Tout sur les panneaux photovoltaïques

Comment ça marche ?

Panneau solaire


En camping-car à l'étape, on ne charge pas les batteries. Il faut alors se brancher sur le 220V, ou utiliser des panneaux solaires (PS dans la suite) devenus quasi indispensables.
Cependant ils n'assurent pas une autonomie énergétique totale, permettant de consommer sans retenue.

En été, avec un moindre besoin d’éclairage, le fréfrigérateur à absorbtion et la télévision fonctionnant quelques heures par jour, le PS fournit a peu près ce qui est consommé. (Un réfrigérateur à compression sera plus gourmand). On peut donc faire étape cinq à sept jours en autonomie.
Entre 11h et 15h le rendement est à son maximum, avec une irradiance au m² (quantité d'énergie reçue au m²) de 1 000W/m2. Celle-ci chute à 500 W/m2 lorsque le ciel est partiellement couvert,et même 250 s’il l’est fortement.

En hiver, les journées sont plus courtes, moins lumineuses, et évidemment plus froides. Dans la même configuration d’équipement, on ne pourra donc séjourner que deux à trois jours en autonomie avant que la batterie ne passe en décharge profonde. Et sitôt que l'on allume un chauffage il devient nécessaire de se raccorder sur le 220V.
 
Sur chaque PS est indiqué la puissance maximale exprimée en Watts crète (Wc ou Wp : unité de mesure dans laquelle s’exprime la puissance maximale fournie par le panneau sous une irradiance de 1000 W/m2, dans de bonnes conditions d’orientation et de température.) 

Cette une puissance est en fait rarement atteinte:
- le PS ne sera qu'exceptionnellement orienté exactement face au soleil, 
- le soleil se déplaçant, la puissance lumineuse reçue par le PS évolue dans la journée.
- un temps couvert diminue fortement le rendement d'un PS. Un PS de 300 Wc restituera au mieux 30 à 50 Watts par temps couvert.
- la présence de salissures sur le PS réduit le rendement de même que l'ombre des arbres ou de bâtiments.
- Il existe des pertes au travers du régulateur de charge et de la batterie pendant sa charge.

Donc, en fonction de vos besoins, un seul PS peut suffire, par exemple sur un camping-car utilisé seulement l'été, mais si vous pratiquez le stationnement libre prolongé, il faut envisager le montage de plusieurs PS. L'énergie obtenue d'un parc de PS s'évalue en additionnant la surface des panneaux en estimant un rendement maximal de 200 W par mètre carré et plutôt de 100 W si le temps est couvert. Ainsi

Par exemple, si vous montez deux PS standard de 1,5 x 1 mètre, leur surface totale sera de 3 mètres carrés. En théorie, la puissance maximale produite sera de 600 Watts. Par temps couvert, ces mêmes PS produiront au mieux 100 Watts. Ce qui permet tout de même de recharger correctement une batterie de 100 AH.

Que choisir ?

Panneau solaire orientable


Le choix du PS doit être en rapport à la consommation quotidienne d'électricité et à l’autonomie énergétique souhaitée. D'autre part, la technologie d’assemblage du panneau et la performance des cellules ont une grande incidence sur la transformation de l'énergie solaire en électricité. Il existe différent modèles :

PS fixes

- Les panneaux à cellules monocristallines sont aujourd’hui les plus courants. Disponibles dans de nombreuses puissances, en kit prêt à poser ou non, on les trouve sous forme rigide ou souple. Au sein de cette famille, on peut privilégier une technologie particulière: les cellules monocristallines back (ou black) contact. Elles permettent d’obtenir un rendement de conversion supérieur à une cellule classique en monocristallin et améliorent les performances du panneau solaire photovoltaïque lorsque le spectre lumineux diminue. Elles ont aussi la particularité de produire une tension de charge plus élevée même par hautes températures, et permettent d’obtenir une puissance de charge excellente même par faible irradiance. 

- Les panneaux à cellules polycristallines, eux, se font de plus en plus rares. Ils affichent un rendement inférieur aux panneaux à cellules monocristallines et produisent donc moins de courant.
 
PS orientables

Posés à plat sur le toit les PS captent les rayons du soleil quelle que soit sa position dans le ciel. Mais des performances supérieures peuvent être obtenues avec un ou des PS orientables. Ces produits suivent la course du soleil tout au long de la journée. Attention comptez environ de 2.500€ pour un panneau de 100 W qui fournira une intensité de 7,69 A, au lieu de 400 € environ pour un panneau fixe de puissance équivalente posé à plat qui fournira une intensité de 6,41 A. A l'ombre la charge est tout aussi réduite et donc
le lieu de stationnement est donc primordial. Conserver une production importante obligera à rester au soleil ce qui peut être gênant en plein été.

PS professionnels

Les PS des concessionnaires délivrent de 12V à 18 V.
Les panneaux professionnels délivrent de 20 V à 40 V. Ils sont donc plus facilement à la tension de démarrage,  la simple lumière du jour suffit à envoyer la tension nécessaire à la recharge des batteries. Aussitôt que le jour est levé, on obtient pratiquement 17 V en sortie du PS.
Ces panneaux solaires font souvent entre 185 et 250 W de puissance. Avec deux PS vous obtenez une quasi-autonomie en utilisant le chauffage, la télévision, rechargeant vos ordinateurs, tablettes et autres équipements numériques. Attention cependant aux gros consommateurs (cafetières, sèche-cheveux). 

En résumé choisir :

- Le plus grand possible
- Le plus puissant possible : que ce soit sous 12 ou 24 volts, tous les panneaux solaires débitent avec une tension supérieure. Par exemple, les panneaux standards vont sortir jusqu'à 38 Volts et le sytème de régulation va intervenir, pour réduire le voltage en augmentant l'ampérage, comme expliqué au paragraphe suivant. Avantage au matériel professionnel.

Les régulateurs

Montage panneau solaire et MPPT

Le régulateur de charge analyse en permanence la tension de la batterie et celle fournie par le panneau. La batterie n’est donc alimentée que si cela est nécessaire.
A l'achat d'un kit panneau solaire + régulateur, ce dernier est calibré en fonction de la puissance du panneau. Par contre, si l’on achète les éléments séparément, il faut veiller à ce que la puissance du régulateur soit adaptée au panneau auquel il sera raccordé.

Il existe deux types de technologie : les régulateurs PWM et les MPPT. Les deux contrôlent l’état de charge de la batterie pour ajuster la durée et la fréquence des impulsions de courant à lui délivrer. En outre, les MPPT calculent la tension maximale que peut délivrer le panneau solaire selon les conditions météorologiques, pour en extraire le maximum de puissance. Pour optimiser l’installation, le choix se portera donc naturellement vers cette dernière technologie, plus performante, mais aussi plus chère. Compter par exemple environ 100 € pour un régulateur MPPT de 10 A au lieu de 50 € pour son équivalent PWM.

On peut injecter 38 volts dans la batterie cellule, et c'est l'intérêt d'un régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracker) qui va abaisser la tension provenant du PS en augmentant l'intensité de charge. Ainsi un seul panneau standard de 1,5 x 1 mètre, débitant une puissance maximale de 300 Watts sous une tension de 35 Volts, recharge une batterie 100AH en moins de quatre heures.