Comment connecter des panneaux solaires. Que faut-il savoir lors du branchement d’une batterie solaire ? Comment connecter un contrôleur solaire

Récemment, nous avons remarqué que les propriétaires de petits et grands biens immobiliers périurbains s'intéressent de plus en plus aux énergies alternatives, et notamment à la production d'électricité à partir de panneaux solaires (batteries solaires, modules photovoltaïques, FSM).

Cela est dû à la baisse des prix des panneaux solaires et à la sensibilisation croissante de la population aux opportunités émergentes. Mais malgré la baisse des prix, le délai d'amortissement des systèmes d'approvisionnement en énergie solaire (éolienne, etc.) en présence d'un réseau électrique connecté reste très long (10 ans ou plus, compte tenu de la dépréciation des batteries).

S'il n'y a pas de réseau électrique, en été, l'électricité solaire peut être un excellent moyen de répondre aux besoins de base : éclairage, petit réfrigérateur, pompe et télévision/radio. Et tout cela à un prix raisonnable, comparable au prix d'un générateur à gaz, même sans tenir compte de la consommation de carburant et des ressources de ce dernier.

Les principaux composants d’un système d’alimentation en énergie solaire à faible coût sont :

Panneau solaire ou batterie de panneaux connectés en série ou en parallèle ;

Contrôleur de panneau solaire - contrôleur de charge de batterie à partir de panneaux solaires ;

Batterie rechargeable (batterie) ou batterie pour stocker l'électricité en cas de pointes de charge, de nuit et de temps nuageux ;

Onduleur de tension (ou alimentation sans interruption avec batteries externes) pour convertir la tension continue basse tension en tension alternative 220 Volts 50 Hz.**

Le contrôleur dans un système économique est généralement un appareil peu coûteux fabriqué en Chine avec trois paires de bornes, conçu pour une batterie de panneaux solaires d'une puissance de 100 à 500 watts, avec ou sans fonction MPPT et doté d'un minimum de réglages, principalement liés à l’éclairage nocturne et au MPPT. Dans cet article, nous fournirons les connaissances nécessaires : l'ordre de connexion des composants du système*.

Schéma de connexion des composants du système d'énergie solaire

La procédure de connexion du contrôleur de panneau solaire :

Tout d'abord, une batterie chargée (batterie) est connectée au contrôleur.

Ceci est nécessaire pour que le contrôleur détermine correctement la tension nominale du système (généralement 12 V ou 24 V). L'épaisseur de tous les fils doit être sélectionnée en fonction du courant nominal du contrôleur*** ;

Attention! Une polarité incorrecte (+/-) peut endommager le contrôleur ;

Connectez le panneau solaire au contrôleur, en vérifiant d'abord la polarité de la connexion.

Attention! Une polarité incorrecte (+/-) peut entraîner une défaillance des composants du système, des deux panneaux et du contrôleur lui-même ;

La troisième paire de bornes est destinée uniquement à l'éclairage nocturne programmé à basse tension ! Connecter une charge importante à ces bornes peut endommager le contrôleur, car ils sont conçus pour un faible courant.

L'éclairage de nuit (si installé) est allumé automatiquement par le contrôleur après le coucher du soleil et fonctionne sur la tension de la batterie. De nombreux contrôleurs vous permettent de définir le moment d'un éclairage donné après le coucher du soleil, et certains vous permettent d'allumer l'éclairage pendant un certain temps avant le lever du soleil ;

Un onduleur de tension 12V → 220V (24V → 220V) ou une alimentation sans interruption (UPS) doit être connecté directement à la batterie.

Pendant les charges de pointe (démarrage), la batterie agit comme un tampon qui protège le contrôleur contre les dommages, puisqu'une batterie au plomb conventionnelle est capable de fournir un courant dix fois supérieur à la capacité nominale ;

Attention! Une polarité de connexion incorrecte (+/-) peut endommager l'onduleur ;

La charge requise fonctionnant à partir de 220 Volts est connectée à l'onduleur de tension (UPS). La consommation de courant de pointe de la charge ne doit pas dépasser les capacités de l'onduleur !

Le choix d'onduleurs de tension et d'onduleurs est assez large et les prix sont bas. Il vous suffit de sélectionner l'onduleur adapté à votre charge en fonction de la valeur de puissance crête (capacité de surcharge) et de la forme du signal de tension (sinusoïdal "modifié" ou "pur").

Si vous êtes intéressé par les systèmes d'alimentation solaire, n'hésitez pas à nous contacter pour obtenir des conseils.

* Le schéma de connexion donné correspond à la plupart des contrôleurs fabriqués en Chine avec trois paires de bornes. Dans tous les cas, avant de vous connecter, il est recommandé de lire ou simplement d'étudier la notice du contrôleur. Suivez les règles de travail sécuritaire avec l'électricité !

** Pour une accumulation et un stockage optimaux de l'électricité solaire dans la batterie, il est recommandé d'utiliser des onduleurs avec un « mode veille » ou un UPS line-interactif.

*** La règle générale est de 1 mm2 pour 10 ampères de courant, mais des fils plus épais rendront le système plus fiable et plus économe en énergie.

Connecter des panneaux solaires soulève souvent certaines questions, notamment lorsqu'il faut connecter plusieurs modules. Il semble qu’il s’agisse d’un processus très complexe qui nécessite des connaissances spécifiques. Mais en fait, le schéma de raccordement est très simple, il est facile de mettre en œuvre et d'assembler une batterie photo de la puissance requise.

Il existe trois options pour connecter les batteries à un circuit commun. Il s'agit de connexions série, parallèle et mixtes (série-parallèle).

Dans ce cas, les bornes du même nom des deux modules sont reliées entre elles (« plus » avec « plus », « moins » avec « moins »). Ensuite, des fils sortent des bornes de l'un des photomodules, qui sont connectés soit au contrôleur de charge, soit directement à la batterie. Ainsi, vous pouvez combiner n'importe quel nombre de panneaux solaires, l'essentiel est de connecter uniquement les bornes du même nom entre elles.

Ce circuit consiste à connecter le « plus » du premier module au « moins » du second, et la sortie des fils externes du « moins » du premier photomodule et du « plus » du second. Ici, le nombre de panneaux solaires qui seront combinés dans une seule batterie n'a pas non plus d'importance. L'essentiel est de ne pas violer le principe. « Plus » du premier au « moins » du second, « plus » du deuxième au « moins » du troisième, « plus » du troisième au « moins » du quatrième, etc. Les fils des bornes inutilisées (« moins » du premier module et « plus » du dernier) sont envoyés au contrôleur ou à la batterie.

Un schéma de connexion mixte est souvent utilisé. Dans ce cas, vous devez d'abord assembler deux groupes de modules connectés en parallèle (en combinant des bornes du même nom), puis les connecter les uns aux autres en série comme s'il s'agissait de modules uniques et non de groupes. Le nombre de groupes (ainsi que le nombre de batteries qu'ils contiennent) peut être quelconque.

Pourquoi différentes connexions sont-elles nécessaires ?

Différentes méthodes de commutation sont nécessaires pour obtenir les paramètres de sortie souhaités. Par exemple, si vous devez fournir une puissance de 160 W et une tension de 12 V, mais que la puissance d'une batterie solaire n'est que de 80 W aux 12 V requis, cela signifie que vous devez connecter 2 batteries en parallèle. En conséquence, la tension du système ne changera pas (12 V) et la puissance de sortie totale deviendra 160 W. S'il est nécessaire d'obtenir une tension de sortie non pas de 12 V, mais, par exemple, de 24 V, alors dans ce cas, une connexion en série de deux modules est utilisée. Le circuit mixte permet de régler les deux paramètres simultanément. Ainsi, en utilisant différents types de commutation, il est possible d'assembler une centrale solaire avec des caractéristiques parfaitement adaptées à son fonctionnement.

Connexion au système énergétique domestique

Quant à l'intégration de la batterie solaire assemblée dans le système énergétique d'une maison privée, il existe plusieurs options. Ainsi, le plus populaire est un circuit utilisant un contrôleur de charge, un onduleur de batterie et des batteries. La tension de l'héliofield est d'abord dirigée pour charger la batterie et ensuite seulement est transférée à la charge.

La charge est généralement divisée en 2 catégories : redondante (réfrigérateurs, chaudières à gaz, éclairage de secours, etc.) et non redondante (éclairage ordinaire, ordinateur, etc.). La consommation électrique des appareils redondants peut être quelconque, mais la durée de leur fonctionnement autonome est déterminée par la capacité de la batterie.

Grâce à la présence d'un onduleur de batterie spécial, il devient possible de transférer de l'électricité vers les charges si la tension sur la batterie dépasse une valeur spécifiée. Dans le même temps, les consommateurs peuvent être alimentés par l’énergie solaire même si le réseau électrique central est sous tension. Ainsi, la consommation énergétique externe de la maison est considérablement réduite.

Lorsque le réseau central est déconnecté, l'onduleur alimente la charge redondante à partir de la batterie. Si l’héliofield produit de l’énergie à ce moment-là, alors l’onduleur l’utilise également. L'énergie solaire excédentaire non dépensée sur la charge sera utilisée pour charger la batterie. Ce circuit est excellent pour fournir une alimentation autonome ; il fonctionne également en l'absence de tension d'alimentation centrale. Mais en même temps, la charge non redondante sera alimentée uniquement par le soleil (en utilisant une technologie résiduelle) ; les consommateurs redondants sont prioritaires.

Si vous envisagez d'utiliser l'héliofield uniquement pour réduire la consommation d'énergie du réseau externe, vous pouvez utiliser un schéma plus simple et moins cher. C'est beaucoup plus rentable lors de pannes de courant rares et de courte durée. Pendant la journée, l'héliofield fournit de l'énergie aux consommateurs ; si cela ne suffit pas, l'électricité est alors prélevée sur le réseau externe. Mais lorsque l’alimentation centralisée est coupée, l’onduleur s’éteindra et l’énergie solaire ne sera pas utilisée. La charge redondante sera alimentée par la batterie.

Ou vous souhaitez simplement organiser une alimentation électrique indépendante pour le site, la première chose à faire est de sélectionner une centrale électrique adaptée et de déterminer son raccordement. Le premier et le deuxième points peuvent soulever de nombreuses questions, notamment pour les débutants en électricité. Pour que les lecteurs de « » puissent connecter les panneaux entre eux et les connecter au réseau domestique, nous examinerons ensuite les schémas les plus efficaces pour connecter les panneaux solaires au contrôleur, à la batterie et au réseau d'une maison de campagne !

Ainsi, la première chose dont vous devriez avoir une idée est de savoir en quoi consiste le kit de centrale solaire. Les principaux éléments du système sont représentés par les dispositifs suivants :

1. Batteries solaires ou comme on les appelle aussi cellules solaires, panneaux ou convertisseurs photovoltaïques. Ils sont nécessaires pour convertir la lumière du soleil en électricité.
2. Contrôleur de panneau solaire. Surveille la charge et la décharge de la batterie. Il existe différents types - On/Off, PWM, MPPT. Les contrôleurs sont classés par ordre croissant de complexité et d’efficacité des algorithmes de facturation. MPPT - vous permet d'obtenir une plus grande efficacité en trouvant les paramètres de tension et de courant optimaux pour pomper la puissance maximale possible dans les batteries. Cela se produit sur la base d'une analyse du mode de fonctionnement actuel et des caractéristiques courant-tension du panneau solaire. La tâche principale du contrôleur est de surveiller la charge de la batterie afin d'éviter une surcharge ou une décharge excessive. En termes simples, lorsque la batterie est complètement chargée ou déchargée, elle est déconnectée du panneau ou de la charge.
3. La batterie est conçue pour stocker l’électricité produite.
4. Onduleur - convertit 12 Volts en 220 AC, nécessaire au fonctionnement des appareils électroménagers, des systèmes d'éclairage et des appareils électroménagers.

Nous attirons votre attention sur le fait qu'il est conseillé d'installer des fusibles entre tous les appareils : contrôleur, onduleur, charge et batterie, qui protégeront le système pendant !

Dans sa forme la plus simple, le schéma de connexion des panneaux solaires au contrôleur, à la batterie, à l'onduleur et à la charge ressemble à ceci :

Comme vous pouvez le constater, il n'y a pas de difficultés particulières de connexion, l'essentiel est de respecter la polarité et de connecter toutes les fiches aux bons connecteurs du contrôleur. Dans cette version, il est très difficile de confondre quelque chose. Mais si vous décidez d'utiliser l'électricité du soleil simultanément avec un réseau fixe, le schéma de connexion des panneaux solaires au réseau électrique de la maison devrait ressembler à ceci :

Ici, il faut préciser : la charge réservée est une chaudière et, par exemple, un réfrigérateur. Non redondant – appareils électroménagers, lumières de la maison, etc. Plus la capacité de la batterie est grande, plus les appareils électriques redondants peuvent fonctionner longtemps en mode autonome !

Nous avons compris le schéma de connexion des panneaux solaires au réseau AC. Nous devons maintenant considérer une partie tout aussi importante du problème : la connexion correcte des panneaux les uns aux autres.

Si vous disposez d'un panneau solaire prêt à l'emploi, vous devez connaître sa tension de sortie et le connecter au contrôleur, mais ils sont disponibles en 12 et 24 V et 12/24 V. Si votre panneau solaire est conçu pour fonctionner avec des batteries et des contrôleurs 12 V, vous devez les connecter directement. Parfois, vous devez connecter des batteries en série pour obtenir la bonne tension. Par conséquent, nous considérerons trois méthodes de connexion principales. Les mêmes recommandations pour assembler une batterie solaire de vos propres mains à partir de cellules individuelles.

J'ai décidé d'écrire un article séparé pour les débutants sur les options de connexion des panneaux solaires. Beaucoup de gens ne savent pas comment connecter correctement les panneaux solaires dans un circuit, quel fil utiliser, où installer les diodes, mais vous pouvez développer plus longtemps si vous écrivez sous le sujet.

Commençons donc par l'option de connexion pour le SB 12 volts :

Il est préférable d'utiliser des fils de panneaux solaires de 2 kW/mm jusqu'à 100 Watt, de 2,5 KW/mm jusqu'à 150 Watt, de 3 kW/mm jusqu'à 200 Watt, etc.

Pour six panneaux solaires de 4 A *6 = 24 A, la section du fil doit être d'au moins 6 m²/mm, la meilleure option est de 12 m²/mm.

Les avantages d'un tel système : courant maximum, conception moins chère et non compatible avec d'autres tensions, large applicabilité d'une telle connexion, de nombreux appareils sont conçus pour une alimentation en 12 Volts.

Inconvénients : Onduleurs à onde sinusoïdale pure coûteux.

Raccordement de panneaux solaires 12 volts pour obtenir une tension de sortie permettant de charger des batteries 24 volts :

En sortie, en connectant 2 en série, on obtient une tension augmentée, le courant sera égal au plus faible des deux SB.

Il est préférable d'utiliser des fils de panneaux solaires de 2 kW/mm jusqu'à 150 Watt, de 2,5 KW/mm jusqu'à 250 Watt, de 3 kW/mm jusqu'à 350 Watt, etc.

Nous sélectionnons les fils auxquels nous connectons les panneaux solaires en fonction de la longueur du fil de tous les panneaux solaires au contrôleur.

Pour trois paires de panneaux solaires de 4 A *3 = 12 A, la section du fil doit être d'au moins 4 m²/mm, la meilleure option est de 8 m²/mm.

Avantages : Onduleurs bon marché, fils moins chers pour interfacer l’alimentation et le contrôleur. Si vous disposez d'un nombre pair de SB et de batteries identiques, vous pouvez facilement convertir votre système 12 volts en 24 volts.

Moins : vous ne pouvez pas connecter différents panneaux par paires pour éviter une baisse de courant ! Les panneaux conçus spécifiquement pour cette tension sont trop encombrants pour la charge normale de deux batteries connectées en série à 180 -200 A. Difficultés de connexion correcte.

Considérons la connexion du SB 48 volts :

A la sortie, en connectant 4 en série, on obtient une tension augmentée, le courant sera égal au SB le plus faible.

Il est préférable d'utiliser des fils de panneaux solaires de 3 kW/mm jusqu'à 400 Watts

Nous sélectionnons les fils auxquels nous connectons les panneaux solaires en fonction de la longueur du fil de tous les panneaux solaires au contrôleur.

Pour quatre panneaux solaires de 4A *1 = 4A, la section du fil doit être d'au moins 3 m²/mm, la meilleure option est de 6 m²/mm.

Avantages : eh bien, je ne sais pas quels sont les avantages de ces systèmes !, à part l’épaisseur des fils.

Inconvénients : Contrôleur de charge coûteux, SB coûteux, batteries coûteuses. Difficultés d'installation si vous assemblez le système seul, un contrôle de tension accru est nécessaire, en plus. installation de systèmes de protection.

Les énergies alternatives deviennent de plus en plus accessibles. Cet article vous donnera une compréhension complète de l'énergie solaire locale, des types de cellules et de panneaux solaires, des principes de construction de fermes solaires et de la faisabilité économique.

Caractéristiques de l'énergie solaire aux latitudes moyennes

Pour les habitants des latitudes moyennes, les énergies alternatives sont très attractives. Même sous les latitudes septentrionales, la dose de rayonnement quotidienne annuelle moyenne est de 2,3 à 2,6 kWh/m2. Plus on se rapproche du sud, plus ce chiffre est élevé. À Iakoutsk, par exemple, l'intensité du rayonnement solaire est de 2,96 et à Khabarovsk de 3,69 kWh/m2. Les indicateurs en décembre varient de 7 à 20 % de la moyenne annuelle et doublent en juin et juillet.

Voici un exemple de calcul de l'efficacité des panneaux solaires pour Arkhangelsk, une région avec l'une des plus faibles intensités de rayonnement solaire :

• Q est la quantité annuelle moyenne de rayonnement solaire dans la région (2,29 kWh/m2) ;
• To off - coefficient de déviation de la surface du capteur par rapport à la direction sud (valeur moyenne : 1,05) ;
• P nom - puissance nominale du panneau solaire ;
• Kpot - coefficient de perte dans les installations électriques (0,85-0,98) ;
• Le test Q est l'intensité de rayonnement à laquelle le panneau a été testé (généralement 1 000 kWh/m2).

Les trois derniers paramètres sont indiqués dans le passeport des panels. Ainsi, si à Arkhangelsk fonctionnent des panneaux KVAZAR d'une puissance nominale de 0,245 kW et que les pertes dans l'installation électrique ne dépassent pas 7 %, alors un bloc de photocellules fournira une production d'environ 550 Wh. Ainsi, pour un objet d'une consommation nominale de 10 kWh, il faudra environ 20 panneaux.

Faisabilité économique

La période de récupération des panneaux solaires est facile à calculer. Multipliez la quantité quotidienne d'énergie produite par jour par le nombre de jours dans une année et par la durée de vie des panneaux sans réduire la puissance - 30 ans. L'installation électrique évoquée ci-dessus est capable de générer en moyenne de 52 à 100 kWh par jour, selon la durée du jour. La valeur moyenne est d'environ 64 kWh. Ainsi, dans 30 ans, la centrale devrait, en théorie, produire 700 mille kWh. Avec un tarif unique de 3,87 roubles. et le coût d'un panneau est d'environ 15 000 roubles, les coûts seront amortis dans 4 à 5 ans. Mais la réalité est plus prosaïque.

Le fait est que les valeurs du rayonnement solaire en décembre sont environ d'un ordre de grandeur inférieures à la moyenne annuelle. Par conséquent, pour un fonctionnement entièrement autonome d'une centrale électrique en hiver, il faut 7 à 8 fois plus de panneaux qu'en été. Cela augmente considérablement l'investissement, mais réduit le délai de récupération. La perspective d'introduire un « tarif vert » semble assez encourageante, mais il est encore aujourd'hui possible de conclure un accord pour la fourniture d'électricité au réseau à un prix de gros trois fois inférieur au tarif de détail. Et même cela suffit pour vendre de manière rentable 7 à 8 fois le surplus d’électricité produite en été.

Principaux types de panneaux solaires

Il existe deux principaux types de panneaux solaires.

Les cellules solaires en silicium solide sont considérées comme des cellules de première génération et sont les plus courantes : environ les 3/4 du marché. Il en existe deux types :

• les monocristallins (noirs) ont un rendement élevé (0,2-0,24) et un prix bas ;
• les polycristallins (bleu foncé) sont moins chers à produire, mais moins efficaces (0,12-0,18), bien que leur efficacité diminue moins avec la lumière diffuse.

Les cellules solaires souples sont appelées cellules à film et sont fabriquées soit à partir d'un dépôt de silicium, soit par une composition multicouche. Les éléments en silicium sont moins chers à produire, mais leur efficacité est 2 à 3 fois inférieure à celle des éléments cristallins. Cependant, en lumière diffuse (crépuscule, conditions nuageuses), ils sont plus efficaces que les cristallins.

Certains types de films composites ont un rendement d'environ 0,2 et coûtent bien plus cher que les éléments solides. Leur utilisation dans les centrales solaires est très discutable : les panneaux en film sont plus susceptibles de se dégrader avec le temps. Leur principal domaine d'application est celui des centrales électriques mobiles à faible consommation d'énergie.

En plus d'un bloc de photocellules, les panneaux hybrides comprennent également un collecteur - un système de tubes capillaires pour chauffer l'eau. Leur avantage ne réside pas seulement dans le gain de place et la possibilité d'approvisionnement en eau chaude. Grâce au refroidissement par eau, les photocellules perdent moins de performances lorsqu'elles sont chauffées.

Tableau. Examen des fabricants

Équipement pour complexe d'énergie solaire

Pendant leur fonctionnement, les batteries génèrent un courant continu allant jusqu'à 40 V. Pour l'utiliser à des fins domestiques, un certain nombre de transformations sont nécessaires. Les équipements suivants en sont responsables :

1. Batterie. Permet d'utiliser l'énergie générée la nuit et pendant les heures de faible intensité. Des batteries au gel d'une tension nominale de 12, 24 ou 48 V sont utilisées.
2. Les contrôleurs de charge maintiennent le cycle de batterie optimal et transfèrent la puissance requise aux consommateurs d'énergie. L'équipement nécessaire est sélectionné en fonction des paramètres des piles et accumulateurs.
3. L'onduleur de tension transforme le courant continu en courant alternatif et possède de nombreuses fonctions supplémentaires. Premièrement, l'onduleur donne la priorité à la source de tension, et si la puissance est insuffisante, il « mélange » la puissance d'une autre. Les onduleurs hybrides vous permettent également d’injecter l’énergie excédentaire générée dans le réseau urbain.

1 - panneaux solaires 12 V ; 2 - panneaux solaires 24 V ; 3 - contrôleur de charge ; 4 - batterie 12 V ; 5 - éclairage 12 V ; 6 - onduleur ; 7—domotique intelligente ; 8 — bloc batterie 24 V ; 9 - générateur de secours ; 10 - consommateurs principaux 220 V

Usage domestique

Les panneaux solaires peuvent être utilisés à toutes fins : de la compensation de l'énergie reçue et de l'alimentation de lignes individuelles à l'autonomie complète du système énergétique, y compris le chauffage et l'approvisionnement en eau chaude. Dans ce dernier cas, l'utilisation à grande échelle de technologies économes en énergie - récupérateurs et pompes à chaleur - joue un rôle important.

Pour une utilisation mixte de l’énergie solaire, des onduleurs sont utilisés. Dans ce cas, l’électricité peut être destinée soit au fonctionnement de lignes ou de systèmes individuels, soit à compenser partiellement l’utilisation de l’électricité de la ville. Un exemple classique de système énergétique efficace est une pompe à chaleur alimentée par une petite centrale solaire dotée d’un parc de batteries.

1 - réseau urbain 220 V ; 2 - panneaux solaires 12 V ; 3 - éclairage 12 V ; 4 - onduleur ; 5 — contrôleur de charge ; 6 - consommateurs principaux 220 V ; 7 - batterie

Traditionnellement, les panneaux sont installés sur les toits des bâtiments et, dans certaines solutions architecturales, ils remplacent complètement la couverture de la toiture. Dans ce cas, les panneaux doivent être orientés côté sud pour que l'incidence des rayons sur le plan soit perpendiculaire.