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Vous recherchez une introduction simple et compréhensible aux principes de base du photovoltaïque pour les débutants ? Ou souhaitez-vous simplement devenir indépendant du réseau électrique et des prix de l'électricité ? Vous êtes intéressé par la planification et l'installation d'un système photovoltaïque à monter soi-même pour produire de l'électricité de manière autonome ? Vous souhaitez apprendre tout cela et bien plus encore de la part d'un professionnel (un ingénieur) ?
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En tant qu'ingénieur (M.Eng.), je souhaite vous expliquer dans ce livre, étape par étape et en détail, comment planifier et installer rapidement et facilement un système photovoltaïque ou une installation solaire, aussi bien pour l'injection d'électricité dans le réseau électrique que pour l'autoconsommation pour votre propre maison, abri de jardin, tiny house, camping-car, garage, atelier, voiture, camping, ...
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Que signifie Wp ? Quelle est la différence entre les modules PV monocristallins et polycristallins ? Pourquoi a-t-on besoin d'un onduleur ou d'un régulateur de charge PWM ou MPP et comment connecter ces composants ? Comment ajouter une batterie de stockage à l'installation PV ? Toutes ces questions et bien d'autres sujets sont expliqués dans ce livre, étape par étape et en détail. Ce livre est très orienté vers la pratique, ce qui signifie que nous utiliserons beaucoup d'images et d'instructions réalisables. Les bases théoriques ne sont pas pour autant négligées, vous apprendrez surtout dans les premières pages du livre les principales bases électrotechniques sur le thème du photovoltaïque. Outre ces bases, vous trouverez également des explications sur des termes ou des chiffres clés spécifiques aux modules photovoltaïques (par exemple : MPP, puissance nominale, tension à vide, courant de court-circuit, ...). Nous vous expliquerons également le montage en parallèle et en série des modules photovoltaïques et du stockage par batterie, ainsi que leur effet sur le courant et la tension. Bien entendu, nous jetons également un coup d'œil sur la possibilité de monter les modules PV sur le toit.
Ce livre pratique contient donc tout ce que vous devez savoir pour planifier et installer votre propre système photovoltaïque ou solaire.
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- Comprendre à la fois les bases de l'ingénierie électrique et la planification concrète.
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Apprendre rapidement tout ce qui est important ! Compact et concis. Nombre de pages : environ 120 pages.
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Seitenzahl: 108
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Table des matières
Informations légales
1 Introduction
2 Bases de l'électrotechnique et du photovoltaïque
2.1 Concepts de base de l'électrotechnique
2.1.1 La charge électrique
2.1.2 La tension électrique
2.1.3 Le courant
2.1.4 La puissance électrique
2.1.5 Le courant continu (DC) :
2.1.6 Le courant alternatif (AC) :
2.1.7 Mesure de la tension et de l'intensité au moyen d'un multimètre
2.1.8 Connexion en série et connexion en parallèle
2.2 Notions de base sur les semi-conducteurs
2.3 Principes de base du photovoltaïque
2.4 Structure d'un système PV, d'un module PV et d'une cellule PV
3 Une petite histoire du développement du photovoltaïque
3.1 Les différents types de modules PV
3.1.1 Modules PV monocristallins
3.1.2 Modules PV polycristallins
3.1.3 Panneaux solaires à couches minces
3.2 Principaux chiffres clés liés aux modules PV
4 Systèmes PV et leurs composants
4.1 Systèmes on-grid vs. off-grid
4.1.1 Stockage d'énergie couplé au courant continu
4.1.2 Stockage d'énergie couplé à l'AC
4.2 Les composants d'un système PV en détail
4.2.1 Modules photovoltaïques & câbles solaires (1)
4.2.2 Boîte de jonction de module avec protection contre les surtensions CC (2)
4.2.3 Onduleurs DC-AC (3)
4.2.4 Compteur d'énergie solaire (4)
4.2.5 Protection contre les surtensions AC (5)
4.2.6 Distribution principale (boîtier électrique) avec compteur électrique (6)
4.2.7 Raccordement domestique au réseau électrique public (7)
4.2.8 Equilibrage de potentiel (mise à la terre) (8)
4.2.9 Consommateurs (9)
4.2.10 Stockage d'énergie (en option) (10)
4.2.11 Régulateur de charge (uniquement pour le stockage d'électricité) (11)
4.2.12 Onduleurs/redresseurs ou convertisseurs de tension pour le stockage sur batterie (convertisseurs AC-DC ou DC-DC) (12)
4.3 Montage de l'installation
4.3.1 Montage sur toit à deux pentes
4.3.2 Montage sur toit plat
4.4 Réception et mise en service
4.5 Forme spéciale : mini-centrales photovoltaïques ou centrales de balcon
5 Exemple pratique : Installation en îlot pour camping-car ou Tiny House
5.1 Planification, choix des composants et raccordement du système PV en site isolé
5.1.1 Étape 1 : Estimation de la consommation d'électricité
5.1.2 Étape 2 : Planifier la tension du système
5.1.3 Étape 3 : Calculer la taille du stockage de la batterie
5.1.4 Étape 4 : Déterminer la taille et le nombre de modules PV
5.1.5 Étape 5 : Régulateur de charge
5.1.6 Étape 6 : onduleur
5.1.7 Étape 7 : Câblage ou construction de l'installation
6 Planifier une installation photovoltaïque pour sa propre maison
6.1 Étape 1 : vérifier le lieu d'installation ou la surface du toit
6.2 Étape 2 : vérifier l'irradiance
6.3 Étape 3 : vérifier la consommation de courant ou la charge à connecter
6.4 Étape 4 : planification détaillée
Mot de la fin
Mentions légales de l'auteur / de l'éditeur
Informations légales
© 2023
Auteur et éditeur : M.Eng. Johannes Wild
A94689H39927F
E-mail : [email protected]
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Attention : le courant, en particulier le courant alternatif et les intensités élevées, est dangereux pour la vie. Ne confiez les travaux pratiques qu'à des personnes formées à cet effet. Nous déclinons toute responsabilité en cas d'imitation du contenu de ce livre.
1 Introduction
Le photovoltaïque peut être considéré comme le processus de conversion de la lumière du soleil en électricité utilisable. Ce type de production d'électricité, ainsi que d'autres énergies renouvelables telles que l'énergie éolienne et l'énergie hydraulique, a connu une forte croissance au cours des dernières années en raison de sa technologie respectueuse de l'environnement. La production d'électricité à partir de la lumière du soleil à l'aide de cellules photovoltaïques peut être indépendante du réseau ou liée au réseau. Nous verrons plus loin ce que signifient ces deux termes. Dans le langage courant, les cellules photovoltaïques sont souvent appelées cellules solaires et un système photovoltaïque est souvent appelé système solaire. Mais ce terme générique est également utilisé pour désigner les cellules solaires qui servent à produire de l'eau chaude (solaire thermique). Il existe cependant une différence claire et significative entre ces deux systèmes (photovoltaïque et solaire thermique), tant au niveau de la construction que du fonctionnement. Il s'agit plutôt de systèmes complètement différents (à moins que vous n'utilisiez un système photovoltaïque en combinaison avec un thermoplongeur pour chauffer de l'eau). Le seul point commun est que les deux systèmes utilisent l'énergie de rayonnement du soleil. Le photovoltaïque utilise cette énergie pour produire de l'électricité et le solaire thermique pour chauffer l'eau. Les systèmes photovoltaïques (PV) sont très répandus dans le monde, que ce soit à très petite échelle, par exemple sous la forme d'une centrale électrique sur un balcon avec un seul module PV à brancher sur la prise électrique de la maison, ou à l'échelle commerciale, par exemple sous la forme d'une ferme solaire de plusieurs hectares. Dans le cas des systèmes photovoltaïques, l'efficacité de la production d'électricité dépend d'une part des conditions météorologiques (ensoleillement) et d'autre part de la conception du système. Pour obtenir un rendement énergétique maximal, il convient de toujours procéder à une analyse des performances.
Le ratio de performance est ici l'un des facteurs de qualité les plus importants pour évaluer la performance d'une installation photovoltaïque. Ce rapport de performance (" Performance Ratio ") est en fait le rapport entre le rendement potentiel (théorique) de la puissance installée d'un système photovoltaïque et le rendement réel (effectif). Nous y reviendrons plus tard.
Les modules d'une installation photovoltaïque sont généralement fixes (à un angle donné). Cependant, il existe aujourd'hui de nouvelles technologies qui permettent de suivre la course du soleil afin que l'installation photovoltaïque soit toujours orientée de manière efficace. Les systèmes fixes sont généralement installés à un angle qui permet de produire un maximum d'électricité. L'angle d'inclinaison des modules solaires dépend de l'emplacement de l'installation photovoltaïque. Par exemple, si l'installation photovoltaïque se trouve dans l'hémisphère sud (donc au sud de l'équateur : par exemple en Afrique du Sud, en Australie, en Argentine), une orientation vers le nord peut convenir. En effet, dans l'hémisphère sud - au sud du tropique du Capricorne - le soleil est au nord pendant la journée (à midi) au lieu d'être au sud comme en Europe ou aux États-Unis. L'Europe, le Canada, les États-Unis et le Mexique se trouvent dans l'hémisphère nord, où une installation photovoltaïque orientée vers le sud est (normalement) appropriée.
Pour les systèmes PV à orientation flexible, un algorithme spécial est utilisé pour déplacer les modules PV le long de la course du soleil. Dans ce cas, les modules PV sont généralement orientés vers l'est le matin (lever du soleil) et se déplacent d'est en ouest (course du soleil). De cette manière, les modules PV sont orientés de manière optimale vers le soleil tout au long de la journée. Cela contribue à une production d'électricité plus importante. En outre, de nouvelles technologies sont également utilisées au niveau des modules eux-mêmes afin d'améliorer le rendement d'une installation et d'augmenter ainsi la production d'électricité. On peut par exemple mentionner les modules solaires bifaciaux. La particularité de ces modules réside dans le fait que, pour produire de l'électricité, ils ne peuvent pas être exposés à la lumière du soleil sur un seul côté, mais peuvent produire de l'électricité sur les deux côtés du module. Dans une certaine configuration, par exemple, les rayons du soleil qui passent devant la cellule pour atteindre le sol peuvent être renvoyés vers l'arrière des panneaux photovoltaïques et être ainsi également utilisés pour produire de l'électricité.
Depuis le début du 19e siècle, la majeure partie de l'énergie mondiale est produite à l'aide de combustibles fossiles et d'énergie nucléaire. En raison de l'épuisement des ressources en combustibles fossiles et de leur impact sur l'environnement, il est essentiel d'opérer une transition énergétique en utilisant des sources alternatives de production d'énergie. Alors que la demande en énergie continue d'augmenter et que le marché de l'énergie est tendu, l'énergie solaire est considérée comme l'un des principaux moyens de produire de l'électricité de manière durable. Pour chaque nation et même pour chaque foyer, une source d'énergie propre et bon marché est indispensable pour la production (biens de consommation) et l'approvisionnement (four électrique, réfrigérateur, ...). L'objectif de ce livre est de faire en sorte que nous, en tant qu'individus, ne soyons pas obligés d'attendre la transition énergétique politique, mais que nous puissions y contribuer activement en couvrant nos propres besoins énergétiques grâce au soleil. Pour ce faire, nous commençons par les bases électrotechniques les plus importantes en matière de photovoltaïque. Par la suite, nous nous pencherons sur les différents types de modules photovoltaïques, le montage des modules photovoltaïques, la construction d'une installation photovoltaïque on-grid ou off-grid, avec ou sans stockage de la batterie, tous les composants nécessaires, ainsi que sur la composition concrète des éléments pour la planification d'une installation solaire personnelle. Deux exemples pratiques complètent le contenu du livre dans les derniers chapitres.
2 Bases de l'électrotechnique et du photovoltaïque
2.1 Concepts de base de l'électrotechnique
Dans ce chapitre, nous allons aborder quelques notions d'électrotechnique de base qui sont importantes pour comprendre le fonctionnement des systèmes photovoltaïques et leur calcul. Veuillez noter qu'il ne s'agit que d'une brève introduction à l'électrotechnique. Si vous n'avez pas encore de connaissances dans ce domaine, nous vous conseillons de consulter au préalable un ouvrage spécialisé en électrotechnique.
L'électrotechnique repose en grande partie sur deux grandeurs physiques fondamentales que l'on étudie déjà à l'école - à savoir la charge et l'énergie (travail). André Ampère a été le premier à découvrir ces propriétés de l'électricité, qui sont utilisées sous forme de courant et de tension pour l'analyse des circuits électriques et électroniques.
2.1.1 La charge électrique
La charge électrique, mesurée en coulombs (C) et décrite par la lettre Q (ou encore q), est une grandeur physique qui a la propriété de subir une force lorsqu'elle est placée dans un champ électromagnétique. Qu'est-ce que cela signifie et qu'est-ce qu'un champ électromagnétique ? Un champ électromagnétique est composé d'un champ électrique et d'un champ magnétique qui sont couplés l'un à l'autre. C'est une sorte d'état de l'espace ou une zone dans laquelle se trouvent des charges accélérées. L'homme ne peut pas percevoir les champs électromagnétiques de manière différenciée avec ses organes sensoriels, à l'exception du domaine visible, que chacun perçoit comme de la lumière. Il est difficile d'imaginer notre époque sans champs électromagnétiques. Ainsi, chaque four à micro-ondes fonctionne avec les micro-ondes du même nom et chaque téléphone portable utilise également le rayonnement des micro-ondes. L'onduleur d'une installation photovoltaïque génère également un champ électromagnétique.
