On voie sur internet beaucoup de panneaux soit disant 24V, qui font entre 250Wc et 290Wc, mais qui ne sont en fait pas compatibles avec des batteries 24 volts. Voyons pourquoi.
Les panneaux de la série 250Wc à 290Wc sont les panneaux les plus standard du marché. Ils sont produits massivement et destinés au marché de l’injection réseau. Beaucoup de vendeurs les présentent comme étant des « panneaux 24V » car leur tension de fonctionnement est assez proche de 24 volts. Ce n’est pas juste.
Rappel sur le fonctionnement d’un module solaire
Un panneau solaire est constitué d’un assemblage de cellules photovoltaïques dont chacune développe pas loin de 0,5 volt de tension. Toutes ces cellules sont câblées en série et donc les tensions s’additionnent.
Un panneau qui comporte 60 cellules aura une tension de fonctionnement proche de 30 volts.
Observons la fiche technique d’un panneau solaire 280Wc standard
A minima toutes les fiches techniques de panneau solaire donnent un tableau de caractéristiques qu’on appelle « caractéristiques STC ». Ce sont les données de fonctionnement du panneau sous des conditions normalisées (Standard Test Conditions), avec notamment la puissance du soleil à 1000W/m2 et la température des cellules à 25°C.
Prenons pour exemple un panneau BISOL 280Wc, le raisonnement vaut pour tous les panneaux 60 cellules, donc toute la gamme qui va de 240Wc à 310Wc. Les caractéristiques étant similaires.
Intéressons nous à la première colonne, celle du panneaux de 280Wc. Il y a deux tensions mentionnées dans ce tableau de caractéristiques.
- Tension de circuit ouvert Uco
- Tension au point de puissance maximal Umpp
Umpp est la tension au meilleur point de fonctionnement, c’est à dire que dans les conditions du test le panneau donnera 280W sous une tension de 31,1V.
Uoc est la tension de circuit ouvert. c’est la tension que l’on peut mesurer au borne du panneau quand il est débranché. Cette tension est toujours plus élevée que la tension Umpp. Dans notre exemple c’est 39,9V. A ce point de fonctionnement, puisque qu’on est en circuit-ouvert il n’y a aucun courant produit, donc une puissance nulle.
C’est la tension Umpp qui nous intéresse car c’est à ce point que le panneau produira le maximum d’énergie.
Malheureusement les conditions de test STC ne sont pas celles rencontrée sur le terrain.
Tout d’abord l’irradiation solaire de 1000W/m2 ne se rencontre que par temps parfaitement clair, avec un soleil à la perpendiculaire du panneau. Hors le temps n’est pas toujours clair, et surtout la plupart du temps le soleil n’est pas en face du panneau. L’irradiation réelle est donc variable selon la météo, selon l’heure de la journée et même selon la saison. La variation d’irradiation solaire a surtout un impact sur le courant de sortie du panneau solaire, mais la tension Umpp est également impactée comme le montre le graphique suivant.
Avec une irradiation moyenne, on perdra environ 10% de tension.
Ensuite il y a l’impact de la température. Les conditions STC indiquent une température de cellule de 25°C. Au soleil les cellules photovoltaïques chauffent et montent facilement à 50-60°C, voir plus dans les pays chauds.
Pour notre panneau en exemple voici le tableau des caractéristiques thermiques
On voie que la tension baisse de 0,30% pour chaque degré au-delà de 25°C. Imaginons qu’on soit à 45°C au lieu de 25°C, fort probable, on aura de nouveau 6% de perte de tension.
Ce graphique, toujours issu de la fiche technique d’un panneau BISOL montre l’impact de la température ou de l’irradiation sur la courbe de fonctionnement du panneau solaire :
Entre une irradiation et une température plus représentative de la réalité la chute de tension sera de l’ordre de 16%. La tension de fonctionnement qui était théoriquement de 31V passe à 26V.
Ce n’est pas fini. Dans les câbles entre le panneau et la batterie il y a une chute de tension, qui dépend de la distance et de la section des câbles. Généralement 0,2V à 0,3V. Dans le régulateur de charge il y a également une chute de tension, de l’ordre de 0,2V.
Au final, le panneau solaire en fonctionnement standard produit de l’énergie jusqu’à une tension de 25 volts, et au delà la production devient rapidement nulle.
Que se passe-t-il alors coté batterie ?
Rappel sur les cycles de charge d’une batterie solaire 24V
Une batterie solaire 24V, qu’elle soit ouverte, AGM, ou GEL a plusieurs phases de charge.
- Une charge de masse où toute la puissance du panneau solaire est injectée dans la batterie jusqu’à atteindre une tension de 28,4V à 28,8V. A ce stade la batterie est à 80% rechargée.
- Une charge d’absorption ou la tension sera maintenue à 28,4V à 28,8V pendant environ deux heures, le courant absorbé par la batterie diminuera progressivement. A ce stade la batterie est à 95% rechargée
- Une charge de maintien (floating) à une tension inférieure, environ 27,2V ou le courant absorbé sera très faible.
Avec un panneau de 60 cellules on détruit la batterie !!!
Il est clair qu’avec un panneau dont la tension de fonctionnement optimale est de 25.5V, il ne sera pas possible de recharger une batterie jusqu’à 28,8V. Au mieux au bout de plusieurs heures la batterie remontera péniblement à 26V, soit un niveau de charge de l’ordre de 70%.
Hors une batterie a besoin d’être régulièrement pleinement chargée, faute de quoi elle sulfate et vieillira prématurément. Et par prématurément je parle d’une durée de vie divisée par deux ou trois. Une batterie qui aurait du tenir 8 ans ne tiendra que 3 ans.
Quel est le vrai panneaux 24V ?
Un véritable panneau 24V, sera composé de 72 cellules. On les trouve avec des puissances généralement de 185 à 205Wc, ou au delà de 300Wc pour ceux qui ont des cellules de grande taille.
La tension sous conditions STC est alors plus élevées, de l’ordre de 36 volts, en conditions d’utilisation réelles on aura suffisamment de réserve de tension pour faire une charge batterie à 28,8V.
Quelle solution pour l’utilisation de panneaux 60 cellules avec des batteries 24V ?
Pour les petites installations, qui ne nécessitent qu’un seul panneau solaire, il n’y pas vraiment de solution. Un seul panneaux de 60 cellules ne pourra pas être utilisé avec une batterie en 24V quelque soit le type de régulateur de charge.
Par contre il est possible de faire fonctionner les panneaux 60 cellules deux par deux en série, permettant d’avoir une tension de travail plus élevée puis d’utiliser un régulateur MPPT. Un régulateur de type MPPT sait dissocier la tension coté panneaux et coté batterie. Il abaisse positionne la tension coté panneau sur la tension optimale et rabaisse ensuite du coté batterie tout en augmentant le courant. Ainsi la puissance tirée du panneau est maximisée.
L’utilisation de régulateurs MPPT était réservée il y a quelques années dans les kits solaire assez important, au delà de 2 kWc, mais aujourd’hui on troue des petits régulateurs MPPT efficaces et très abordables. Il ne reste plus qu’à bien dimensionner l’ensemble et choisir le bon mode de câblage.