variations saisonnières. De plus, la pluie et les chutes de neige doivent être prises en compte dans la conception de la structure de montage. La charge du vent est particulièrement importante dans les installations au sommet des montagnes.

Dans notre prochain tutoriel sur « L’énergie solaire », nous verrons comment nous pouvons utiliser des panneaux photovoltaïques semi-conducteurs et des panneaux solaires dans le cadre d’un système photovoltaïque autonome pour générer de l’énergie pour des applications hors réseau.

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