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Optimiser le rendement des panneaux photovoltaiques

Panneau photovoltaique pour camping-car. Pose à plat, à l horizontale.90% des installations domestiques ne fonctionnent qu'à 50% de leur capacité. Voyons comment utiliser les panneaux photovoltaiques à 100% de leur capacité.
Bien sûr, pour nos camping-cars, cela reste un peu théorique, quoi que tout bon bricoleur pourra sérieusement améliorer son installation.




Pas de bon rendement sans bon régulateur!


Le plus souvent on se soucie des panneaux (marque, technologie monocristallin, polycristallin, puissance...) et assez peu du régulateur.
Pourtant, sur 24 heures, une différence de 30% de production peut être observée entre les différentes technologies de régulateurs.

Régulateur Tracer, de type MpptOubliez les simples régulateurs qui se contentent de limiter le courant en cas de sur-charge de la batterie. Les contrôleurs de type "PWM" (Pulse With Modulation) peuvent être utilisés pour les installations économiques, mais il est préférable d'opter pour un contrôleur de type "MPPT" (Maximum Power Point Tracking).

Pourquoi utiliser un MPPT? La raison est simple : le MPPT améliore le rendement de 30%. En effet, un panneau solaire destiné à un camping-car, donc à charger une batterie 12 volts, produit une tension comprise entre 17 et 19 volts environ, à vide. Ainsi, avec un contrôleur PWM, la tension d'entrée est de 17 V, mais la tension de sortie est proche de 13 V, il y a donc 4 V (17V-13V) perdus... Cette énergie est dissipée en chaleur.

Exemple


Prenons un panneau de 100W, délivrant 17V pour 6A. La puissance en sortie de panneau est bien de 100 watts ( 17V x 6A ) mais un régulateur classique utilisera ces 6 A sous 12 V et non 17 V. Par conséquent, la puissance réellement utilisable n'est plus de 100 W, mais de seulement 72 W ( 12 x 6 ), ce qui représente une perte d'environ 30%. Ainsi, vous achetez un panneau de 100 W pour en utiliser 72...
Le contrôleur MPPT convertit la baisse de voltage de 17 V à 12 V en "intensité", ce qui permet d'utiliser 100% de vos panneaux solaires.

Convaincu ? L'iBoost d'Alden est un bon produit, mais on peu trouver mieux pour la moitié de son prix. Voir ici: Solaire photovoltaique. Par exemple: Solaire Tracer Régulateur MPPT.

Optimisez vos cablages


L'intensité d'un panneau de 100 Wc peut atteindre 8 ampères. Un cable trop fin et/ou trop long générera une perte. Il faut donc penser son installation avec la plus courte distance entre ppv et batterie, avec une section suffisante, voire sur-dimensionnée pour prévoir l'ajout futur de ppv. Personnellement, je cable en 4mm².
Et placer le régulateur à proximité de la batterie plutot que du panneau.
Voir Calcul de section des cables electriques

Pas d'orientation = pas de rendement


Pour qu'un panneau délivre tout sa puissance, les rayons solaires doivent le "frapper" perpendiculairement à sa surface. Il faut donc suivre le soleil, à la manière d'un tournesol.

Le premier angle à suivre...


Le rendement solaire est directement lié à l'angle entre les rayons solaires et la surface du panneau. Le rendement est égal à R = Cos(A) avec A qui est la valeur de l'inclinaison du soleil, variant suivant les saisons et la latitude

Exemple


Au solstice d'été (21 Juin) et au nord de la France, le soleil a une inclinaison de 27°, donc, un panneau posé à plat aura un rendement de : Cos(27°) = 0.9, soit un rendement de 90%... Pas catastrophique, mais 10% perdus quand même...
Par contre, au solstice d'hiver (21 Décembre) et toujours au nord de la France, le soleil a une inclinaison de presque 70°, ce qui fait un rendement de : Cos(70) = 35%!

Il est donc évident qu'un montage à plat, est à proscrire, en hiver!! voila pourquoi bon nombre d'utilisateurs crient haut et fort que le solaire, cela ne vaut rien l'hiver...c'est complètement faux si l'on oriente les panneaux.

Parce qu'un schéma vaut mieux qu'un long discours, voici les inclinaisons à adopter en fonction des saisons et de votre position géographique :

Graphique des inclinaisons optimales d un panneau solaire pour être perpendiculaire au soleil au fil des saisons. Angles par rapport au sol.





























Prenons le cas le plus défavorable (au Solstice d'hiver) et au nord de la France : Un panneau prévu pour débiter 100W et posé à l'horizontale, n'en produira au mieux que 35! Si à ce panneau est greffé un régulateur classique, la perte sera encore de 30%..soit un rendement final d'au mieux 25%...ce qui est plus que catastrophique.
Si l'inclinaison n'est pas réglable, un angle constant de 45° est un bon compromis. On y perdra un peu au printemps, ce qui est peu gênant car le soleil est abondant, mais on y gagnera en hiver.

Le deuxième angle à suivre...


Nous venons de voir qu'il fallait orienter les panneaux par rapport à l'horizontale afin d'avoir un rendement maxi. Il faut aussi orienter les panneaux suivant l'axe vertical afin de suivre le soleil, de son lever à son couché. Par défaut, on oriente les panneaux plein sud. car c'est l'orientation du soleil, à midi, moment ou le soleil "irradie" le plus.

Exemple


prenons une journée idéale, ou le soleil se lève à 6h et se couche à 18h :

A 6h, le soleil est orienté à l'Est, alors que les panneaux sont orientés pleins sud...du coup, l'angle d'incidence solaire sera de 90°, et le rendement (cos(90°) = 0) sera nul...donc, l'énergie au levé du soleil sera perdue, tout comme l'énergie au couché du soleil (orienté ouest).
A 9h, le soleil, sera orienté Sud-Est, ce qui représente un angle des rayons à 45° avec les panneaux qui sont toujours orientés plein Sud...le rendement à 9h ne sera que de 70%. cos(45°) = 70. Donc, l'énergie diffusée par le soleil en milieu de mâtinée et en milieu d'après midi ne sera captée qu'à 70° si le panneau est orienté plein Sud.

Panneau solaire photovoltaique, orientable, sur mat d antenne satelliteIl est donc facile de comprendre qu'il faut orienter le panneau dans les 2 directions, et ce en permanence.
-Dans un premier temps, orientez le panneau par rapport à la verticale en fonction de la saison et de votre latitude, puis ensuite, arrangez vous pour orienter vous panneaux 3 fois par jour, face au soleil, en milieu de matinée, à midi, et en milieu d'après-midi.

Avec tous ces conseils, vous verrez tout simplement votre production solaire augmenter de 50%
Si votre montage est fixe : débrouillez vous pour pouvoir orienter vos panneaux ! A quoi bon de payer le prix fort pour 100W de panneaux, si c'est pour en utiliser 50 ?

Notre photo montre une réalisation personnelle de panneau orientable, sur la base d'une mat d'antenne satellite. Je l'ai essayé, c'est très facile à manipuler, y compris pour le ranger.

Fuyez les ombres!!


La aussi, il y a beaucoup de choses à éclaircir et on minimise beaucoup trop l'effet des ombres. On pourrait penser qu'une ombre qui occupe 5% de la surface du panneau, fera chuter de 5% le rendement...ce qui est entièrement faux.

En fait, un panneau (pour système 12V) est composé de 36 à 39 cellules débitant 0.5V et montées en série, les unes après les autres, et si une cellule est "coupée", c'est toute la chaine, et donc, tout le panneau qui se retrouve coupé !
Ainsi, si sur un panneau, une feuille d'arbre vient recouvrir complètement une seule des 36 cellules, la production panneau sera proche de 0 watt !

Si une ombre couvre à 50% une seule des 36 petites cellules, le rendement du panneau diminue de 50%...
Une ombre de quelques centimètres carrés, peut donc bloquer à 100% la production d'un gros panneau photovoltaique.
L'exemple typique est le câble EDF qui fait une ombre très fine, presque invisible sur le panneau...et qui fait tomber dramatiquement le rendement.


En résumé :
-Équipez vous d'un régulateur MPPT
-Evitez les montages fixes et orientez vos panneaux
-N'autorisez AUCUNE ombre, même la plus petite

...et vous verrez votre installation solaire (photovoltaique ou chauffe-eau) devenir réellement productive, même en hiver!


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Créé le 15-11-2010 à 11h32.
Modifié le 11-10-2016 à 16h43.

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