Schémas et méthodes de connexion des panneaux solaires : comment effectuer correctement l'installation d'un panneau solaire

Une source d'énergie alternative basée sur des panneaux solaires est une excellente option pour organiser une alimentation électrique indépendante. Elle garantira une haute efficacité énergétique non seulement par temps chaud, mais aussi par temps nuageux. Ce serait bien d'avoir un tel appareil chez soi, n'est-ce pas ?

Pour cela, il suffit de choisir judicieusement les composants techniques et de réaliser le montage. Chacun peut le faire, en connaissant les schémas et les méthodes de connexion des panneaux solaires. Nous vous expliquerons comment est construit un système productif qui transforme l'“énergie verte” en électricité nécessaire pour alimenter les équipements domestiques.

De plus, vous apprendrez à choisir l'emplacement pour l'installation des panneaux solaires et à les combiner avec le réseau électrique stationnaire. Des conseils utiles et des recommandations importantes apporteront une aide efficace aux bricoleurs amateurs. Pour simplifier la compréhension, des photos thématiques, des schémas et des vidéos sont fournis.

Structure d'un panneau solaire

En prévoyant d'effectuer le raccordement des panneaux solaires vous-même, il est nécessaire d'avoir une idée des éléments qui composent le système.

Les panneaux solaires sont composés d'un ensemble de batteries photovoltaïques, dont le but principal est de convertir l'énergie solaire en électricité. L'intensité du courant du système dépend de l'intensité lumineuse : plus le rayonnement est fort, plus le courant généré est important.

Les principaux éléments structurels du système sont :

• Panneau solaire – convertit la lumière solaire en énergie électrique.
• Batterie – source chimique de courant qui stocke l'énergie électrique générée.
• Contrôleur de charge – surveille la tension des batteries.
• Onduleur, qui convertit la tension électrique continue de la batterie en tension alternative 220V, nécessaire au fonctionnement du système d'éclairage et des appareils électroménagers.
• Fusibles, installés entre tous les éléments du système et protégeant le système contre les courts-circuits.
• Kit de connecteurs standard MC4.

En plus de la fonction principale du contrôleur – surveiller la tension des batteries, l'appareil déconnecte certains éléments si nécessaire. Si la tension aux bornes de la batterie atteint 14 volts pendant la journée, indiquant une surcharge, le contrôleur interrompt la charge.

Outre le module solaire, le dispositif d'une telle centrale électrique comprend des convertisseurs photovoltaïques – un contrôleur et un onduleur, ainsi que des batteries qui leur sont connectées.

Pendant la nuit, lorsque la tension des batteries atteint un niveau extrêmement bas de 11 volts, le contrôleur arrête le fonctionnement de la centrale.

Où installer les panneaux ?

La première chose à faire avant d'installer et de connecter un panneau solaire est de déterminer l'emplacement de l'appareil.

Pour installer les modules photovoltaïques, il est pratique d'utiliser des structures fixes en profilés métalliques, ou bien des versions rotatives plus modernisées.

Les panneaux solaires peuvent être placés dans presque tout endroit bien éclairé :

• sur le toit d'une maison de campagne ;
• sur le balcon d'un immeuble résidentiel ;
• sur le terrain adjacent à la maison.

L'essentiel est d'assurer les conditions nécessaires pour une production maximale d'électricité. L'une d'elles est l'orientation et l'angle d'inclinaison par rapport à l'horizon. Ainsi, la surface absorbant la lumière de l'appareil doit être orientée vers le sud.

Idéalement, les rayons du soleil doivent tomber sur elle à 90°. Pour obtenir cet effet, il est nécessaire de choisir l'angle d'inclinaison optimal en fonction des conditions climatiques de la région. Pour chaque région, cet indicateur est propre.

Pour garantir une performance maximale des panneaux solaires, il est recommandé de modifier l'angle d'inclinaison des appareils 2 à 4 fois par an : le 18 avril, le 24 août, le 7 octobre et le 5 mars.

Par exemple, dans la région de Moscou, l'angle d'inclinaison de la surface des panneaux solaires pour les mois d'été est de 15-20°, et pendant les mois d'hiver, il passe à 60-70°.

Lors de l'installation de panneaux solaires sur le terrain adjacent à la maison, il est préférable de surélever les panneaux d'au moins un demi-mètre au-dessus du sol – en cas de fortes chutes de neige. Cette solution est également judicieuse car elle assure une distance suffisante pour la circulation de l'air.

Il faut se rappeler que même une petite ombre a un effet néfaste sur la production d'électricité de l'appareil. Les panneaux doivent être placés uniquement dans des endroits qui ne sont pas exposés à la moindre ombre.

Certains «bricoleurs», afin de protéger les panneaux, installent une vitre supplémentaire au-dessus des panneaux, mais même en apparence transparente, la couche de verre peut réduire le rendement des panneaux de 30%.

Il existe plusieurs méthodes de fixation des panneaux :

• en utilisant des fixations à pression ;
• par assemblage boulonné à travers des trous traversants situés dans la partie inférieure du cadre.

La structure de support doit être réalisée en matériaux résistant à la corrosion. Quelle que soit la méthode d'installation, il est interdit d'apporter des modifications à la structure des panneaux ou de percer des trous supplémentaires.

La tâche du propriétaire est de maintenir les panneaux propres. L'accumulation de poussière, de neige et de fientes d'oiseaux sur l'écran réduit d'au moins 10% la quantité d'électricité produite par le système.

Options de raccordement des panneaux solaires

Les panneaux solaires sont constitués de plusieurs panneaux individuels. Pour augmenter les paramètres de sortie du système, tels que la puissance, la tension et le courant, les éléments sont connectés entre eux en appliquant les lois de la physique.

La connexion de plusieurs panneaux entre eux peut être réalisée en utilisant l'un des trois schémas de montage des panneaux solaires :

• parallèle ;
• série ;
• mixte.

Le schéma parallèle implique la connexion des bornes homonymes entre elles, les éléments ayant deux nœuds communs de convergence et de divergence des conducteurs.

Avec un schéma parallèle, les « plus » sont connectés aux « plus », et les « moins » aux « moins », ce qui augmente le courant de sortie tandis que la tension de sortie reste à 12 Volts.

La valeur du courant maximal possible en sortie dans un schéma parallèle est directement proportionnelle au nombre d'éléments connectés. Les principes de calcul du nombre sont présentés dans l'article que nous recommandons.

Le schéma en série implique la connexion de pôles opposés : le « plus » du premier panneau au « moins » du second. Le « plus » non utilisé du second panneau et le « moins » de la première batterie sont connectés au contrôleur situé plus loin dans le schéma.

Ce type de connexion crée les conditions de circulation du courant électrique, où il n'existe qu'un seul chemin pour le transfert de l'énergie de la source au consommateur.

Avec un schéma de connexion en série, la tension de sortie augmente et atteint 24 Volts, ce qui peut être suffisant pour alimenter des appareils portables, des lampes LED et certains récepteurs électriques.

Le schéma série-parallèle ou mixte est le plus souvent utilisé lorsqu'il est nécessaire de connecter plusieurs groupes de batteries. En utilisant ce schéma, on peut augmenter à la fois la tension et le courant en sortie.

Avec un schéma de connexion série-parallèle, la tension de sortie atteint un niveau dont les caractéristiques sont les plus adaptées pour résoudre la majorité des tâches domestiques.

Cette option est également avantageuse dans la mesure où, en cas de défaillance d'un des éléments structurels du système, les autres circuits de liaison continuent de fonctionner. Cela augmente considérablement la fiabilité de l'ensemble du système.

Le principe de montage du schéma combiné repose sur le fait que les dispositifs de chaque groupe sont connectés en parallèle, puis tous les groupes sont raccordés en série dans un circuit unique.

En combinant différents types de connexions, il ne sera pas difficile d'assembler une batterie avec les paramètres nécessaires. L'essentiel est que le nombre d'éléments connectés soit tel que la tension de fonctionnement appliquée aux accumulateurs, compte tenu de sa chute dans le circuit de charge, dépasse la tension des accumulateurs eux-mêmes, et que le courant de décharge de la batterie assure la valeur nécessaire du courant de charge.

Schéma de montage d'un système électrique solaire

Le raccordement des panneaux solaires s'effectue à l'aide des câbles de connexion intégrés d'une section de 4 mm². Les câbles en cuivre unipolaires, dont la gaine isolante résiste aux rayons ultraviolets, sont les mieux adaptés à cet usage.

En cas d'utilisation d'un câble dont l'isolation n'est pas résistante aux rayons UV, il est recommandé de le poser à l'extérieur dans une gaine ondulée.

L'extrémité de chaque câble est reliée à un connecteur standard MC4 par soudure ou sertissage, garantissant ainsi une connexion étanche.

Quelle que soit la configuration choisie, avant de connecter les panneaux solaires, il est impératif de vérifier la conformité de l'installation électrique.

Lors du branchement des panneaux, il est déconseillé de dépasser les exigences techniques relatives au courant admissible et à la tension maximale des autres appareils. Il est important de respecter les spécifications techniques du contrôleur de charge et de l'onduleur indiquées par le fabricant.

Le schéma de montage standard de la centrale solaire la plus simple se présente comme suit.

Le schéma de raccordement des panneaux à la batterie, à l'onduleur et au contrôleur est simple à réaliser, ce qui ne pose pas de difficultés particulières lors du branchement.

Pour éviter d'endommager le contrôleur, il est important de respecter l'ordre lors de la connexion des éléments du système.

Les travaux d'installation se déroulent en plusieurs étapes :

1. On connecte la batterie au contrôleur en utilisant les connecteurs correspondants et en respectant la polarité.
2. On raccorde le panneau solaire au contrôleur via les connecteurs, en respectant toujours la même polarité.
3. On connecte une charge de 12 V aux bornes du contrôleur.
4. Si vous devez convertir une tension électrique de 12 à 220 V, un onduleur est inclus dans le circuit. Il doit être connecté uniquement à la batterie et en aucun cas directement au contrôleur.
5. Connectez les appareils électriques conçus pour une tension de 220 V à la sortie libre de l'onduleur.

Après avoir effectué la connexion, vous devez vérifier la polarité et mesurer la tension en circuit ouvert des panneaux. Si la valeur diffère de la valeur nominale, la connexion est incorrecte.

Pour connecter l'appareil au système, il n'est pas nécessaire d'ouvrir le boîtier de dérivation - tous les connecteurs sont facilement accessibles.

À l'étape finale, le panneau solaire doit être mis à la terre. Pour minimiser le risque de court-circuit, installez des fusibles aux points de connexion entre la batterie, l'onduleur et le contrôleur.

L'énergie des centrales solaires sera utilisée pour alimenter les appareils électroménagers de faible puissance et pour charger les batteries des appareils mobiles :

Pour ceux qui souhaitent construire eux-mêmes une batterie solaire, les informations fournies dans l'article suivant les aideront.

Connexion d'éléments orientés différemment

En utilisant un schéma de montage en série pour les panneaux solaires, afin de ne pas réduire l'efficacité des appareils, tous les panneaux du circuit commun doivent être placés sous le même angle et sur le même plan.

Si les panneaux sont placés dans des plans différents, cela peut entraîner que le panneau le plus proche ou le mieux éclairé fonctionne plus puissamment que ceux situés un peu plus loin.

Cela signifie que le panneau le plus proche générera de l'électricité, dont une partie servira à chauffer les panneaux éloignés. La raison en est que le courant suit le chemin de moindre résistance. Pour minimiser les pertes, il est préférable d'utiliser un contrôleur séparé pour chaque panneau.

Les principales exigences lors de l'utilisation d'un contrôleur sont une puissance des panneaux connectés supérieure à 1 kW et une distance suffisamment grande entre les panneaux.

Vous pouvez également résoudre le problème en installant des diodes de coupure. Elles sont placées à l'intérieur, entre les plaques. Ainsi, en délivrant la puissance maximale, les plaques ne surchauffent pas.

La chute de tension dans les connexions ainsi que dans les câbles de la partie basse tension du système revêt une importance non négligeable.

Tableau de l'inadéquation de la puissance transmise à la section du câble, indiquant en rouge les paramètres pour lesquels il existe un risque de surchauffe importante et dangereuse (risque d'incendie).

À titre d'exemple, vous pouvez considérer le fait que sur un mètre de câble de section 4 mm², lors du passage d'un courant de 80 A (tension 12 V), la chute est de 3,19 %, soit 30,6 W. Lors de l'utilisation de torsades, la chute de tension peut varier de 0,1 à 0,3 V.

Combinaison de l'énergie solaire et du réseau stationnaire

Si vous envisagez d'utiliser l'électricité solaire en parallèle avec un réseau centralisé fixe déjà installé, le schéma de connexion est légèrement différent. La raison principale en est que le consommateur privé n'a pas la possibilité de « réinjecter » l'énergie excédentaire.

Et cela peut provoquer des variations de tension durant jusqu'à une seconde.

Lorsque vous combinez l'énergie solaire avec un réseau centralisé fixe, vous devez suivre la même règle : plus vous connectez de sources, plus le schéma devient complexe.

Selon le schéma ci-dessus, la tension du champ solaire est d'abord dirigée vers la batterie, puis de là, elle est transmise à la charge.

Si vous concevez cette option d'installation, vous devez prendre en compte deux types de charge :

• non secourue – éclairage de la maison, appareils électroménagers, etc. ;
• secourue – éclairage de secours, réfrigérateur, chaudière électrique.

Gardez à l'esprit : plus la capacité de la batterie est grande, plus les appareils électriques secourus fonctionneront en mode autonome.

Si vous choisissez ce mode de production d'énergie pour le réseau, soyez prêt à devoir obtenir une autorisation auprès du réseau électrique local.

Bien que les onduleurs pour panneaux solaires produisent une tension dont la qualité est parfois supérieure à celle du réseau centralisé, les réseaux électriques locaux ne permettent pas au compteur électrique de tourner en sens inverse.

Pour cette raison, selon le schéma, les onduleurs solaires cessent de fonctionner dès que la tension du réseau disparaît. Et la charge secourue commence à être alimentée par la batterie.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Les auteurs de la vidéo ci-dessous partagent leur expérience personnelle et examinent les subtilités de l'installation des panneaux solaires.

Vidéo #1. Exemple de montage et d'installation d'un système standard :

Vidéo #2. Comment installer correctement les panneaux :

Il n'y a rien de compliqué dans le processus de connexion de plusieurs panneaux à d'autres éléments du système. Mais pour un débutant, le processus peut devenir difficile. Par conséquent, en l'absence d'expérience en calculs et de compétences en installation, il est conseillé de faire appel à un spécialiste possédant les connaissances nécessaires.

Souhaitez-vous raconter comment vous avez assemblé votre propre centrale solaire pour une résidence secondaire ou une maison de campagne ? Peut-être connaissez-vous des subtilités du processus non décrites dans l'article ? Veuillez écrire vos commentaires dans le bloc ci-dessous, posez des questións, partagez vôtre avis et des photós sur le thème de l'article.