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Qu'est-ce qu'un système solaire ?

Un système solaire est une installation qui utilise des panneaux solaires pour capter la lumière du soleil et la convertir en électricité, soit pour une utilisation directe, soit pour un stockage dans des batteries. Un système solaire utilise le Photovoltaïque (PV) pour convertir la lumière du soleil en électricité.

Quelle est l’utilité d’un système solaire dans notre contexte ?

Un système solaire peut être utilisé pour produire de l’électricité là où aucun réseau électrique n’est disponible ou là où il est instable. L’électricité peut être utilisée pour alimenter des ordinateurs, des imprimantes, des modems, des ampoules, etc.

Quels sont les principes électriques de base et les termes clés que je dois connaître pour comprendre et concevoir des systèmes solaires ?

Pour comprendre et concevoir des systèmes solaires (hors réseau), il est essentiel de connaître et de comprendre certains principes électriques de base et termes clés. 

Tension (V)

La tension est la force qui pousse le courant électrique dans un circuit. Elle se mesure en volts (V). Considérez-la comme la pression dans une conduite d'eau : plus la pression est élevée, plus il y a de force pour déplacer l'eau (ou dans ce cas, l'électricité).

Exemple:
Dans un système solaire, vos panneaux solaires peuvent produire 12, 24, 48 volts ou plus. Les systèmes à tension plus élevée peuvent être plus efficaces sur de longues distances car ils réduisent les pertes d’énergie.

Pour en découvrir davantage :

Courant (I)

Le courant est le flux de charge électrique dans un circuit, mesuré en ampères (A). C’est similaire au débit d’eau dans un tuyau. Plus vous avez de courant, plus l’électricité circule.

Exemple:
Si vous possédez un panneau solaire qui produit 10 A de courant à 12 V, cela signifie que le panneau pousse une certaine quantité d'électricité à travers le circuit à cette tension.

Pour en découvrir davantage :

Bases de l'électricité | Systèmes d'alimentation et de communication GTIS

Résistance (R)

La résistance est ce qui s'oppose à la circulation du courant dans un circuit, mesurée en ohms (Ω). C’est comme la friction dans une conduite d’eau qui ralentit l’écoulement de l’eau.

Loi d'Ohm : R = V / I

Où:

  • ( R ) est la résistance en ohms (Ω)
  • ( V ) est la tension en volts (V)
  • ( I ) est le courant en ampères (A)

Exemple:
Le câblage d’un système solaire doit avoir une faible résistance pour garantir une perte d’énergie minimale. Par exemple, si vous avez un panneau solaire de 12 V et que le courant circulant dans le fil est de 2 A, la résistance dans le circuit serait :

R = 12 V/2 A = 6 Ω

Une résistance élevée peut entraîner une accumulation de chaleur et une efficacité réduite. Il est donc essentiel de sélectionner le câblage et les composants appropriés.

Pour en découvrir davantage :

Courant alternatif (AC)

Le courant alternatif (AC) est un type de courant électrique dans lequel le flux d’électrons change périodiquement de direction. C’est le type d’électricité couramment utilisé par les appareils domestiques comme les ordinateurs et les imprimantes.

Exemple:
Un système solaire génère généralement du courant continu (DC), mais la plupart des appareils domestiques fonctionnent au courant alternatif. Un onduleur est utilisé pour convertir le courant continu des panneaux solaires ou des batteries en courant alternatif.

Courant continu (DC)

Le courant continu (DC) est un type de courant électrique dans lequel le flux d'électrons se fait dans une seule direction. Il s’agit du type d’électricité généralement généré par des panneaux solaires et stocké dans des batteries.

Exemple:
Les panneaux solaires dans un système hors réseau produisent de l'électricité CC, qui est stockée dans des batteries et peut être utilisée directement par des appareils CC ou convertie en CA.

Watts (W)

Un watt est une unité de puissance, représentant le taux de consommation ou de production d’énergie. Il est calculé comme la tension (V) multipliée par le courant (I) :

Puissance (W) = Tension (V) x Courant (I)

Exemple:
Si votre panneau solaire fonctionne à 12V et 10A, il produit 120W de puissance. Cela signifie qu’il peut alimenter un appareil de 120 W en plein soleil.

Pour en découvrir davantage :

Volt-Ampère (VA)

Le Volt-Ampère (VA) est une unité utilisée pour mesurer la puissance apparente dans un circuit CA. C’est similaire aux watts mais représente à la fois la puissance active et réactive du circuit.

Exemple:
Un onduleur peut être évalué à 2 000 VA. S'il fonctionne à pleine capacité avec une charge résistive pure (par exemple une ampoule, un chauffage), cela équivaudrait à 2 000 W. Cependant, avec d'autres types de charges (par exemple des pompes), la puissance réelle en watts pourrait être inférieure.

Pour en découvrir davantage :

Facteur de puissance (PF)

Dans un circuit CA, la relation entre les watts (W) et les voltampères (VA) est déterminée par le facteur de puissance (PF), qui mesure l'efficacité avec laquelle le courant est converti en travail utile. Le facteur de puissance est le rapport entre la puissance réelle et la puissance apparente.

W = VA x Facteur de puissance

Si PF = 1 (ou 100 %) : Toute la puissance est utilisée efficacement, soit W = VA. Cela se produit dans les charges purement résistives où il n'y a pas de puissance réactive (par exemple, radiateurs ou ampoules à incandescence).

Si PF < 1 : Toute la puissance apparente n’est pas utilisée efficacement, donc W < VA. Cela se produit dans les circuits avec des charges inductives ou capacitives, où une partie de l'énergie est gaspillée sous forme de puissance réactive.

Exemple:

Si un onduleur alimente une charge qui consomme 100 W et a un facteur de puissance de 0,8, l'onduleur doit avoir une capacité d'au moins 100 W / 0,8 PF = 125 VA. 

Ampère-heure (Ah)

L'ampère-heure (Ah) est une unité de charge électrique qui indique la quantité de courant qu'une batterie peut fournir sur une période d'une heure. Il est souvent utilisé pour mesurer la capacité d’une batterie.

Exemple:
Une batterie de 100 Ah peut théoriquement fournir 1 ampère de courant pendant 100 heures, 10 ampères pendant 10 heures ou 100 ampères pendant 1 heure. Dans un système solaire hors réseau, connaître la valeur Ah de vos batteries permet de déterminer combien de temps vous pouvez alimenter vos appareils avant de devoir les recharger.

Pour en découvrir davantage :

Watt-heure (Wh)

Un Watt-Heure (Wh) est une unité d'énergie qui mesure la quantité d'énergie électrique utilisée ou produite au fil du temps. Elle est calculée en multipliant la puissance en watts par le temps en heures :

Énergie (Wh) = Puissance (W) × Temps (h)

Exemple:
Si vous possédez une ampoule de 120W et que vous l'utilisez pendant 5 heures, elle consommera :

120W×5h=600Wh

Dans un système solaire hors réseau, les watts-heures sont utilisés pour déterminer la consommation totale d’énergie de vos appareils et le stockage d’énergie requis dans vos batteries.

Pour en découvrir davantage :

Profondeur de décharge (DoD) et état de charge (SoC)

La profondeur de décharge (DoD) fait référence au pourcentage de la capacité d'une batterie qui a été utilisée par rapport à sa capacité totale. En termes plus simples, il mesure la quantité d’énergie de la batterie qui a été épuisée. Par exemple, si une batterie a une capacité de 100 Ah (ampères-heures) et que vous utilisez 50 Ah, la profondeur de décharge est de 50 %. Les 50 Ah restants correspondent à l'état de charge (SoC) de la batterie, qui serait dans ce cas de 50 %.

Exemple:

Imaginez que vous disposez d'une batterie de 200 Ah dans un système solaire hors réseau utilisé pour alimenter un petit bureau. Si vous consommez 120 Ah de capacité de la batterie pendant la nuit, votre Profondeur de Décharge est de 60 % (120 Ah utilisés sur 200 Ah) et votre État de Charge (SoC) est de 40 %.

Une pratique courante consiste à limiter le DoD à un certain niveau pour prolonger la durée de vie de la batterie. Par exemple, si le fabricant de la batterie recommande un DoD maximum de 50 %, vous ne devez utiliser que jusqu'à 100 Ah avant de recharger (batterie de 200 Ah). Aller au-delà de cette recommandation du DoD peut réduire la durée de vie de la batterie en augmentant l'usure des cellules de la batterie. Les batteries au plomb ont généralement un DoD maximum recommandé de 50 % et les batteries au lithium peuvent facilement gérer un DoD de 90 % ou plus sans endommager la batterie.

Quels sont les composants de base d’un système solaire hors réseau et comment fonctionnent-ils ?

Panneaux solaires

  • Fonction: Les panneaux solaires sont constitués de plusieurs cellules solaires qui captent la lumière du soleil et la convertissent en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque. 

  • Opération: Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules solaires, elle excite les électrons présents dans le matériau, générant ainsi un flux d'électricité.
  • Exemple: 

https://www.victronenergy.com/upload/products/205_918_20180709091855.png

Contrôleur de charge solaire

  • Fonction: Le contrôleur de charge régule l'énergie électrique en courant continu (DC) provenant des panneaux solaires afin qu'elle puisse être utilisée pour charger les batteries.

  • Opération: Il assure une charge efficace de la batterie et protège les batteries contre les dommages causés par les surtensions.
  • Exemple:

https://www.victronenergy.com/upload/products/SmartSolar%20MPPT%20100-50%20(top).png

Batterie de stockage

  • Fonction: Les batteries stockent l'excès d'électricité généré par les panneaux solaires pour une utilisation ultérieure, en particulier lorsque la lumière du soleil n'est pas disponible (par exemple pendant la nuit ou par temps nuageux).

  • Opération: Le système de batterie est chargé par l'électricité provenant des panneaux solaires (via le contrôleur de charge) et/ou du réseau électrique public ou d'un générateur. L'énergie stockée peut être extraite des batteries en cas de besoin. Les batteries peuvent être connectées en série et/ou en parallèle pour créer un parc de batteries. Les tensions les plus courantes des groupes de batteries sont 12 V/24 V/48 V.
  • Exemple:

https://www.victronenergy.com/upload/products/173_123_20170712114211.png

Onduleur

  • Fonction: L'onduleur convertit l'énergie stockée dans les batteries en électricité à courant alternatif (AC), qui est la forme standard d'électricité utilisée par la plupart des appareils.

  • Opération: L'onduleur garantit que l'électricité est efficacement convertie du courant continu en courant alternatif.
  • Exemple:

https://www.victronenergy.com/upload/products/Inverter%20VE.Direct.png

Chargeur de batterie

  • Fonction: Convertit l'électricité AC en électricité DC pour charger les batteries.

  • Opération: Le chargeur de batterie garantit que les batteries reçoivent le bon type de courant pour une charge efficace. Ce dispositif peut être un composant séparé ou intégré à l'onduleur. Certains onduleurs incluent un chargeur de batterie intégré (onduleur/chargeur).
  • Exemple (chargeur de batterie):

https://www.victronenergy.com/upload/products/362_287_20200706153156.png

  • Exemple (combiné onduleur/chargeur):

https://www.victronenergy.com/upload/products/MultiPlus-II_nw.png

Système de montage

  • Fonction: Le système de montage maintient les panneaux solaires en place, soit sur les toits, au sol ou sur d'autres structures, et garantit qu'ils sont positionnés pour capter la quantité maximale de lumière solaire pour un emplacement géographique donné. Dans l’hémisphère sud, les panneaux doivent faire face au nord géographique, tandis que dans l’hémisphère nord, ils doivent faire face au sud géographique. L'angle d'inclinaison, généralement égal à la latitude du lieu, est important car il permet aux panneaux d'être le plus perpendiculaires possible aux rayons du soleil. 

  • Opération: Il positionne les panneaux solaires à l'angle optimal et l'orientation pour capter le maximum de lumière solaire. 
  • Exemple:

https://cdn.enfsolar.com/tn/320_320_Product_logo_Mounting%20System_6364825c4a730.jpg

Câblage électrique, connecteurs et fusibles

  • Fonction: Des fils et des connecteurs relient tous les composants entre eux, permettant le flux d'électricité des panneaux solaires vers les batteries (via le contrôleur de charge) et des batteries vers les charges (via l'onduleur). Les fusibles protègent le câblage de la surchauffe.

  • Opération: Un câblage approprié garantit un transfert d’énergie efficace et la sécurité dans tout le système.
  • Exemple:

https://www.victronenergy.com/upload/products/cat-091111mega%20fuse%20holder.png

Protection contre les surtensions et la foudre

  • Fonction: Protège le système solaire des surtensions électriques et des coups de foudre, qui peuvent endommager les composants sensibles et présenter des risques pour la sécurité.

  • Opération: Les parasurtenseurs absorbent et redirigent les excès de tension loin du système, tandis que les systèmes de protection contre la foudre, y compris les paratonnerres et les systèmes de mise à la terre, interceptent et conduisent en toute sécurité les coups de foudre dans le sol.
  • Exemple:

https://www.midnitesolar.com/productPhoto.php?product_ID=283

Générateur (facultatif)

  • Fonction: Fournit une source d'énergie supplémentaire pour charger les batteries lorsqu'il n'y a pas ou peu de soleil ou comme source d'alimentation de secours en cas de panne d'un composant du système solaire.

  • Opération: Le générateur fournit une alimentation AC au système de charge de la batterie (soit un chargeur de batterie, soit une combinaison onduleur/chargeur), garantissant une disponibilité continue de l'énergie même pendant des périodes prolongées de faible ensoleillement.

https://www.kipor-power.eu/wp-content/uploads/2016/11/Kipor-KDE6700T-Diesel-Aggregaat-Generator.jpg

Contrôle et surveillance (facultatif)

  • Fonction: Fournit des données en temps réel, un accès à distance et une optimisation du système pour le système solaire. 
  • Opération: Il gère l'utilisation de la batterie, contrôle les charges et s'intègre à d'autres composants du système solaire, garantissant une gestion efficace de l'énergie et la fiabilité du système. De plus, il propose des alertes, une analyse des données historiques et une configuration facile. Un shunt de courant est souvent utilisé pour mesurer en temps réel la production et la consommation d'énergie.
  • Exemple (Centre de contrôle):

https://www.victronenergy.com/static/build/assets/CerboFront-74d399a8.webp

  • Exemple (shunt de courant):

https://www.victronenergy.com/upload/products/Smartshunt%20IP65%20NEW.png

 

Comment ces composants sont-ils interconnectés ?

 

Découvrez ci-dessous 3 exemples schématiques de la manière dont les composants de base peuvent être interconnectés.

Configuration de base :AD_4nXeSpnm6dIgKI5VLCX0dIBEE9G992gMSeWQDucoGaIu2qHvUL_-4sZ83rxpL5wlijRVC_vucgvq5Zm5AzEKamH4Mg9wCwuUoXWuCftjEbq7_-xntQmcjEl_vITv4WAM8jtVxIEtMCg?key=wW_W7baZl1KWRg9HPGNmUsUm

 

Configuration de base avec sauvegarde du générateur :

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Configuration de base avec générateur de secours et combiné onduleur/chargeur :

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Victron Energy dispose d'une brochure qui vous donne plus de détails sur la façon dont les différents composants du système peuvent être connectés entre eux.

Comment concevoir un système solaire hors réseau ?

GTIS a développé un ligne directrice complète sur la façon de concevoir un système solaire hors réseau. Les étapes sont les suivantes :

Lors de la sélection des composants pour votre système, assurez-vous de sélectionner des composants de qualité provenant de fabricants renommés comme par ex. Victron, Outback, Minuit, Bussmann etc. Ils sont couverts par une garantie de plusieurs années, sont réparables et disposent d'une communauté d'utilisateurs disponible pour répondre aux questions. Il existe des composants bon marché qui sont connus pour leurs défaillances précoces et même pour causer des situations risquées (incendies). 

Lors de la sélection des batteries, pensez aux batteries au lithium. L'investissement initial est plus élevé (par rapport aux batteries AGM/GEL), mais elles peuvent facilement durer plus de 10 ans et sont moins lourdes et encombrantes, ce qui facilite la logistique lorsqu'elles doivent être installées dans des endroits éloignés.

Lorsque vous travaillez avec des batteries, assurez-vous de bien comprendre la profondeur de décharge (DoD) et assurez-vous que votre système dispose de mesures de protection en place pour éviter de décharger les batteries au-delà de la DoD conseillée afin de prolonger leur durée de vie. Les onduleurs et onduleurs/chargeurs de qualité ont généralement la possibilité de définir le DoD de coupure. Méfiez-vous des onduleurs bon marché qui ne coupent qu'à très basse tension. Lorsque vous fournissez une alimentation CC à des charges CC directement à partir de la batterie, assurez-vous d'avoir une déconnexion basse tension (LVD) installée.

Assurez-vous que vos mesures de protection sont en place pour éviter autant que possible les dommages causés par les surtensions et la foudre. Le câblage (extérieur ET intérieur) peut facilement capter l’énergie électrique des coups de foudre (proches ou lointains) et transporter cette énergie vers votre précieux équipement. Des dispositifs de protection garantissent que cette énergie est détournée vers la terre pour ne causer aucun dommage. 

Des fusibles doivent être en place pour protéger votre câblage CC et CA de la surchauffe susceptible de provoquer un incendie. Les batteries doivent être protégées par un fusible CC installé le plus près possible de la batterie. Les batteries ont une très faible résistance interne et un court-circuit provoquera un courant énorme pouvant facilement provoquer un incendie. 

Contactez GTIS Power and Communications Systems pour obtenir des conseils d'experts et/ou un deuxième avis lorsque vous travaillez avec un fournisseur/installateur local.

Comment entretenir un système solaire ?

La maintenance d'un système solaire hors réseau nécessite une surveillance et un entretien réguliers pour garantir des performances optimales. Vérifiez/faites ce qui suit régulièrement :

  • Nettoyez régulièrement les panneaux solaires pour éliminer la poussière, la saleté et les débris, car ceux-ci peuvent réduire considérablement l'absorption d'énergie. 
  • Inspectez les connexions, le câblage et les structures de montage pour déceler tout signe d'usure ou de dommage, en résolvant les problèmes rapidement pour éviter d'autres complications. 
  • Les batteries, un composant essentiel du système, doivent être vérifiées pour vérifier leur niveau de charge et inspecter la corrosion ou les fuites, en veillant à ce qu'elles soient régulièrement égalisées si elles sont de type plomb-acide. 
  • L'onduleur et le contrôleur de charge doivent également être examinés pour vérifier qu'ils fonctionnent correctement et efficacement. Resserrez les raccords à vis. 
  • Si votre système comprend un générateur de secours pour charger les batteries pendant les périodes d'ensoleillement insuffisant, un entretien régulier du générateur est essentiel. Cela comprend la vérification des niveaux d'huile, le remplacement des filtres à huile et à air et la garantie que le système de carburant est propre et exempt de blocages. Faire fonctionner le générateur périodiquement, même pendant les périodes non essentielles, aidera à maintenir son état de préparation et à prolonger sa durée de vie. 

Ressources:

  • Victron Câblage illimité : En ligne : DANS / FR - PDF : DANS / FR
  • Victron Énergie Illimitée : PDF: DANS / FR 






 

Collaborateur(s) de cette page: dhenchoz et System Administrator .
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