Le système de production d'énergie photovoltaïque se compose principalement de panneaux solaires, d'onduleurs photovoltaïques, de coffrets de raccordement CC, d'armoires de distribution CC, de coffrets de raccordement CA ou d'armoires de distribution CA, de transformateurs élévateurs, de supports solaires et de certains équipements auxiliaires (tels que des dispositifs de détection, de surveillance et de protection). De plus, certains systèmes intègrent des batteries de stockage d'énergie pour améliorer la stabilité de l'alimentation électrique.
(1) Panneaux solaires (modules PV)
Les panneaux solaires (également appelés modules photovoltaïques) sont les composants essentiels des systèmes de production d'électricité photovoltaïque. Leur fonction principale est de convertir l'énergie du rayonnement solaire en courant continu. Ce courant continu est ensuite converti en courant alternatif par des onduleurs photovoltaïques, permettant aux utilisateurs de l'utiliser ou de le connecter au réseau électrique pour la production d'électricité.
Connexion série et parallèle des modules photovoltaïques
Lorsqu'une tension de sortie plus élevée est requise, plusieurs panneaux sont connectés en série pour former un champ photovoltaïque.
Lorsqu'un courant de sortie plus élevé est requis, plusieurs panneaux sont connectés en parallèle pour augmenter la capacité du système.
Classification des modules photovoltaïques
Les modules photovoltaïques les plus couramment utilisés comprennent :
Modules en silicium cristallin :
Modules en silicium monocristallin : rendement de conversion élevé, adaptés aux espaces restreints.
Modules en silicium polycristallin : faible coût, performances stables et large application commerciale.
Modules à couches minces :
Modules en silicium amorphe, modules en silicium microcristallin.
Modules en cuivre, indium, gallium et séléniure (CIGS) et en tellurure de cadmium (CdTe).
Adaptés aux environnements à faible luminosité, ils offrent une grande flexibilité d'installation, mais leur rendement de conversion est légèrement inférieur à celui des modules en silicium cristallin.
(2) Onduleur photovoltaïque (onduleur PV)
La fonction principale d'un onduleur photovoltaïque est de convertir le courant continu (CC) produit par le panneau solaire en courant alternatif (CA) et de le fournir au réseau électrique ou aux utilisateurs.
Technologie de suivi du point de puissance maximale (MPPT)
La puissance de sortie du panneau solaire varie en fonction de la tension aux deux extrémités.
L'onduleur ajuste la tension en temps réel grâce à l'algorithme MPPT afin de garantir que le module soit toujours au point de puissance maximale et d'améliorer l'efficacité du système.
Onduleurs connectés au réseau et hors réseau
Onduleur connecté au réseau : utilisé pour se connecter au réseau électrique public.
Onduleur hors réseau : utilisé pour un système d'alimentation électrique indépendant, généralement associé à des batteries de stockage d'énergie.
(3) DC Combiner Box
DC Combiner Box is mainly used in photovoltaic power generation systems with a capacity of more than hundreds of kilowatts. Its functions are:
To aggregate the DC output of multiple photovoltaic modules and merge them into the input of the photovoltaic inverter.
To provide circuit protection: It is equipped with fuses, circuit breakers, lightning arresters (SPD), and intelligent monitoring equipment to improve the safety and reliability of the system.
To simplify system wiring and make the connection between the solar panels and the inverter neater and more orderly.
To improve operation and maintenance efficiency: When a local fault occurs in the photovoltaic array, the combiner box can be partially disconnected for maintenance without affecting the operation of the entire system, thereby ensuring the efficiency and stability of photovoltaic power generation.
(4) DC Distribution Cabinet
In large-scale photovoltaic power generation systems, in addition to using multiple DC combiner boxes, DC distribution cabinets are also used as secondary or tertiary converging equipment. Its main functions include:
Aggregating the output of multiple DC combiner boxes, and then performing secondary or tertiary converging before outputting to the inverter.
Optimizing wiring, simplifying installation, and improving system operation and maintenance efficiency.
Improving system safety and reliability, and facilitating monitoring and maintenance.
(5) AC Distribution Cabinet
The AC distribution cabinet is installed between the inverter and the AC load or power grid. It is mainly used to receive, dispatch, distribute and measure electrical energy, and ensure power supply safety.
Main functions:
Receive and distribute the AC power output by the inverter, and transmit power to the load or power grid.
Provide power safety protection and monitor system operation status, such as voltage, current, power and other parameters.
The AC junction box (AC Junction Box) used in the string inverter system merges the AC output of multiple inverters into the AC distribution cabinet and then connects to the grid.
(6) Transformateur élévateur
Dans un système de production d'électricité photovoltaïque, le transformateur élévateur sert principalement à élever la tension alternative basse tension (0,4 kV) délivrée par l'onduleur à la même tension moyenne et haute tension que le réseau (par exemple, 10 kV, 35 kV, 110 kV, 220 kV, etc.) afin de transporter l'électricité sur de longues distances.
Petit système photovoltaïque raccordé au réseau :
Généralement directement raccordé au réseau de distribution basse tension (0,4 kV) côté utilisateur, il est autoproduit et autoconsommé. L'excédent d'électricité est directement raccordé au réseau, sans nécessiter de transformateur élévateur.
Grand système photovoltaïque raccordé au réseau :
L'utilisation d'un transformateur élévateur est nécessaire pour élever la tension à un niveau élevé afin de réduire les pertes de transmission et d'améliorer l'efficacité de la transmission.
Types de transformateurs courants :
Transformateur monophasé
Transformateur triphasé (adapté aux centrales photovoltaïques de grande taille)
Transformateur sec (adapté aux environnements intérieurs ou relativement propres)
Transformateur immergé dans l'huile (adapté aux environnements extérieurs, à haute température et autres)
(7) Supports photovoltaïques (supports PV)
Les supports PV permettent de fixer les panneaux solaires afin d'optimiser leur orientation et leur inclinaison, optimisant ainsi l'utilisation de la lumière.
Types de supports photovoltaïques :
Supports d'inclinaison fixes : économiques et simples, couramment utilisés dans les systèmes de production d'énergie photovoltaïque décentralisée.
Supports d'inclinaison réglables : l'angle d'inclinaison peut être ajusté manuellement pour s'adapter aux variations de l'altitude solaire selon les saisons et augmenter la production d'énergie.
Supports de suivi automatique :
Supports de suivi mono-axe : ils peuvent être divisés en supports de suivi mono-axe plat, mono-axe incliné et mono-axe azimutal, permettant de suivre le mouvement est-ouest du soleil et d'optimiser l'utilisation de la lumière.
Supports de suivi bi-axe : ils permettent de suivre la trajectoire du soleil tout au long de la journée, avec une efficacité énergétique optimale, mais leur coût est relativement élevé.
(8) Installations auxiliaires du système photovoltaïque (Installations auxiliaires)
Les installations auxiliaires comprennent les systèmes de surveillance, de protection contre la foudre et de mise à la terre, etc., afin de garantir un fonctionnement sûr et stable du système photovoltaïque.
Système de surveillance et de détection :
Surveillance en temps réel de l'état de fonctionnement du système photovoltaïque, notamment :
L'état de fonctionnement du panneau solaire ;
L'état de fonctionnement de l'onduleur ;
Les données de tension, de courant et de puissance du champ photovoltaïque ;
La tension, la fréquence et d'autres paramètres du réseau ;
Les données environnementales telles que l'intensité du rayonnement solaire.
Surveillance à distance : Les données peuvent être obtenues à distance via des réseaux filaires ou sans fil, et l'état du système peut être surveillé via des ordinateurs ou des terminaux mobiles pour faciliter la maintenance et la gestion.
Système de protection contre la foudre et de mise à la terre :
Dispositif de protection contre la foudre (SPD) : Protège les équipements contre les dommages causés par la foudre.
Système de mise à la terre : Assure la sécurité du système et prévient les chocs électriques et les dommages matériels.
(9) Système de stockage d'énergie
Le système de stockage d'énergie a pour fonction de stocker l'électricité produite par les panneaux photovoltaïques afin de fournir de l'électricité la nuit, par temps nuageux ou en cas de panne du réseau électrique.
Exigences de base du système de stockage d'énergie :
Faible taux d'autodécharge pour assurer un stockage d'électricité à long terme.
Longue durée de vie pour réduire les coûts de maintenance et de remplacement.
Haute efficacité de charge et de décharge pour optimiser l'utilisation de l'énergie.
Capacité de décharge profonde pour augmenter la capacité disponible de la batterie.
Large plage de température, adaptée à diverses conditions environnementales.
Sans entretien, réduisant les coûts d'exploitation.
Types courants de batteries de stockage d'énergie :
Batterie plomb-acide sans entretien (faible coût, durée de vie relativement courte).
Batterie plomb-carbone (longue durée de vie, adaptée aux charges et décharges fréquentes).
Batterie lithium fer phosphate (LiFePO4) (haute sécurité, longue durée de vie, haute densité énergétique, devenant la batterie de stockage d'énergie la plus répandue).
Système de stockage d'énergie de grande capacité :
Il est nécessaire de connecter plusieurs batteries en série ou en parallèle pour former un pack de batteries (pack de batteries) afin d'accroître la capacité de stockage d'énergie.
Résumé
Un système de production d'énergie photovoltaïque est composé de plusieurs composants principaux, notamment des modules photovoltaïques, des onduleurs, des équipements de distribution d'énergie CC/CA, des transformateurs, des supports, des systèmes de surveillance, des systèmes de stockage d'énergie, etc., qui fonctionnent ensemble pour assurer une production d'énergie photovoltaïque efficace et stable. Pour les systèmes photovoltaïques de différentes tailles et applications, le choix des équipements et la conception du système sont essentiels pour garantir une efficacité énergétique et une rentabilité optimales.
