Connexion série, parallèle et série-parallèle des panneaux solaires

Configuration série, parallèle et série-parallèle des panneaux photovoltaïques

Qu'est-ce qu'un panneau solaire photovoltaïque ?

Un module solaire photovoltaïque est disponible dans une gamme de 3 W_P à 300 W_P . Mais souvent, nous avons besoin de puissance dans une plage allant du kW au MW. Pour atteindre une telle puissance, nous devons connecter un nombre N de modules en série et en parallèle.

Une chaîne de modules photovoltaïques

Lorsqu'un nombre N de modules PV sont connectés en série. La chaîne entière de modules connectés en série est connue sous le nom de chaîne de modules PV. Les modules sont connectés en série pour augmenter la tension dans le système. La figure suivante montre un schéma des modules PV connectés en série, en parallèle et en série parallèle.

Groupe de modules PV

Pour augmenter le nombre N actuel de modules PV sont connectés en parallèle. Une telle connexion de modules en série et en parallèle est connue sous le nom de « Solar Photovoltaic Array » ou « PV Module Array ». Un schéma d'un réseau de modules solaires photovoltaïques connectés en configuration série-parallèle est illustré dans la figure ci-dessous.

Cellule du module solaire :

La cellule solaire est un appareil à deux bornes. L'un est positif (anode) et l'autre négatif (cathode). Un agencement de cellules solaires est appelé module solaire ou panneau solaire où l'agencement de panneaux solaires est appelé réseau photovoltaïque.

Il est important de noter qu'avec l'augmentation de la connexion en série et en parallèle des modules, la puissance des modules est également ajoutée.

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Connexion en série des modules

Parfois, la tension système requise pour une centrale électrique est beaucoup plus élevée que ce qu'un seul module PV peut produire. Dans de tels cas, un nombre N de modules PV est connecté en série pour fournir le niveau de tension requis. Cette connexion en série des modules PV est similaire à celle des connexions d'un nombre N de cellules dans un module pour obtenir le niveau de tension requis. La figure suivante montre des panneaux photovoltaïques connectés en série.

Avec cette connexion en série, non seulement la tension mais aussi la puissance générée par le module augmentent également. Pour ce faire, la borne négative d'un module est connectée à la borne positive de l'autre module.

Si un module a une tension de circuit ouvert V_OC1 de 20 V et autre connecté en série a V_OC2 de 20 V, alors le circuit ouvert total de la chaîne est la somme de deux tensions

V_OC =V_OC1 + V_OC2

V_OC =20 V + 20 V =40 V

Il est important de noter que la sommation des tensions au point de puissance maximale est également applicable en cas de générateur photovoltaïque.

Calcul du nombre de modules requis en série et de leur puissance totale

Pour calculer le nombre de modules PV à connecter en série, la tension requise du générateur PV doit être indiquée. Nous verrons également la puissance totale générée par le générateur photovoltaïque. Notez que tous les modules sont identiques avec les mêmes paramètres de module.

Étape 1 : Notez la tension requise du générateur photovoltaïque

Puisque nous devons connecter un nombre N de modules en série, nous devons connaître la tension requise du générateur photovoltaïque

• Tension en circuit ouvert du générateur photovoltaïque V_OCA
• Tension du générateur photovoltaïque au point de puissance maximale V_MA

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV qui doit être connecté dans la chaîne de série

Paramètres du module PV tels que le courant et la tension au point de puissance maximale et d'autres paramètres tels que V_OC , je_SC, et P_M doit également être noté.

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en série

Pour calculer le nombre de modules "N", la tension totale du réseau est divisée par la tension du module individuel, puisque le module PV est censé fonctionner sous STC, le rapport de la tension du réseau au point de puissance maximale V_MA à la tension du module au point de puissance maximum V_M est prise.

Un calcul similaire pour la tension en circuit ouvert du PV peut également être effectué, c'est-à-dire le rapport de la tension du réseau en circuit ouvert V_OCA à la tension du module en circuit ouvert V_OC . Notez que la valeur de "N" peut être un nombre non entier, nous devons donc prendre l'entier supérieur suivant et donc la valeur de V_MA et V_OCA augmentera également que ce que nous souhaitions.

Étape 4 : Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

La puissance totale du générateur photovoltaïque est la somme de la puissance maximale des modules individuels connectés en série. Si P_M est la puissance maximale d'un seul module et "N" est le nombre de modules connectés en série, puis la puissance totale du générateur photovoltaïque P_MA est N × P_M .

Nous pouvons également calculer la puissance du générateur par le produit de la tension et du courant du générateur PV au point de puissance maximale, c'est-à-dire

V_MA × Je_MA

Exemple :

Maintenant, pour comprendre ces étapes d'une manière plus mathématique. Prenons l'exemple d'une centrale électrique de 2 MW, dans laquelle un grand nombre de modules PV sont connectés en série. L'onduleur de 2 MW peut prendre une tension d'entrée de 600 V à 900 V.

Déterminer le nombre de modules à connecter en série pour obtenir une tension de point de puissance maximale de 800 V. Déterminer également la puissance délivrée par ce champ PV. Les paramètres du module PV unique sont les suivants :

• Tension en circuit ouvert V_OC =35V
• Tension au point de puissance maximum V_M =29V
• Courant de court-circuit I_SC =7,2 A
• Courant au point de puissance maximum I_M =6,4 A

Étape 1 : Notez la tension requise du générateur photovoltaïque

• Tension en circuit ouvert du générateur photovoltaïque V_OCA =Non communiqué
• Tension du générateur photovoltaïque au point de puissance maximale V_MA =800V

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV qui doit être connecté dans la chaîne de série

Tension en circuit ouvert V_OC =35 V

Tension au point de puissance maximale V_M =29 V

Courant de court-circuit I_SC =7,2 A

Courant au point de puissance maximum I_M =6,4 A

Puissance maximale P_M

P_M =V_M x I_M

=29 V x 6,4 A

P_M =185,6 W

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en série

N =V_MA / V_M

N =800 / 29

N =27,58 (Valeur entière supérieure 28)

Prenez une valeur entière supérieure de 28 modules. En raison de la valeur entière plus élevée de N, la valeur de V_MA et V_OCA augmentera également.

V_MA =V_M ×N

=29 × 28

=812 V

Étape 4 : Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

P_MA =N × P_M

=28 × 185,6

=5 196,8 W

Ainsi, nous avons besoin de 28 modules PV à connecter en série ayant une puissance totale de 5 196,8 W pour obtenir la tension de générateur photovoltaïque maximale souhaitée de 800 V.

Non-concordance dans les modules PV connectés en série

La puissance maximale dans le module PV est le produit de la tension et du courant à la puissance maximale. Lorsque les modules ne sont pas connectés en série, la puissance produite par un module individuel est différente. Prenons l'exemple du tableau 1 ci-dessous.

Tableau 1

Modules	VM en Volt	JeM en Ampère	PM en Watt
Module A	16	4.1	65.6
Module B	15.5	4.1	63.55
Module C	15.3	4.1	62.73
Total	En série =46,8	En série =4.1	191.88

Si les trois modules du tableau 1 sont connectés en série leur tension s'ajoute mais le courant reste le même étant donné que tous les modules sont identiques ayant la même valeur de I_M =4,1 A.

La différence de tension des modules A, B et C connectés en série n'entraîne pas la perte de la puissance produite par le réseau de modules PV, étant donné que tous les modules sont identique ayant la même valeur de I_M =4,1 A.

Mais si la capacité de production de courant des modules connectés en série n'est pas identique, le courant traversant les modules PV connectés en série sera égal au courant le plus faible produit par un module dans la chaîne. Prenons un exemple de tableau 2 donné ci-dessous.

Tableau 2

Modules	VM en Volt	JeM en Ampère	PM en Watt
Module A	16	4.1	65.6
Module B	15.5	3.2	49.6
Module C	15.3	4.1	62.73
Total	En série =46,8	En série =3.2	177,93

Si tous les modules du tableau 2 sont connectés en série, le courant circulant dans les modules connectés en série est déterminé par le module ayant le courant le plus faible. Dans ce cas, le module B a le courant le plus faible de 3,2 A par rapport aux modules A et C.

Ainsi, le courant circulant dans ces trois modules connectés en série est de 3,2 A. Comparez maintenant les tableaux 1 et 2 et la puissance totale produite par les deux. En raison de modules de courant non identiques dans le tableau 2, la puissance totale produite est de 177,93 W, ce qui est inférieur à la puissance totale produite par les modules du tableau 1, c'est-à-dire 191,88 W.

Nous pouvons voir qu'en raison de l'inadéquation du courant, la puissance de sortie produite par les modules connectés en série est largement affectée. Ainsi, dans la connexion en série des modules, l'inadéquation de la tension n'est pas un problème, mais l'inadéquation du courant entraîne une perte de puissance. Par conséquent, les modules avec des courants nominaux différents ne doivent pas être connectés en série.

Connexion parallèle des modules

Parfois, pour augmenter la puissance du système solaire photovoltaïque, au lieu d'augmenter la tension en connectant des modules en série, le courant est augmenté en connectant des modules en parallèle. Le courant dans la combinaison parallèle du réseau de modules PV est la somme des courants individuels des modules.

La tension dans la combinaison parallèle des modules reste la même que celle de la tension individuelle du module étant donné que tous les modules ont une tension identique.

La combinaison parallèle est obtenue en connectant la borne positive d'un module à la borne positive du module suivant et la borne négative à la borne négative du module suivant, comme indiqué ci-dessous. chiffre. La figure suivante montre des panneaux solaires connectés en configuration parallèle.

Si le courant I_M1 est le courant de point de puissance maximal d'un module et I_M2 est le courant de point de puissance maximal de l'autre module, alors le courant total du module connecté en parallèle sera I_M1 + Je_M2 . Si nous continuons à ajouter des modules en parallèle, le courant continue de s'additionner. Il est également applicable pour le courant de court-circuit Isc.

Calcul du nombre de modules requis en parallèle et de leur puissance totale

Pour calculer le nombre de modules PV à connecter en parallèle, le courant requis du générateur PV doit être indiqué. Nous verrons également la puissance totale générée par le générateur photovoltaïque. Notez que tous les modules sont identiques avec les mêmes paramètres de module.

Étape 1 : Notez les exigences actuelles du générateur photovoltaïque

Puisque nous devons connecter un nombre N de modules en parallèle, nous devons connaître le courant requis du générateur photovoltaïque

• Courant de court-circuit du générateur photovoltaïque I_SCA
• Courant du générateur photovoltaïque au point de puissance maximum I_MA

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV qui doit être connecté en parallèle

Paramètres du module PV tels que le courant et la tension au point de puissance maximale et d'autres paramètres tels que V_OC , je_SC, et P_M doit également être noté.

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en parallèle

Pour calculer le nombre de modules N, le courant total du réseau est divisé par le courant d'un module individuel, puisque le module PV est censé fonctionner sous STC, le rapport du courant du réseau au point de puissance maximum I_MA au courant du module au point de puissance maximum I_M est prise.

Un calcul similaire pour le courant de court-circuit de PV peut également être effectué, c'est-à-dire le rapport du courant de court-circuit du réseau I_SCA au courant de court-circuit du module I_SC .

Notez que la valeur de N peut être un nombre non entier, nous devons donc prendre l'entier supérieur suivant et donc la valeur de I_MA et je_SCA augmentera également que ce que nous souhaitions.

Étape 4 : Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

La puissance totale du générateur photovoltaïque est la somme de la puissance maximale des modules individuels connectés en parallèle. Si P_M est la puissance maximale d'un seul module et "N" est le nombre de modules connectés en parallèle, puis la puissance totale du générateur photovoltaïque P_MA est N × P_M . nous pouvons également calculer la puissance du générateur par le produit de la tension et du courant du générateur PV au point de puissance maximale, c'est-à-dire V_MA × Je_MA .

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Exemple :

Prenons un exemple, calculons le nombre de modules nécessaires en parallèle pour obtenir le courant de point de puissance maximal I_MA de 40 A. L'exigence de tension du système est de 14 V. Les paramètres du module PV unique sont les suivants :

• Tension en circuit ouvert V_OC =18V
• Tension au point de puissance maximum V_M =14V
• Courant de court-circuit I_SC =6,5A
• Courant au point de puissance maximum I_M =6A

Étape 1 : Notez les exigences actuelles du générateur photovoltaïque

• Courant de court-circuit du générateur photovoltaïque I_SCA =Non communiqué
• Courant du générateur photovoltaïque au point de puissance maximum I_MA =40A

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV qui doit être connecté en parallèle

Tension en circuit ouvert V_OC =18 V

Tension au point de puissance maximale V_M =14V

Courant de court-circuit I_SC =6,5A

Courant au point de puissance maximum I_M =6A

Puissance maximale :

P_M =V_M x I_M

P_M =14V x 6A

P_M =84W

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en parallèle

N =I_MA / Je_M

=40 / 6

N =6,66 (valeur entière supérieure 7)

Prenez 7 modules de valeur entière supérieure. En raison de la valeur entière plus élevée de N, la valeur de I_MA et je_SCA augmentera également.

Je_MA =Je_M ×N

=6 × 7

Je_MA =42A

Étape 4 :Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

P_MA =N × P_M

=7 × 84

P_MA =588 W

Ainsi, nous avons besoin de 7 modules PV à connecter en parallèle ayant une puissance totale de 588 W pour obtenir le courant de générateur PV maximal souhaité de 40 A.

Non-concordance dans les modules photovoltaïques connectés en parallèle

Dans une connexion parallèle, le problème de l'inadéquation du courant n'est pas un problème, mais l'inadéquation de la tension est un problème. Dans les modules connectés en parallèle, la tension restera la même si les modules ont des tensions nominales identiques.

Mais si la tension nominale des modules connectés en parallèle est différente, la tension du système est déterminée par le module ayant la tension nominale la plus basse, ce qui entraîne la perte de puissance.

L'effet de l'inadéquation de la tension n'est pas aussi grave que l'inadéquation du courant, mais des précautions doivent être prises lors du choix des modules. Il est recommandé de préférer les modules combinés en série de même courant nominal et les modules combinés parallèles de même tension nominale.

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Série – Connexion parallèle de modules – Combinaison mixte

Lorsque nous devons générer une grande puissance dans une gamme de gigawatts pour de grandes centrales photovoltaïques, nous devons connecter des modules en série et en parallèle. Dans les grandes installations photovoltaïques, les modules sont d'abord connectés en série, appelée "chaîne de modules PV", pour obtenir le niveau de tension requis.

Ensuite, de nombreuses chaînes de ce type sont connectées en parallèle pour obtenir le niveau de courant requis pour le système. Les figures suivantes montrent la connexion des modules en série et en parallèle. Pour simplifier cela, regardez à droite dans la figure suivante.

Le module 1 et le module 2 sont connectés en série, appelons-le la chaîne 1. La tension en circuit ouvert de la chaîne 1 V_OC1 est ajouté, c'est-à-dire

V_OC1 =V_OC + V_CO =2V_OC

Alors que le courant de court-circuit de la chaîne 1 I_SC1 est le même, c'est-à-dire

Je_SC1 =I_SC

Semblable à la chaîne 1, les modules 3 et 4 constituent la chaîne 2. La tension en circuit ouvert de la chaîne 2 V_OC2 est ajouté, c'est-à-dire

V_OC2 =V_CO + V_OC =2V_CO

Alors que le courant de court-circuit de la chaîne 2 I_SC2 est le même, c'est-à-dire

Je_SC2 =I_SC

Maintenant, la chaîne 1 et la chaîne 2 sont connectées en parallèle, nulle part la tension ne reste la même mais le courant est ajouté, c'est-à-dire la tension en circuit ouvert du réseau de modules PV

V_OCA =V_OC1 =V_OC2 =2V_OC

Et Courant de court-circuit du réseau de modules PV

Je_SCA =I_SC1 + I_SC2 =I_SC + I_SC =2I_SC

Le même calcul est applicable pour la tension et le courant au PowerPoint maximum.

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Calcul du nombre de modules requis en série – parallèle, et leur puissance totale

Ici pour le calcul du nombre de modules nécessaires en série et en parallèle, et de la puissance nous avons supposé que tous les modules ont des paramètres identiques. Notez que ;

• N_S =Nombre de modules en série
• N_P =Nombre de modules en parallèle

Étape 1 : Notez le courant, la tension et la puissance requise du générateur photovoltaïque

• Puissance du générateur photovoltaïque P_MA
• Tension du générateur photovoltaïque au point de puissance maximale V_MA
• Courant du générateur photovoltaïque au point de puissance maximum I_MA

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV

Paramètres du module PV tels que le courant et la tension au point de puissance maximale et d'autres paramètres tels que V_OC , je_SC, et P_M doit également être noté.

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en série et en parallèle

Pour calculer le nombre de modules dans la série N_s la tension totale du réseau est divisée par la tension d'un module individuel, puisque le module PV est censé fonctionner sous STC, le rapport de la tension du réseau au point de puissance maximale V_MA à la tension du module au point de puissance maximum V_M est prise.

De même, pour calculer le nombre de modules en parallèle N_p le courant total du réseau est divisé par le courant d'un module individuel, puisque le module PV est censé fonctionner sous STC, le rapport du courant du réseau au point de puissance maximum I_MA au courant du module au point de puissance maximum I_M est prise.

Des calculs similaires pour la tension en circuit ouvert et le courant de court-circuit peuvent être effectués. Notez que la valeur de N_s et N_P peut être un nombre non entier, nous devons donc prendre l'entier supérieur suivant et donc la valeur de I_MA , je_SCA , V_MA , et V_OCA augmentera également que ce que nous souhaitions.

Étape 4 : Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

La puissance totale du générateur photovoltaïque est la somme de la puissance maximale des modules individuels connectés en série et en parallèle.

Si P_M est la puissance maximale d'un seul module, et N_S est le nombre de modules connectés en série et N_P est le nombre de modules connectés en parallèle, puis la puissance totale du générateur photovoltaïque

P_MA =N_P × N_S × P_M

Nous pouvons également calculer la puissance du générateur par le produit de la tension et du courant du générateur PV au point de puissance maximale, c'est-à-dire

V_MA × Je_MA

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Exemple :

Prenons maintenant un exemple pour le mélange - combinaison. Nous devons déterminer le nombre de modules requis pour un générateur photovoltaïque ayant les paramètres suivants ;

• Puissance du tableau P_MA =40KW
• Tension au point de puissance maximale du réseau V_MA =400V
• Courant au point de puissance maximum du tableau I_MA =100A
• Le module de conception du tableau a les paramètres suivants ;
• Tension au point de puissance maximale du module V_M =70V
• Courant au point de puissance maximum du module I_M =17A

Étape 1 : Notez le courant, la tension et la puissance requise du générateur photovoltaïque

• Puissance du générateur photovoltaïque P_MA =40KW
• Tension du générateur photovoltaïque au point de puissance maximale V_MA =400V
• Courant du générateur photovoltaïque au point de puissance maximum I_MA =100A

Étape 2 : Notez les paramètres du module PV

Tension au point de puissance maximale du module V_M =70 V

Courant au point de puissance maximum du module I_M =17A

Puissance maximale P_M :

P_M =V_M x I_M

P_M =70V x 17A

P_M =1190W

Étape 3 : Calculer le nombre de modules à connecter en série et en parallèle

N_S =V_MA / V_M

N_S =400 / 70

N_S =5,71 (Valeur entière supérieure 6)

Prenez 6 modules de valeur entière supérieure. En raison de la valeur entière plus élevée de N_S , la valeur de V_MA et V_OCA augmentera également.

V_MA =V_M × N_S

=70 × 6

V_MA =420V

Maintenant,

N_P =Je_MA / Je_M

N_P =100 / 17

N_P =5,88 (valeur entière supérieure 6)

Prenez 6 modules de valeur entière supérieure. En raison de la valeur entière plus élevée de N_P , la valeur de I_MA et je_SCA augmentera également.

Je_MA =Je_M × N_P

Je_MA =17 × 6

Je_MA =102 A

Étape 4 : Calcul de la puissance totale du générateur photovoltaïque

P_MA =N_S × N_P × P_M

=6 × 6 × 1190

P_MA =42840W

Ainsi, nous avons besoin de 36 modules PV . Une chaîne de six modules connectés en série et six de ces chaînes connectées en parallèle, ayant une puissance totale de 42 840 W pour obtenir le courant maximal souhaité du générateur photovoltaïque de 100 A et une tension de 400 V.

Notez qu'en raison de la valeur entière supérieure de 6, le courant et la tension maximum du générateur photovoltaïque sont respectivement de 102 A et 420 V.

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Conclusion

Dans cet article, une étude approfondie du module et du générateur solaires photovoltaïques a été réalisée. Le besoin, la structure et la conception des modules pour un niveau de puissance plus élevé ont été étudiés. Il comprenait également une procédure de mesure des paramètres et une explication de la diode de dérivation et de la diode de blocage pour la sécurité du module.

Nous avons également vu une explication du réseau de modules PV ainsi que sa combinaison de besoin et de connexion. Le calcul et la procédure de conception des connexions en série, en parallèle et mixtes ont été effectués en détail ainsi que l'étude de l'inadéquation de la tension et du courant des modules. Une telle étude du module photovoltaïque et de la matrice est une exigence incontournable pour un concepteur du système PV.

L'article donne une compréhension significative de la conception des composants importants (modules et tableau) dans le système PV, qui peuvent être utilisés pour faire une conception appropriée, efficace et fiable dans un PV système.