Stratégie de montage de PANNEAUX SOLAIRES série, parallèle, et zone d'ombre

[Whim]

Bonjour à tous,

Suites aux précieux conseils d'un internaute de ce forum (HULK), j'ai acheté un MPPT pour adapter tension et courant de 6 panneaux solaires (6V 330mA), et ce boitier peu onéreux fait son travail et je peux brancher un onduleur sans batterie pour obtenir du courant, recharger des lithium, etc...

Je m'intéresse maintenant aux performances du système, puisque je peux brancher les panneaux en parallèle ou série, jusqu'à 36V en entrée du MPPT.

Existe t-il une configuration particulièrement efficace ?
D'après mes études en électronique, on préfère régulièrement les tensions aux courants, qui sont régulièrement synonymes d'effet joules, et donc pertes/baisse de rendement.

Et que dire à propos d'une stratégie de branchement des panneaux en ce qui concerne les ombres ? (je veux dire par là, si tout les panneaux sont montés en série, si une ombre se projette, est-ce que le panneau ombragé sera un maillon faible empêchant tout courant de circuler dans l'unique maille ? Si oui n'est-il pas préférable de monter certains ou tout les panneaux en parallèle ?).

Ou bien est-ce sans importance, puisque le MPPT est sensé ajuster la puissance dans sa tension et courant ?

Cordialement.
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[vincent66]

BOnsoir...

Ouzi en effet une ombre sur un panneau en série peut dégrader l'ensemble du système... Une simple feuille morte posée sur une seule cellule d'un panneau mono ou polycristallin peut suffire...

En général pour y pallier on branche une diode de puissance tête-bêche sur chaque panneau...

En cas de branchement en parallèle il convient de mettre une diode de puissance anti-retour sur chaque panneau...

Belle soirée...!

[Whim]

vincent66

pour y pallier on branche une diode de puissance tête-bêche sur chaque panneau...

Un autre internaute (encore HULK ) m'avait parlé de ces diodes, mais dans le but d'éviter des retours de courants issus de la batterie en charge, du genre une fois la batterie chargée à un certain niveau de tension, si un ombre arrive sur les PV, il devient récepteur et non plus générateur, et n'étant pas conçu pour cela, ces courants endommageaient les PV.

Mais tout ça n'aide pas sur le sujet, qui concerne le rendement, et non la protection...

[invite03481543]

Bonsoir,
6V 300mA par panneau c'est peu, même avec 6 panneaux, pour alimenter un onduleur c'est léger.
Quel est la puissance de l'onduleur?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Whim]

HULK28

Je ne dispose pas de cette information (on m'a envoyé par erreur cet onduleur sans pouvoir le retourner, et pas de mode d'emploi ni documents).

Pour les premiers essais, il a permit d'alimenter via USB un chargeur de li-ion, avec une 18650 3.7V 3Ah en charge avec 0.5A d'après l'afficheur.

[PA5CAL]

Bonsoir

De mon point de vue :

- Dans le cas d'un branchement en parallèle, avec des diodes anti-retour individuelles, on autorise les panneaux à produire des courants différents. Avec un système MPPT unique, les panneaux seront différemment exploités, mais l'ensemble le sera toujours au maximum de production de puissance possible.

- Dans le cas d'un branchement en série, avec des diodes anti-inversion individuelles en parallèle et une diode anti-retour en série, toutes les paires panneau+diode anti-inversion doivent faire circuler le même courant, qui est le courant maximum produit par l'un des panneaux. Tous les panneaux qui ne produisent pas le courant maximum voient leur tension s'effondrer afin de produire le courant requis ou, au pire, mettre en conduction la diode anti-inversion (situation dans laquelle le panneau ne produit plus aucune puissance électrique).

La première solution me paraît donc plus efficace.

[Whim]

PA5CAL

Ok je crois que j'ai compris après avoir relu plusieurs fois.

Dois-je en déduire qu'en général, du moment qu'on a une tension suffisamment haute, les PV sont montés en parallèle ?

[PA5CAL]

Pour illustrer mes propos, voici un exemple avec deux panneaux, pour simplifier.

Sur les courbes tension-courant, j'ai indiqué le point de puissance maximale et les zones correspondant à l'action des diodes. La courbe verte (PV2) correspond au panneau dont la production électrique est affectée par une ombre. La courbe rouge correspond au montage des deux panneaux.



Pour des panneaux branchés en série :
• dans le cas où les panneaux sont utilisés à tension nominale (U_n), le courant de l'ensemble est limité par le courant produit par le panneau affecté par l'ombre ;
• dans le cas où les panneaux sont exploités à l'aide d'un système MPPT, le point de fonctionnement est maintenu sur l'un des deux maximums locaux :
- soit le système maintient le courant maximum (1), ce qui provoque une chute notable de la tension (comme je l'avais indiqué dans mon commentaire précédent),
- soit le système maintient la tension maximale (2), ce qui provoque une chute notable du courant (pour ce cas, j'ai représenté le déplacement des points de fonctionnement correspondant aux pertes de puissance pour chaque panneau).

Pour des panneaux branchés en parallèle, les points de fonctionnement de chaque panneau variant peu, tant pour un fonctionnement à tension nominale que pour un contrôle par système MPPT. La baisse de puissance n'est alors pratique due qu'à la baisse d'éclairement provoquée par l'ombre.

On voit donc que la puissance produite chute nettement plus dans les cas d'une mise en série des panneaux que dans les cas d'une mise en parallèle.


Il s'agit là d'une remarque personnelle. Cela ne préjuge en rien de la façon dont on monte les panneaux PV en règle générale, d'autres considérations pratiques pouvant par ailleurs intervenir dans les choix réalisés.

[Whim]

PA5CAL

C'est très complet, merci.

Je vais donc m'en tenir au montage en parallèle, et inclure les diodes de protection.


Est-ce pertinent de mettre ces diodes en double, afin de diviser le courant par 2 qui traverse les didoes et donc la chauffe ?

[PA5CAL]

En principe, le fait de doubler des diodes réduit effectivement un peu leur chute de tension, et par conséquent la puissance totale qu'elles dissipent. Toutefois, le choix d'un modèle de diode présentant d'emblée de bonnes performances permet parfois d'obtenir encore de meilleurs résultats.

Il est donc préférable de vérifier le gain réellement obtenu dans l'opération, et d'en estimer les bénéfices relativement aux surcoûts que cela induit.


Par exemple, pour les diodes anti-retour, on pourrait choisir un modèle surdimensionné de diode Schottky, comme par exemple la 50SQx (prévue pour un courant de 5A). Comme celle-ci présente une chute de tension de 450mV sous 300mA, soit une perte de 135mW, et de 400mV sous 150mA, soit une perte de 60mW, on gagnerait 15mW en doublant la diode. Ce choix devient moins intéressant si l'on considère qu'une diode Schottky 1N581x (prévue pour un courant de 1A) présente déjà une chute de tension inférieure à 350mV sous 300mA, soit une perte d'environ 100mW seulement.

Une diode Schottky 20Lx (prévue pour un courant de 20A) présente une chute de tension inférieure à 200mV sous 300mA, soit une perte inférieure à 60mW. Ce modèle très largement surdimensionné paraît plus intéressant qu'une 1N581x au premier abord, mais en y regardant de plus près, son courant de fuite inverse important (quelques 1,7mA sous 6V à 25°C, soit une perte de 10mW en inverse) pourrait augmenter la décharger de la batterie durant toute la nuit, et ainsi gaspiller les bénéfices du gain réalisé pendant la recharge durant une partie du jour.

Après, on peut aussi envisager de doubler des diodes 1N581x... ou d'un modèle plus performant.

[PA5CAL]

Mais j'insiste : au bout du compte, il faut se demander si cela vaut de coup de s'embêter à gagner 1% sur la puissance produite, alors que l'incertitude très grande qui pèse sur la disponibilité de ce type de source d'énergie impose de surdimensionner assez largement l'installation.

[Whim]

PA5CAL

Je vois que j'ai bien fait de poser plus de questions !

Mais je crois que je peux concéder 1% de pertes; ces panneaux ne sont là que pour recharger des 18650 qui ne se videront normalement que peu pour l'usage que je leur réserve.
En fait j'ai parlé de doubler les diodes car je sais que j'en aurais en plus car je vais les prendre en lot de 10 (alors qu'il ne m'en faut 6 pour mes 6 PV, n'est-ce pas?)

Je n'ai pas vu de courant de fuite dont tu parles (leak current si je ne m'abuse?) dans la doc des diodes (mais bon si ça concerne d'infimes pertes, osef)
https://www.digchip.com/datasheets/p...0SQ045-pdf.php

Il y a tout de même 2 choses que je ne comprend pas d'après les schémas de câblages que j'ai vu:

-aucunes résistances à côté des diodes (mais je suppose que étant donné qu'elles sont faites pour des courants assez important, ce n'est pas si étonnant si elles encaissent sans résistances?)
-les MPPT sont à brancher en sortie avec un onduleur (jusque là ok) ET une batterie, obligatoirement si j'en juge la doc de d'autres MPPT (pourquoi?! mon onduleur a bien fonctionné pendant les tests sans batterie, et que suis-je sensé faire avec les li-ion? les mettre en série pour disons obtenir un 12V, qui sera en parallèle avec l'entrée de l'onduleur ?)

[PA5CAL]

il ne m'en faut 6 pour mes 6 PV, n'est-ce pas?

Seulement si c'est le montage en parallèle qui est retenu et si les panneaux n'en intègrent pas déjà une. Il faudra alors une diode en série sur chaque panneau.

Pour un montage en série ou un montage série-parallèle, il pourrait en falloir beaucoup plus si les panneaux n'intègrent pas déjà ces diodes.

Comme je l'ai indiqué, le choix entre un montage en parallèle et un montage en série peut également reposer sur d'autres considérations pratiques (probabilité d'une occultation partielle des panneaux par des ombres, tension à produire, rendement de l'ensemble, etc.).

Je n'ai pas vu de courant de fuite dont tu parles (leak current si je ne m'abuse?) dans la doc des diodes

Il faut regarder du côté des courbes « reverse characteristics » (NB : 100%=–45V pour la 10SQ45).

-aucunes résistances à côté des diodes (mais je suppose que étant donné qu'elles sont faites pour des courants assez important, ce n'est pas si étonnant si elles encaissent sans résistances?)

Idéalement, une diode fonctionne comme un interrupteur. Si le courant devait être limité, il faudrait s'en assurer du côté de l'appareil alimenté.

Pour faire un parallèle, on ne met pas des résistances dans les interrupteurs qui allument les lampes dans les maisons pour limiter le courant, mais ce sont les lampes qui réalisent cette limitation. On a un fusible ou un disjoncteur en amont pour couper le courant en cas de court-circuit accidentel, tandis qu'avec une alimentation photovoltaïque le courant produit est naturellement limité par l'énergie solaire reçue.

Bref, il n'y a aucune raison de mettre des résistances, qui gaspilleraient au passage une part notable de l'énergie qu'on s'embête tant à produire.

-les MPPT sont à brancher en sortie avec un onduleur (jusque là ok) ET une batterie, obligatoirement si j'en juge la doc de d'autres MPPT (pourquoi?! mon onduleur a bien fonctionné pendant les tests sans batterie, et que suis-je sensé faire avec les li-ion? les mettre en série pour disons obtenir un 12V, qui sera en parallèle avec l'entrée de l'onduleur ?)

Un système MPPT ne peut trouver le maximum de puissance de la source que si la charge absorbe effectivement toute la puissance produite. De plus, son fonctionnement reposant sur le stockage périodique de l'énergie dans une inductance, une charge insuffisante provoquerait en sortie une surtension qui, en l'absence d'une protection adaptée, pourrait aller jusqu'à détruire le dispositif.

La présence d'une batterie intermédiaire entre les panneaux solaires et l'onduleur permet :
- de stabiliser la tension d'entrée de l'onduleur et d'assurer à ce dernier une partie des conditions de fonctionnement requises
- de fournir une réserve d'énergie afin de continuer de fournir à la charge de l'onduleur la puissance qu'elle appelle, notamment quand la production photovoltaïque devient insuffisante, provisoirement (durant une fraction de seconde) ou durablement (durant plusieurs heures).

En plus du MPPT, le système doit inclure un chargeur et des protections adaptés à la batterie Li-ion, afin d'assurer à cette dernière de bonnes conditions d'exploitation (pour rappel, les batteries Li-ion sont de véritables bombes et provoquent assez régulièrement des accidents ; elles ne doivent pas être malmenées, électriquement, mécaniquement et thermiquement parlant).

[Whim]

PA5CAL

J'ai pris plus de temps pour analyser tes réponses et éviter au possible de te faire perdre du temps.

une charge insuffisante provoquerait en sortie une surtension qui, en l'absence d'une protection adaptée, pourrait aller jusqu'à détruire le dispositif.

Tu veux dire qu'en absence de charge derrière le dispositif (ici, mon chargeur de li-ion branché à l'onduleur, chargeur qui joue le rôle de résistance), il n'y a pas de chute de tension inhérente à la présence d'une résistance, et comme cette tension ne chute pas, elle est trop élevée donc dangereuse, c'est ça ?

La présence d'une batterie intermédiaire entre les panneaux solaires et l'onduleur permet :
- de stabiliser la tension d'entrée de l'onduleur et d'assurer à ce dernier une partie des conditions de fonctionnement requises

Un ou plusieurs condensateur de fortes capacités ne pourraient-ils pas remplir ce rôle ? Mon système solaire doit être mobile, une batterie au plomb dans un sac à dos c'est pas terrible, et les li-ion c'est délicat à manier...

- de fournir une réserve d'énergie afin de continuer de fournir à la charge de l'onduleur la puissance qu'elle appelle, notamment quand la production photovoltaïque devient insuffisante, provisoirement (durant une fraction de seconde) ou durablement (durant plusieurs heures).

Ce dont tu parles là, c'est si je veux absolument aucune coupure n'est-ce pas ?

En plus du MPPT, le système doit inclure un chargeur et des protections adaptés à la batterie Li-ion, afin d'assurer à cette dernière de bonnes conditions d'exploitation (pour rappel, les batteries Li-ion sont de véritables bombes et provoquent assez régulièrement des accidents ; elles ne doivent pas être malmenées, électriquement, mécaniquement et thermiquement parlant).

Oui on en a parlé plusieurs fois sur le forum, c'est pour ça aussi que je pose beaucoup de questions. Le lithium, ça se manie avec précautions.

[invite03481543]

Bonjour,

En compléments des très bonnes explications de PA5CAL, la batterie lithium (doit) est constituée des protections pour être homologuée par le laboratoire certificateur.
Comme déjà expliqué par ailleurs une batterie lithium est l'association de cellules lithium et d'une électronique de gestion (ou au minimum des protections de base).
Donc évitez d'acheter des pseudo batteries lithium qui n'auraient pas ces caractéristiques élémentaires.

Le MPPT doit posséder des dispositifs de sécurités pour le cas où:
-> la batterie est pleine => la sortie du MPPT doit être limitée à une valeur supportable par le circuit de protection de la batterie, en général c'est le cas en présentant une tension max fixée sur la tension max de l'accu.
-> en cas de débranchement des PV ou de sous tension en entrée le MPPT doit pouvoir se mettre en stand-by ou s'arrêter proprement sans conséquences pour la batterie, par exemple en ne consommant rien sur sa sortie, ni se mettre dans un état instable.

[PA5CAL]

« une charge insuffisante provoquerait en sortie une surtension qui, en l'absence d'une protection adaptée, pourrait aller jusqu'à détruire le dispositif. »

Tu veux dire qu'en absence de charge derrière le dispositif (ici, mon chargeur de li-ion branché à l'onduleur, chargeur qui joue le rôle de résistance), il n'y a pas de chute de tension inhérente à la présence d'une résistance, et comme cette tension ne chute pas, elle est trop élevée donc dangereuse, c'est ça ?

En gros, oui.

Si par exemple le MPPT parvient à délivrer 0,3 A alors que la charge n'est équivalente qu'à 10 kΩ, alors la tension de sortie devrait atteindre 3000 V. La plupart des circuits électroniques n'y survivraient pas. En pratique, on est doit faire en sorte de perdre ou de ne pas produire le surplus de puissance, ce qui remet en cause les gains réalisés par le système MPPT.

Sinon, sauf à considérer un fonctionnement sur des temps très courts, l'onduleur n'est pas une charge mais un convertisseur. La charge, c'est plutôt l'appareil qu'on alimente avec l'onduleur.

« La présence d'une batterie intermédiaire entre les panneaux solaires et l'onduleur permet :
- de stabiliser la tension d'entrée de l'onduleur et d'assurer à ce dernier une partie des conditions de fonctionnement requises »

Un ou plusieurs condensateur de fortes capacités ne pourraient-ils pas remplir ce rôle ? Mon système solaire doit être mobile, une batterie au plomb dans un sac à dos c'est pas terrible, et les li-ion c'est délicat à manier...

« - de fournir une réserve d'énergie afin de continuer de fournir à la charge de l'onduleur la puissance qu'elle appelle, notamment quand la production photovoltaïque devient insuffisante, provisoirement (durant une fraction de seconde) ou durablement (durant plusieurs heures). »

Ce dont tu parles là, c'est si je veux absolument aucune coupure n'est-ce pas ?

Il faut s'entendre sur l'utilisation qui sera faite de ce système d'alimentation.

Si le but est juste de convertir l'énergie solaire en courant alternatif en temps réel, en acceptant les baisses et les arrêts de production que cela pourrait entraîner, alors un condensateur pourra certainement remplacer la batterie pour lisser grossièrement la tension à l'entrée de l'onduleur.

Mais dès lors qu'on a besoin d'avoir une petite réserve d'énergie pour éviter de courtes coupures ou pour arriver à produire à certains moments une puissance instantanée plus élevée que celle produite par le panneau, alors une batterie s'avère beaucoup plus efficace qu'un condensateur.

Note que pour des applications mobiles excluant les technologies au lithium, il est souvent préférables d'utiliser des accus Ni-MH, beaucoup moins lourd que les accus au plomb.

Pour info, les rapports entre l'énergie stockée et le poids sont les suivants :
• Li-ion : 110 à 160 Wh/kg
• Ni-MH : 60 à 120 Wh/kg
• Plomb-acide : 30 à 50 Wh/kg (sans compter le fait que, le plus souvent, le taux de décharge des accus plomb-acide doit être drastiquement limité).

Comparativement, un super-condensateur affiche entre 0,5 et 5 Wh/kg, sans compter le fait que sa décharge sera forcément partielle afin que la tension d'entrée de l'onduleur reste dans une plage permettant le fonctionnement de ce dernier (e.g. pour une plage de tension de ±25%, on ne pourra utiliser que 40% de la charge maximale, ce qui divise par 2,5 la capacité utilisable ; pour une plage de tension de ±5%, on ne pourra utiliser que 10% de la charge maximale, ce qui divise par 10 la capacité utilisable).

En d'autres termes, une petite batterie d'accus Ni-MH sera nettement moins lourde et moins encombrante qu'un super-condensateur (et a fortiri qu'un condensateur) équivalent.

[Whim]

PA5CAL

Comparativement, un super-condensateur affiche entre 0,5 et 5 Wh/kg, sans compter le fait que sa décharge sera forcément partielle afin que la tension d'entrée de l'onduleur reste dans une plage permettant le fonctionnement de ce dernier (e.g. pour une plage de tension de ±25%, on ne pourra utiliser que 40% de la charge maximale, ce qui divise par 2,5 la capacité utilisable ; pour une plage de tension de ±5%, on ne pourra utiliser que 10% de la charge maximale, ce qui divise par 10 la capacité utilisable).

Ok, je crois que j'ai compris où tu voulais en venir.

Vu le problème du poids qui augmentera inexorablement, je pense que je vais changer de stratégie; me débrouiller pour que le chargeur de li-ion soit systématiquement branché à 2 batteries, l'une étant assez chargée mais pas complètement, l'autre assez déchargée.
De cette façon, il y aura toujours une charge existante pour le problème de tension élevée risquant d'endommager le chargeur, et en même temps un stockage de l'énergie raisonnable (je ne serais pas à sec, j'aurais toujours quelques % de batteries sur plusieurs batteries).

Ca va demander un peu de gymnastique pour tout gérer, mais comme le système est toujours sur moi, j'aurais juste à ouvrir l'oeil (de plus, je crois avoir repéré un système de garde-fou sur le MPPT lors des premiers tests où je faisais des erreurs).

Ce ne sera pas l'efficacité électrique j'en ai peur, mais ce sera au moins l'efficacité du poids et du porte-monnaie. =)

Reste à recevoir les diodes anti-retour, câbler et tester.

HULK28

Comme déjà expliqué par ailleurs une batterie lithium est l'association de cellules lithium et d'une électronique de gestion (ou au minimum des protections de base).

A ce sujet, comment est sensé se comporter une li-ion décemment protégée en cas de CC ?
Si la protection existe et reste efficace, je devrais ne rien observer de notable si je CC volontairement la batterie ?
Je m'en suis procuré récemment qui ont apparemment bonne réputation (des panasonics régulièrement bien notées).

Le MPPT doit posséder des dispositifs de sécurités pour le cas où:
-> la batterie est pleine => la sortie du MPPT doit être limitée à une valeur supportable par le circuit de protection de la batterie, en général c'est le cas en présentant une tension max fixée sur la tension max de l'accu.
-> en cas de débranchement des PV ou de sous tension en entrée le MPPT doit pouvoir se mettre en stand-by ou s'arrêter proprement sans conséquences pour la batterie, par exemple en ne consommant rien sur sa sortie, ni se mettre dans un état instable.

Je pense que je vais stresser (un peu) le MPPT et voir son comportement pour voir s'il est réellement protégé car il vaut mieux risquer ce boitier uniquement plutôt que l'onduleur, MPPT et chargeur li-ion compris.
J'ai vu une diode rouge s'allumer en certaines circonstances (courant faible notamment).


Merci à vous 2 d'avoir répondu.

[invite03481543]

En cas de CC la protection doit être de type très rapide, en général autour de 100~150µs, selon les courants en jeu, pour préserver le SOA des transistors de commutation qui vont ouvrir le circuit de puissance.
Cette protection quand elle est bien faite fera que vous n'observerez qu'un tout petit "tic" caractéristique, rien de plus.
Si c'est mal conçu ce sera au contraire destructeur bien évidemment, vu que le lithium est capable de "pousser" du courant.
C'est d'ailleurs sur ce type de protection que l'on juge un PCM, ou un BMS bien ou mal conçu, tout le monde ne sachant pas ce qu'est un SOA...
La qualité de la cellule n'a rien à voir là dedans, une PANASONIC mal protégée sera tout autant en danger qu'une cellule de bas étage si l'électronique n'est pas au rendez-vous.