À propos de l'énergie solaire : Présentation des systèmes d'énergie solaire

Vue d'ensemble du fonctionnement d'un système d'énergie solaire

Les systèmes d'énergie solaire ont des collecteurs qui convertissent la lumière du soleil en chaleur dans le fluide, des unités d'alimentation de secours destinées à collecter l'énergie lorsqu'elle est disponible et à la distribuer si nécessaire, des dispositifs pour transmettre l'énergie du stockage à une charge, et les pompes, commandes, etc.

Le processus d'extraction directe de l'énergie de la lumière solaire est appelé processus photovoltaïque.

Une cellule photovoltaïque est un type de détecteur PV qui convertit directement le flux radiant en courant électrique.

De plus, l'électricité peut être produite par la chaleur à travers des cellules photovoltaïques car la lumière du soleil est requise.

Lorsque la lumière du soleil frappe, le panneau génère une tension supérieure à celle de la batterie, permettant à la batterie de se charger.

De nombreux panneaux auront une diode de blocage (un élément électrique qui ne permet à l'électricité de circuler que dans une direction), garantissant que la batterie ne se décharge pas à travers le panneau lorsque la lumière du soleil est insuffisante.

Une connexion à la batterie peut être établie pour fournir un courant continu basse tension à utiliser.

Le silicium est un semi-conducteur, ce qui indique qu'il possède à la fois les propriétés d'un isolant et d'un métal.

La couche apex contient du phosphore ou de l'arsenic utilisé pour doper le silicium, tandis que la couche inférieure contient du bore ou du gallium.

Le phosphore a 5 électrons de cantonnière, ce qui explique la chimie.

Il transfère quatre électrons au silicium, qui forme alors la liaison en libérant son cinquième électron.

Lorsque de nombreux atomes de phosphore sont remplacés dans le cristal de silicium, de nombreux électrons libres sont présents, ce qui donne du silicium de type n.

Le silicium de type n indique que la majorité des électrons sont présents.

Dans le cas du dopage au bore silicium, le réseau cristallin de silicium perd un électron.

Il s'agit donc de silicium de type p avec une majorité de trous et une minorité d'électrons.

Lorsque des particules de lumière solaire, ou photons, tombent directement sur un panneau solaire, des électrons sont libérés.

Le travail n'est pas encore fait.

Pour produire de l'électricité, il faut créer un déséquilibre.

Lorsque le silicium de type p et de type n sont solidement structurés ensemble, cela est possible.

Des électrons supplémentaires du silicium de type n se déplacent dans les trous présents dans le silicium de type p, créant un champ électrique dans toute la cellule.

De plus, le silicium est un semi-conducteur, ce qui signifie qu'il est un isolant et qu'il peut maintenir efficacement le déséquilibre.

Matériaux utilisés dans la fabrication de panneaux solaires

Typiquement, le silicium est dopé avec du phosphore, de l'arsenic, du bore ou du gallium.

Récemment, des chercheurs ont développé le nouvel élément Argonne III, qui est beaucoup moins cher, plus efficace et plus fiable.

De plus, comparé au silicium, il nécessite moins de temps de fabrication.

Cela rendra les panneaux solaires plus abordables pour de nombreuses personnes qui n'ont pas pu les installer chez elles en raison des coûts élevés.

Par conséquent, c'est une invention très importante pour le développement à long terme de l'environnement de manière rentable.

Il existe différents types de panneaux solaires que les gens utilisent en fonction de leur utilité.

Lors de l'achat d'un panneau solaire, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment l'endroit où il sera installé, son utilisation prévue (résidentielle ou commerciale) et le coût.

Voici quelques exemples de panneaux solaires :

Panneau solaire en silicium polycristallin

Il est à base de polysilicium et de silicium multicristallin.

Le silicium brut est d'abord fondu, puis versé dans un moule carré, refroidi et découpé en plaquettes parfaitement carrées.

De plus, il a été introduit sur le marché pour la première fois en 1981.

Les panneaux polycristallins ont une longue durée de vie.

Il a été découvert que les panneaux installés il y a 25 ans sont toujours en parfait état de fonctionnement.

Ils ont une performance de 120 à 150 watts mètres carrés.

Une exception de 12% à 15% est possible.

Étant donné que les limites de gain du cristal peuvent piéger les électrons, l'efficacité est considérablement faible.

Les panneaux polycristallins ont un coefficient thermique réduit, ce qui implique que leurs cotes à haute température sont légèrement inférieures.

Même s'ils nécessitent peu d'espace à installer et sont largement disponibles, ils sont moins productifs que les panneaux solaires en silicium monocristallin.

Panneau solaire en silicium monocristallin

Le panneau solaire en silicium monocristallin est découpé dans des alliages, ce qui donne au panneau une disposition cohérente.

Ces cristaux de taille astronomique sont difficiles à produire car ils sont rares et le processus de recristallisation est incroyablement coûteux.

Il a un excellent rapport puissance/taille, avec une efficacité de 135-170 watts par mètre carré.

De plus, certaines unités ont maintenant une conversion d'efficacité de 18%.

Le principal inconvénient est qu'il est sensible à l'ombre et à la poussière.

Même si une seule cellule de panneau solaire est à l'ombre, ses performances chuteront à 20 %.

Panneau solaire amorphe ou à couche mince

Par dépôt en phase vapeur, du silicium est pulvérisé sur le substrat.

L'eau de silicium a une couche d'un micron d'épaisseur, ce qui indique qu'elle nécessite moins d'énergie pour être générée et qu'elle est moins efficace que l'eau mono ou polycristalline.

Il fonctionne parfaitement dans des environnements plus chauds par rapport aux deux autres panneaux, mais il prend plus de place.

Parce qu'il utilise moins de silicium et n'a pas de cadre en aluminium, l'efficacité globale est automatiquement réduite.

L'effet Staebler-Wronski réduit l'efficacité du module, et la raison fondamentale est qu'une exposition prolongée au soleil provoque une déformation de la densité du silicium amorphe.

Quel est le but d'un onduleur de système d'énergie solaire?

L'onduleur est le composant le plus exigeant en main-d'œuvre de votre système solaire.

Sa fonction principale est de convertir le courant continu (DC) provenant de vos panneaux solaires en courant alternatif (AC) utilisé par votre maison.

Outre cette fonction principale, les onduleurs solaires effectuent trois tâches supplémentaires : le suivi de la tension, la communication avec le réseau et l'arrêt d'urgence.

Les onduleurs de panneaux solaires sont chargés de surveiller en permanence la tension de votre système solaire pour déterminer la puissance optimale à laquelle vos panneaux solaires peuvent fonctionner, en veillant à ce que les panneaux génèrent la puissance la plus élevée et la plus propre possible.

Les onduleurs hors réseau utilisent généralement une technologie à onde sinusoïdale modifiée moins coûteuse.

En revanche, les onduleurs solaires domestiques connectés au réseau génèrent une onde sinusoïdale pure d'électricité CA, garantissant que vos appareils électroménagers sensibles fonctionnent correctement et efficacement.

Les onduleurs solaires doivent communiquer avec le réseau électrique.

Les onduleurs s'assurent qu'aucune énergie de vos panneaux solaires ne parvient aux lignes de transmission à l'extérieur de votre maison en cas de panne de courant à court terme.

Cela garantit que les experts effectuant des réparations de câblage ne sont pas écrasés.

Lorsque votre maison n'a pas besoin d'électricité ou que vos batteries sont pleines, vos onduleurs alimentent les charges électriques dans le réseau (si vous les avez connectées à votre système solaire).

Les onduleurs doivent également s'arrêter s'ils détectent un arc électrique dangereux, provoqué par le vieillissement du système et la dégradation des matériaux dans le câblage et les panneaux solaires de votre maison.

Certains onduleurs surpassent d'autres en matière d'arrêt de sécurité.

Options d'onduleur pour votre système d'alimentation solaire

L'une des décisions les plus importantes à prendre lors de l'installation d'un système de panneaux solaires pour votre maison est le type d'onduleur à utiliser.

Les onduleurs sont essentiels à la performance continue de votre Système d'énergie solaire en raison de l'électronique de puissance complexe et des logiciels qu'ils contiennent.

Vous avez le choix entre 4 grands types d'onduleurs solaires :

Onduleurs de chaîne

Un onduleur string est conçu pour fonctionner avec des panneaux qui sont essentiellement enchaînés en groupes.

Toute l'électricité CC générée par les panneaux est envoyée sur la ligne à la fois à l'onduleur pour la conversion en CA.

Les onduleurs string peuvent gérer plusieurs ensembles de strings, et vous pouvez en avoir besoin de plusieurs, selon la taille de votre installation solaire.

Supposons que l'un des panneaux soit ombragé par des arbres à un certain moment de la journée.

Dans ce cas, l'efficacité de l'ensemble se détériore puisque le rendement de production dépend des performances du panneau solaire le moins performant.

Les onduleurs string durent généralement de 10 à 15 ans.

Certains peuvent même durer jusqu'à 20 ans s'ils sont installés dans un endroit frais et bien ventilé, à l'abri de la lumière directe du soleil.

Micro-onduleurs

Lorsque quelques panneaux ont été compromis par l'ombre, les dommages ou trop d'excréments d'oiseaux, des ingénieurs intelligents ont conçu le concept de micro-onduleurs solaires pour résoudre les problèmes de performance du système.

Les micro-onduleurs convertissent le courant continu en courant alternatif à l'arrière de chaque panneau.

Même dans des conditions d'ombrage variables, des niveaux maximums d'électricité en courant alternatif (AC) circulent de vos panneaux solaires vers votre maison et le réseau électrique.

Le fait d'avoir un composant sur chaque panneau permet également une surveillance individuelle des panneaux, ce qui vous alerte de tout problème de performances inattendu.

Optimiseurs de puissance

Des optimiseurs de puissance, similaires aux micro-onduleurs, sont fixés à l'arrière de chaque panneau solaire et permettent un suivi individuel des panneaux.

Cependant, ils ne convertissent pas l'électricité du courant continu en courant alternatif.

Au contraire, ils surveillent la tension et l'état du courant continu qui traverse les chaînes de vos panneaux solaires pour s'assurer que la quantité maximale d'énergie est envoyée à votre onduleur.

L'électricité CC optimisée et conditionnée est acheminée vers un onduleur modifié et plus petit, qui convertit le courant CC en courant alternatif (CA).

Les configurations d'optimiseur de puissance sont moins chères que les micro-onduleurs, plus fiables et permettent une extension simple du système.

Étant donné que les batteries et les panneaux solaires communiquent dans le même langage DC, les optimiseurs de puissance conviennent parfaitement aux systèmes de batterie de secours.

L'alimentation de vos panneaux solaires peut charger directement vos batteries, évitant ainsi les pertes du système causées par la conversion du courant continu en courant alternatif et le retour en courant continu.

Onduleurs hybrides

Avec l'accent croissant mis sur la fiabilité et l'indépendance énergétique, il est important de noter que les onduleurs hybrides complètent également les systèmes de batterie de secours domestiques.

Les onduleurs hybrides peuvent convertir l'électricité CC de vos panneaux solaires en CA pour votre maison, ainsi que l'électricité CA du réseau en CC pour charger votre parc de batteries.

Ils comprennent également un contrôleur de charge, qui détecte intelligemment quand diriger l'électricité vers vos batteries, les circuits domestiques ou le réseau, ou quand puiser l'électricité du réseau pour charger votre batterie.

Certains onduleurs hybrides ont différents modes qui peuvent être installés pour alimenter des circuits domestiques critiques lorsque le réseau est en panne.

Instrumentation et compteurs de système d'énergie solaire

Des panneaux solaires préfabriqués avec tous les composants dont vous aurez besoin, jusqu'aux écrous et boulons, sont disponibles à l'achat.

En tenant compte d'une description de votre emplacement et de vos besoins, tout bon fournisseur peut dimensionner et spécifier des systèmes pour vous.

Néanmoins, la connaissance des éléments du système, des différents types disponibles et des critères de sélection est essentielle.

Les parasurtenseurs empêchent votre système des pics de tension qui peuvent se produire si la foudre frappe les panneaux solaires ou les réseaux électriques à proximité.

Une surtension est une augmentation substantielle de la tension au-dessus de la tension de conception.

Les panneaux solaires utilisent principalement deux types de compteurs :

Compteur kilowattheure utilitaire

Un compteur kilowattheure mesure la quantité d'électricité fournie ou reçue du réseau.

Les entreprises de services publics utilisent normalement des compteurs bidirectionnels avec un affichage numérique sur les maisons équipées de systèmes électriques solaires pour garder une trace séparée de l'électricité dans les deux sens.

Certaines compagnies d'électricité vous permettront d'utiliser un compteur standard qui peut tourner à l'envers.

Dans ce cas, le compteur de services publics tourne vers l'avant lorsque vous tirez de l'électricité du réseau et vers l'arrière lorsque votre système alimente ou « pousse » de l'électricité sur le réseau.

Compteur système

Le compteur du système surveille et affiche l'état et l'efficacité du système.

La production d'électricité par modules, l'énergie utilisée et la charge de la batterie sont des exemples de points surveillés.

Il est possible de faire fonctionner un système sans compteur de système, mais les compteurs sont fortement conseillés.

Étant donné que les contrôleurs de charge modernes incluent des fonctions de surveillance du système, un compteur système séparé peut ne pas être nécessaire.

Le système d'alimentation solaire se déconnecte

Les déconnexions de sécurité, à la fois automatiques et manuelles, protègent le câblage et les modules des pics de tension et autres défaillances du système.

Ils garantissent également que le système peut être arrêté en toute sécurité et que les pièces peuvent être retirées pour réparation et maintenance.

Pour les systèmes connectés au réseau, les sectionneurs de sécurité garantissent que l'équipement de production est isolé du réseau, ce qui est essentiel pour la sécurité du personnel du service public.

dans l'ensemble, chaque source d'alimentation ou dispositif de stockage d'énergie du système nécessite une déconnexion.

Il n'est pas toujours nécessaire d'avoir une déconnexion différente pour chacune des fonctions du système.

Par exemple, si un onduleur est placé à l'extérieur, un sectionneur CC peut fonctionner à la fois comme sectionneur CC du réseau et comme sectionneur CC de l'onduleur.

Lors de la maintenance de n'importe quel composant, déterminez si le fait de négliger un débranchement séparé contribuera à une condition dangereuse.

Tenez également compte de la position du sectionneur.

Une déconnexion mal positionnée peut provoquer une tendance à laisser l'alimentation sous tension pendant l'entretien, ce qui présente un risque pour la sécurité.

La déconnexion CC du composant permet d'arrêter en toute sécurité le flux de courant électrique du panneau solaire tout en effectuant la maintenance ou la détection de défaut.

Pour se protéger contre les pointes de tension, le sectionneur CC du réseau peut également inclure des disjoncteurs ou des fusibles intégrés.

Le sectionneur CC de l'onduleur, en conjonction avec le sectionneur CA de l'onduleur, est utilisé pour déconnecter en toute sécurité l'onduleur de l'ensemble du système.

Dans la plupart des cas, le sectionneur DC de l'onduleur fonctionne également comme sectionneur DC du champ.

Le sectionneur AC de l'onduleur détache les panneaux solaires du câblage de la maison ainsi que du réseau.

Le sectionneur CA est normalement installé à l'intérieur du panneau électrique principal de la maison.

Supposons que l'onduleur n'est pas proche des compagnies d'électricité.

Dans ce cas, il nécessite généralement un sectionneur CA extérieur sûr, doté de lames visibles et installé à côté du réseau électrique pour un accès facile.

Un sectionneur CA situé à l'intérieur du panneau électrique ou faisant partie de l'onduleur ne répondrait pas à ces spécifications.

Le retrait du compteur lui-même est une option qui est aussi applicable à certaines entreprises de services publics qu'une déconnexion AC accessible, mais ce n'est pas la norme.

Visitez la société de services publics pour vérifier les spécifications de connexion au réseau avant d'acheter de l'équipement.

Le panneau électrique, un sectionneur CA supplémentaire doit être installé près de l'onduleur.

Modules de système d'alimentation solaire

Le module solaire est le cœur d'un système d'énergie solaire.

Le producteur câble ensemble de nombreuses cellules solaires pour créer un module solaire.

Lorsque des modules solaires sont installés dans un local, ils sont connectés en série pour former des chaînes.

La connexion de chaînes de modules en parallèle forme un tableau.

Les systèmes PV résidentiels connectés au réseau utilisent des modules avec des puissances nominales allant de 100 à 300 watts.

La puissance nominale est l'énergie optimale qu'un panneau peut générer avec 1 000 watts de rayons solaires par mètre carré dans de l'air calme à une température de cellule de 25 °C.

Les réalités pratiques complètent rarement les efficacités commercialisées, de sorte que le rendement énergétique réel est souvent inférieur.

Les systèmes complexes qui n'utilisent pas de batteries sont généralement câblés pour générer un 235V à 600V.

Des tensions de réseau plus élevées sont également utilisées dans les systèmes à batterie, bien que la plupart des contrôleurs de charge nécessitent toujours des tensions plus basses de 12 V, 24 V ou 48 V pour compléter la tension de la chaîne de batterie.

Étant donné que les prix et les capacités des modules changent constamment à mesure que la technologie et les techniques de production s'améliorent, il est difficile de faire des recommandations qui seront vraies à l'avenir, telles que le type de module le moins cher ou la meilleure option globale.

Les comparaisons doivent être basées sur les détails actuels donnés par les producteurs et les directives strictes de votre utilisation.

Les modules hautes performances auront un rapport watts/surface plus élevé.

Plus l'efficacité est élevée, plus la surface (c'est-à-dire moins de modules) nécessaire pour atteindre le même rendement énergétique d'un panneau est petite.

Des modules plus efficaces réduiront les coûts d'installation, mais cela doit être mis en balance avec le coût plus élevé des modules.