La partie principale d'un système solaire électrique est le panneau solaire. Il existe divers types de panneaux solaires sur le marché. Les panneaux solaires sont également connus sous le nom de panneaux photovoltaïques. Un panneau solaire ou module solaire est fondamentalement un ensemble de cellules solaires connectées en série et en parallèle.
La différence de potentiel développée à travers une cellule solaire est d'environ 0,5 volt, il est donc nécessaire de connecter le nombre souhaité de ces cellules en série pour atteindre 14 à 18 volts afin de charger une batterie standard de 12 volts. Les panneaux solaires sont connectés ensemble pour créer un tableau solaire. Plusieurs panneaux sont connectés à la fois en parallèle et en série pour obtenir un courant plus élevé et une tension plus élevée respectivement.
Dans un système de génération solaire raccordé au réseau, les modules solaires sont directement connectés à un onduleur, et ne sont pas connectés directement à la charge elle-même. L'énergie collectée des panneaux solaires n'est pas constante, mais varie en fonction de l'intensité de la lumière du soleil qui les éclaire. C'est la raison pour laquelle les modules solaires ou panneaux ne alimentent pas directement les équipements électriques. Au lieu de cela, ils alimentent un onduleur dont la sortie est synchronisée avec l'alimentation du réseau externe.
L'onduleur s'occupe du niveau de tension et de la fréquence de l'énergie produite par le système solaire, il maintient toujours ce niveau avec celui de l'alimentation du réseau. Comme nous recevons de l'énergie à la fois des panneaux solaires et de l'alimentation du réseau externe, le niveau de tension et la qualité de l'énergie restent constants. Dans un système autonome ou en cas de basculement vers le réseau, qui n'est pas connecté au réseau, toute variation du niveau d'énergie dans le système peut affecter directement les performances des équipements électriques qui y sont raccordés.
Il doit donc y avoir un moyen de maintenir le niveau de tension et le taux d'alimentation du système. Une banque de batteries connectée en parallèle à ce système s'en occupe. Ici, la batterie est chargée par l'électricité solaire et cette batterie alimente ensuite directement une charge ou via un onduleur. De cette manière, la variation de la qualité de l'énergie due à la variation de l'intensité de la lumière du soleil peut être évitée dans le système d'énergie solaire, permettant ainsi de maintenir une alimentation continue et uniforme.
Généralement, des batteries au plomb-acide à cycle profond sont utilisées à cet effet. Ces batteries sont conçues pour supporter plusieurs cycles de charge et de décharge pendant leur service. Les jeux de batteries disponibles sur le marché sont généralement de 6 volts ou 12 volts. Ainsi, un certain nombre de ces batteries peuvent être connectées en série et en parallèle pour obtenir un niveau de tension et de courant plus élevé du système de batteries.
Il n'est pas souhaitable de surcharger ou de sous-décharger une batterie au plomb. Tant la surcharge que la sous-décharge peuvent endommager gravement le système de batteries. Pour éviter ces deux situations, un régulateur est nécessaire pour maintenir le flux de courant vers et depuis les batteries.
Il est évident que l'électricité produite dans un panneau solaire est en courant continu (CC). L'électricité que nous obtenons de l'alimentation du réseau est en courant alternatif (CA). Ainsi, pour faire fonctionner les équipements courants à partir du réseau ainsi que du système solaire, il est nécessaire d'installer un onduleur pour convertir le CC du système solaire en CA du même niveau que l'alimentation du réseau.
Dans un système hors réseau, l'onduleur est directement connecté aux bornes de la batterie afin que le courant continu provenant des batteries soit d'abord converti en courant alternatif puis alimente les équipements. Dans un système raccordé au réseau, le panneau solaire est directement connecté à l'onduleur, et cet onduleur alimente ensuite le réseau avec la même tension et la même fréquence.
Dans les systèmes modernes raccordés au réseau, chaque module solaire est connecté au réseau via un micro-onduleur individuel pour produire un courant alternatif de haute tension à partir de chaque panneau solaire individuel.
Un diagramme de bloc de base d'un système solaire autonome est montré ci-dessus. Ici, l'énergie électrique produite dans le panneau solaire est d'abord fournie au régulateur solaire qui, à son tour, charge la banque de batteries ou alimente directement les équipements à faible tension en courant continu tels que les ordinateurs portables et les systèmes d'éclairage LED. Normalement, la batterie est alimentée par le régulateur solaire, mais elle peut également alimenter le régulateur solaire lorsque l'approvisionnement en énergie du panneau solaire est insuffisant.
De cette manière, l'alimentation est continuellement assurée de manière uniforme aux équipements à faible tension qui sont directement connectés au régulateur solaire. Dans ce schéma, les bornes de la banque de batteries sont également connectées à un onduleur. L'onduleur convertit l'énergie stockée en courant continu de la banque de batteries en courant alternatif de haute tension pour alimenter des équipements électriques plus importants tels que les machines à laver, les téléviseurs de grande taille et les appareils de cuisine, etc.
Les systèmes solaires raccordés au réseau existent en deux types : l'un avec un seul onduleur central macro et l'autre avec plusieurs micro-onduleurs. Dans le premier type de système solaire, les panneaux solaires ainsi que l'alimentation du réseau sont connectés à un onduleur central commun appelé onduleur raccordé au réseau, comme indiqué ci-dessous.
L'onduleur convertit ici le courant continu du panneau solaire en courant alternatif de niveau réseau, puis l'alimente au réseau ainsi qu'au tableau de distribution du consommateur en fonction de la demande instantanée du système. Ici, l'onduleur raccordé au réseau surveille également l'énergie fournie par le réseau.
S'il détecte une coupure de courant dans le réseau, il active le système de commutation du système solaire pour le déconnecter du réseau afin de s'assurer qu'aucune énergie solaire ne puisse être renvoyée au réseau pendant la coupure de courant. Il y a un compteur d'énergie connecté dans la ligne d'alimentation principale du réseau pour enregistrer l'exportation d'énergie vers le réseau et l'importation d'énergie à partir du réseau.
Comme nous l'avons déjà mentionné, il existe un autre type de système raccordé au réseau où plusieurs micro-onduleurs sont utilisés. Ici, un micro-onduleur est connecté pour chaque module solaire individuel. Le diagramme de bloc de base de ce système est très similaire au précédent, sauf que les micro-onduleurs sont connectés ensemble pour produire la tension alternative désirée.
Dans le cas précédent, la faible tension directe des panneaux solaires est d'abord convertie en tension alternative, puis transformée en tension alternative élevée par l'action de transformation dans l'onduleur lui-même, mais dans ce cas, les tensions alternatives individuelles des micro-onduleurs sont additionnées ensemble pour produire une tension alternative élevée.
