Couplage cellules solaires multi-tensions

[roro222]

Bonjour
J'ai récupéré de multiples panneaux solaires sous différentes tensions et ampérages
Quel est la meilleure option pour les coupler au régulateur pour charger mes batteries ?
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[Forhorse]

De ce que j'en sais, je dirais la C
Mais niveau rendement ça risque de pas être top (quelque soit la solution cela dit...) après si c'est de la récup le rendement c'est secondaire...

[roro222]

De ce que j'en sais, je dirais la C

C'est à dire ???

[Forhorse]

En fait ta mise en parallèle de panneaux aussi disparates ne donnera rien de plus, a moins qu'ils aient tous une orientation différente pour optimiser la durée de production dans la journée.
A partir du moment où la tension du plus "gros" panneau (celui qui a la tension la plus haute) dépasse celle d'un autre panneau, ce dernier ne produira plus rien.
Bref, c'est pas pour rien qu'on ne fait jamais ce genre de montage.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Antoane]

Bonjour,

La B n'a pas de sens : toutes les diodes sont en parallèle.
Les diodes série sont nécessaires du fait des différences de tensions entre panneaux.

La bonne solution, d'un point de vue de la puissance max exploitable, est d'utiliser un MPPT par panneau. A défault, et faute de données supplémentaire, la C est la meilleure option.
Connaitre les charactéristiques un peu plus précises des panneaux (Voc, Isc) aiderait.

Au passage, ca s'étudie assez bien en simulation, à condition d'avoir les (Voc, Isc). Pour cela, on modélise chaque PV par une source de courant de valeur Isc en parallèle avec suffisament de diodes de manière à ce que la tension à leur bornes lorsqu'elle sont parcourues par Isc soit proche de Voc.
C'est ce qui est fait ci-dessous : chaque source de courant en paralèlle avec "un certain nombre de diodes" (argument N=* dans la définission de chaque diode). On suppose ici que chaque PV a un Isc de 1 A.
la simulation montre la puissance extractible avec (courbe bleue) et sans (courbe verte) diode série :
Screenshot 2023-06-25 152540.jpg
[dans cette simulation, il y a une erreur : le panneau 9V est en fait modélisé par un panneau de 0.8 V].
Les différentes "bosses" sont des maxima locaux correspondant aux pics de puissance des différents panneaux, et auquel transfert le plus de puissance.

On peut ensuite jouer avec les valeurs. Par exemple :
Screenshot 2023-06-25 153548.png
Sur les courbes du haut, le panneau 31 V est spécifié pour Isc = 3 A, le 9V est pour Isc = 100 mA. Les autres sont 1 A.
Sur les courbes du bas, tous les panneauxsont spécifiés pour Isc = 1 A.

Le modèle de simulation si qqn veux jouer avec : pv_einfach.asc

[roro222]

Bref, c'est pas pour rien qu'on ne fait jamais ce genre de montage.

Hé pourtant on la fait n'en déplaise à Forhorse
Bon, c'est probablement pas l'optimum mais ça marche depuis 2 ans
Et on rajoute des panneaux ou des assemblages de panneaux lorsque l'on en trouve à la décharge

C'est la version C que l'on a fait , de mon propre chef, car j'ai estimé que c'était la meilleure solution au vu de nos ressources
Mur panneau solaire total.JPG
Pac batterie convertisseur.jpg

La B n'a pas de sens : toutes les diodes sont en parallèle

.
Et pourtant, c'est ce que l'on trouve sur le boitié de connexion de certains panneaux solaires

[Antoane]

> Et pourtant, c'est ce que l'on trouve sur le boitié de connexion de certains panneaux solaires
il ne faut pas confondre "nécessaité fonctionnelle" et résultat de l'utilisation de composants/éléments standardisés. Ces diodes en parallèle inverse sont utiles lorsques les PV sont en série. Cela se démontre bien avec le circuit de simulation du post 5, en connectant en série des panneaux délivrant des courants différents. Sans les diodes, le panneau le plus faible consomme de la puissance (beaucoup).

Avec les pv en parallèle, la diode n'est pas utile.

> C'est la version C que l'on a fait , de mon propre chef, car j'ai estimé que c'était la meilleure solution au vu de nos ressources
A technologie donnée, la puissance est proportionelle à la surface. Connaissant la surface, le Voc des panneaux, et la technologie (amorphe, monocristalin, ou polychristalin -- ca se déduit assez bien d'une photo) on pourrait en déduire un modèle relativement pertinant.


> A partir du moment où la tension du plus "gros" panneau (celui qui a la tension la plus haute) dépasse celle d'un autre panneau, ce dernier ne produira plus rien.
Ca suppose que les PV sont assimilables à des sources de tension, ce qui n'est pas le cas (sinon on pourrait extraire une puissance infinie du PV ). Le MPPT va se placer à un point plus ou moins à mis chemin entre fonctionnement en source de tension et fonctionnement en source de courant.

[titijoy3]

il est peut être possible d'harmoniser les tensions par des combinaisons série/parralèle ? par exemple 3 panneaux 9 v en série donnent 27 volts

[Antoane]

Bonjour,

ce n'est pas évident en pratique car les panneaux ne sont pas identiques.

C'est facile à voir avec la simulation :
Si on considère 3 PV 9V, l'un de 100mA et les autres de 1A, on peut obtenir les courbes de puissance ci-dessous :

En rouge la courbe de puissance des panneaux 9V-1A
En cyan la courbe de puissance du panneau 9V-100mA
En bleu la courbe de puissance de l'assemblage série des trois panneaux
En gris la courbe de puissance de l'assemblage série des deux panneaux 9V-1A, celui de 100mA n'est pas connecté.
On peut discuter la validité du modèle, mais on voit qu'ajouter le panneau de 100mA n'apporte rien, et en fait dégrade le fonctionnement. C'est du au fait que, autour du may de puissance, les PV 1A tentent de "forcer" 1A de photo-courant, ce que ne permet pas le PV de 100 mA. Le courant circule donc à travers la diode de bypass parallèle à ce dernier (cc @roro). Le PV 100mA ne contribue pas à la puissance totale, mais sa diode de bypass "mange" ~ 450 mV
Dans ce cas, il est préférable de laisser le pv de 100mAdans le tirroir.

Ceci dit, l'idée de base est bonne, et c'est ce qu faisait (un peu) roro dans l'option C avec les pv 9V et 10 V

[roro222]

Dans le schéma ci-dessus, les tensions étaient à titre symbolique et non la réalité
Vu que c'est de la récup certaines étiquettes n'y sont pas et les autres sont planquées derrière le mur
A l'heure actuelle nous avons 17 panneaux qui vont du plus petit au plus grand
Un de ces jours (ciel sans nuage, disponibilité de mon frère car ça ce passe chez lui) il nous faudra re-faire un tableau récapitulatif des voltages -ampérages et le maximum d'infos possibles
Question
Celui qui a sa diode parallèle déjà intégré, faut t'il l'enlever ou ne rien toucher car elle ne perturberait en rien le montage final ?

[Antoane]

> Celui qui a sa diode parallèle déjà intégré, faut t'il l'enlever ou ne rien toucher car elle ne perturberait en rien le montage final ?
Elle ne gène pas

Vu que c'est de la récup certaines étiquettes n'y sont pas et les autres sont planquées derrière le mur

Mesure de Voc et Isc... Ca se fait assez aisément

[Forhorse]

Hé pourtant on la fait n'en déplaise à Forhorse

C'est pas parce que tu l'as fait que la production est notablement supérieure à celle du panneaux présentant la tension la plus haute...

[Antoane]

Les PV ne sont pas des sources de tension, et ne travaillent pas en source de tension danun "bon" montage. Aussi la tension nominale du panneau présentant la tension la plus haute n'est pas très pertinente. C'est par exemple visible sur cette simulation, montrant les charactéristiques de deux assemblages (fenetre du haut vs du bas) ustilisant des panneaux de plus haute tension (Voc = 31 V) délivrant des courant max de, respectivement 100 mA et 3 A. La figure montre la characteristique de ce panneau seul, et celles des assemblages inculant ce panneau. Dans le premier cas, le panneau ayant la plus haute tension nominale ne contribue que marginalement à la puissance au MPP (~6%, @V = 14 V).
Dans le 2e cas, on voit que le panneau 31V-3A contribue pour 80% de la puissance au MPP (V=21 V). Cependant, au maximum de puissance local situé @V=15V (qui n'est que 8% en deca de la puissance du MPP), le panneau 31V-3A ne contribue que pour 64% de la puissance totale extraite.


C'est encore plus marquant (mais je n'ai pas fait la simu) si on considère un panneau ayant une tension signifiativement plus élevée que les autres (mais une puissance max similaire).


Les sources sont très linéaires, et leur association pas evidente. On ne peux pas bien raisonner sur des généralités.

[Forhorse]

tes simulations c'est avec ou sans diode ?

[Antoane]

C'est avec.

Sans, le panneaux présentant la plus faible tension Voc agirait comme une limitation en tension en absorberait la puissance venant des autres PV.
C'ets ce qu'on voit dans cette simu montrant la puissance récupérable pour un assemblage parallèle :
PV 31V-3A + 24V-1A + 17V-100mA + 19V-1A

Avec (en bleu) ou sans (en rouge) les diodes en série avec chaque PV.
Dans le cas sans diode, on voit que la tension max atteignable est proche de 19V (lègèrement supérieure en fait, puisque cette tension max est atteinte quand le photocourant venant de toutes les cellules traverse le PV de tension en circuit ouvert 19V, et pas seulement son Isc).
Avec ce montage, la puissance dissipée dans le PV ayant la plus petite tension peut augmenter fortement, puisqu'il absorbe toute la puissance électrique produite par les autres panneaux.

[roro222]

C'est bien compliqué tout ça
J'attend la disponibilité de mon frère et un bon soleil sans nuage pour faire des mesures réelles histoire de voir entre les simulations et la réalité

[Forhorse]

J'ai du mal à voir comment les diodes peuvent être passante avec une tension cathode supérieur à l'anode et donc comment les productions peuvent se cumuler.

[Antoane]

Peut-être avec un exemple plus simple,
avec seulement deux PV, l'un de 31V-100mA, l'autre de 24V-1A, et connection par diodes :

chaque PV est modélisé pa une source de courant modélisant la source de photo-courant, et une série de diodes (D72 et D73) modélisant la jonction de chaque cellule solaire. Note que D72 est en fait constitué de N=44 jonctions en série (D73 en compte 27), ce qui est est le nombre requis pour atteindre 31 V de tension en circuit ouvert (Voc).

Le plot du haut montre la puissance récupérée en fonction de la tension Vdc imposée par le MPPT
Le plot du bas montre le courant délivré par chaque PV. Lorsque la tension Vdc est trop faible pour rendre passant D72 et D73 (qui ont des tensions de seuil proches de 30 et 20 V), alors tout le courant délivré par les sources arrive sur le DC-link et seretrouve absorbé par le MPPT (modélisé par une source de tension B18). Lorsque la tension surle DC-link atteint ~16-20V, D73 commence à conduire et à absorber une partie de la puissance délivrée par I42. Pour Vdc > 24 V, D75 se retrouve polarisée en invrse et seule I41 contribue à la puissance absorbéepar B18. lorsque Vdc atteint ~ 30V, D72 commence à conduire et pour Vdc>31 V, D74 se retrouve polarisée en inverse : la puissance récupérée est alors nule.