Principes de base du câblage des panneaux solaires : guide complet et conseils pour câbler un système PV

Les systèmes photovoltaïques (PV) sont l'une des sources d'énergie renouvelables les plus importantes au monde. Apprendre les bases du câblage des panneaux solaires est l'un des outils les plus importants de votre répertoire de compétences pour des raisons de sécurité et pratiques, après tout, les installations photovoltaïques résidentielles présentent des tensions allant jusqu'à 600 V.

Il existe trois types de câblage pour les modules PV : série, parallèle et série-parallèle. Apprendre à câbler des panneaux solaires nécessite d'apprendre les concepts clés, de choisir le bon onduleur, de planifier la configuration du système, d'apprendre à faire le câblage, etc. Dans cet article, nous vous apprendrons tout cela, vous épargnant des semaines, voire des mois, d'études approfondies sur le sujet.

Table des matières

La "chaîne de panneaux solaires" est le concept le plus fondamental et le plus important dans le câblage des panneaux solaires. Il s'agit simplement de plusieurs modules PV câblés en série ou en parallèle.

Les panneaux solaires comportent des bornes positives et négatives. Câbler des panneaux solaires en série, c'est câbler la borne positive d'un module au négatif des suivants, et ainsi de suite pour toute la chaîne. Ce type de câblageaugmente la tension de sortie, qui peut être mesuré aux bornes disponibles.

Câblage des panneaux solaires en parallèleaugmente le courant de sortie, tout en maintenant la tension constante . Le courant de sortie est la somme de tous les courants générés par les modules de la chaîne.

Les panneaux solaires câblés en parallèle doivent également respecter les réglementations NEC. Cela inclut la taille des conducteurs et les dispositifs de surintensité. Ceci est calculé en surdimensionnant le courant de court-circuit (Isc) de 125 %, compte tenu du nombre de modules dans le système, comme spécifié dans les normes NEC 690.8(A)(1) et NEC 690.8(A)(2).

Il existe un câblage de panneau solaire combinant des connexions série et parallèle, dit série-parallèle. Cette connexion câble les panneaux solaires en série en connectant les bornes positives aux bornes négatives pour augmenter la tension et connecte ces chaînes en parallèle. Toutes les chaînes de panneaux solaires connectées en parallèle doivent présenter la même tension et doivent également être conformes aux normes NEC 690.7, NEC 690.8(A)(1) et NEC 690.8(A)(2). Les modules doivent être du même modèle dans tous les cas afin de fournir des performances optimales sur le système.

Vous devez vous renseigner au préalable sur les outils utilisés pour câbler les panneaux solaires. Il s'agit de l'outil de sertissage et de l'outil d'assemblage du connecteur solaire.

L'outil de sertissage sert à sertir la plaque de connexion du connecteur solaire sur le fil nu. Dans la plupart des cas, cela signifie un MC4, le plus populaire dans l'industrie solaire. L'outil d'assemblage du connecteur solaire permet de serrer toutes les pièces d'un connecteur MC4 sur la plaque de connexion femelle/mâle. Cet outil sert également à déverrouiller le connecteur une fois qu'il a été branché.

L'onduleur à panneaux solaires est l'un des composants les plus importants d'un système photovoltaïque. Ce composant convertit l'énergie DC générée par les panneaux solaires en énergie AC à la bonne tension pour vos appareils. La sortie est une onde sinusoïdale pure, avec une tension alternative de 120 V (US) ou 240 V AC (Europe).

Le câblage des panneaux solaires ensemble peut être effectué avec des fils préinstallés sur les modules, mais l'extension du câblage à l'onduleur ou au panneau de service nécessite de sélectionner le bon fil. Pour les installations photovoltaïques sur les toits, vous pouvez utiliser le fil PV, connu en Europe sous le nom de TUV PV Wire ou la norme de câble solaire EN 50618. Pour les installations photovoltaïques au sol nécessitant des installations souterraines, vous avez besoin d'un câble d'entrée de service souterrain (USE-2).

Il existe deux types d'onduleurs utilisés dans les systèmes photovoltaïques : les micro-onduleurs et les onduleurs string. Les deux disposent de connecteurs MC4 pour améliorer la compatibilité. Dans cette section, nous expliquerons chacun d'eux et leurs détails.

Les onduleurs à chaîne ou les onduleurs centralisés sont l'option la plus courante dans les installations photovoltaïques, adaptées aux panneaux solaires câblés en série ou en série-parallèle. Les onduleurs centralisés convertissent le courant continu pour toute la chaîne, c'est pourquoi ils sont recommandés pour les systèmes photovoltaïques non soumis à un ombrage partiel.

Les micro-onduleurs peuvent être utilisés dans des installations photovoltaïques qui seront ou non partiellement ombragées, ou même celles qui seront étendues de manière modulaire à l'avenir. Un micro-onduleur convertit le courant continu d'un seul module en courant alternatif, avec une sortie 120 V CA, c'est pourquoi les panneaux solaires équipés de micro-onduleurs sont exclusivement connectés en parallèle.

La planification de la configuration des panneaux solaires vous aidera à garantir la bonne sortie de tension/courant pour votre système PV. Dans cette section, nous expliquons ce que sont ces éléments et leur importance.

La tension continue maximale doit être limitée pour des raisons de sécurité, les réglementations NEC et pour correspondre aux spécifications techniques d'un onduleur de chaîne. La limite pour les systèmes photovoltaïques résidentiels est de 600 V pour les réglementations NEC, mais cela peut varier en fonction de l'onduleur centralisé.

Il existe une tension d'entrée CC minimale requise pour démarrer un onduleur à chaîne, c'est pourquoi il s'agit d'une configuration de planification importante pour les systèmes PV. Ce nombre varie considérablement selon le modèle et la marque sélectionnés.

Le courant d'entrée CC maximal est limité par les spécifications techniques de l'onduleur. Cette valeur est conçue d'après la courbe courant-tension (courbe IV) pour une cellule solaire. Il s'agit d'un facteur important à prendre en compte lors du câblage des panneaux solaires, car la sortie CC du système ne doit pas dépasser le courant d'entrée maximal de l'onduleur.

Les trackers MPPT optimisent la puissance de sortie des systèmes PV en tenant compte de la courbe IV. Les onduleurs centralisés avec plusieurs trackers MPPT peuvent optimiser la puissance de sortie des chaînes de panneaux solaires présentant des spécifications différentes les unes des autres, vous permettant de câbler un panneau solaire plus complexe à l'onduleur. Si votre onduleur possède deux entrées MPPT ou plus, assurez-vous d'en tirer parti correctement, en particulier dans les scénarios avec plusieurs orientations ou un impact d'ombrage.

Jusqu'à présent, vous avez appris les concepts clés et les aspects de planification à prendre en compte avant de câbler des panneaux solaires. Maintenant, dans cette section, nous vous fournissons un guide étape par étape sur la façon de câbler les panneaux solaires.

La plupart des panneaux solaires sont livrés avec des connecteurs MC4 préinstallés, ce qui vous permettra de verrouiller les panneaux solaires entre eux. Pour les points d'extrémité du système, vous pourrez peut-être utiliser un câble d'extension MC4 qui est généralement disponible en plusieurs tailles pour interconnecter le système PV et l'onduleur.

Cependant, il est toujours important d'apprendre à installer correctement un connecteur PV, car dans certains cas ou sections, le système peut vous obliger à effectuer vous-même la connexion. Cela se produira probablement si vous ne trouvez pas de câble d'extension MC4 de la bonne longueur.

Les étapes pour ajouter des connecteurs solaires aux fils PV sont les suivantes :

Toutes les étapes sont illustrées dans l'image ci-dessous.

Le câblage des panneaux solaires en série nécessite de connecter la borne positive d'un module au négatif du suivant, en augmentant la tension. Pour ce faire, suivez les étapes suivantes :

Le câblage des panneaux solaires en parallèle est réalisé en connectant la borne négative de deux modules ou plus, tout en faisant la même chose avec les bornes positives. Le processus est le suivant :

Vous pouvez utiliser un combinateur MC4 2 en 1 pour deux modules, ou des plus gros (combinateur 4 en 1, etc.) pour plus de modules. La sortie du combinateur MC4 contiendra la connexion de sortie parallèle des panneaux solaires.

Une connexion série-parallèle combine les avantages du câblage des panneaux solaires en série et en parallèle. Pour câbler des panneaux solaires dans cette configuration, suivez les étapes suivantes :

La principale différence est quevous connecterez deux chaînes et non deux modules, en utilisant les connecteurs MC4 disponibles en début et en fin de chaîne.

Maintenant, il est important d'apprendre quelques conseils pour câbler les panneaux solaires comme un professionnel, ci-dessous, nous fournissons une liste de considérations importantes.

L'équipement de sécurité n'est pas facultatif, dans les installations photovoltaïques, vous pouvez être exposé à un courant continu à des tensions allant jusqu'à 600 V, ce qui est extrêmement dangereux. Lors des installations photovoltaïques, vous devez porter des gants isolants, des chaussures de sécurité électriques, une veste de sécurité, etc. Tout cet équipement vous gardera en sécurité pendant l'installation.

Une bonne gestion du câblage est une considération importante pour une installation réussie. Il existe généralement deux méthodes importantes à connaître lors du câblage de panneaux solaires en série :Leapfrog et Daisy Chain.

La connexion en guirlande est la méthode de câblage de base, connectant un panneau au suivant, tandis que Leapfrog saute un fil sur un module pour se connecter au suivant, comme indiqué ci-dessous. Avec Daisy Chain, vous obtenez un câblage régulier, tandis que Leap Frog économise de l'argent sur le fil et réduit les pertes de puissance produites par la chaleur, étant la technique de câblage la plus efficace.

Une autre bonne pratique de gestion du câblage consiste à fixer ou à acheminer les câbles dans un itinéraire naturel en utilisant des attaches à glissière et des fils en boucle lorsqu'ils sont trop longs. Cela réduira les contraintes mécaniques, éliminera les fils suspendus et maintiendra les fils PV organisés et sûrs. C'est une excellente pratique pour éviter que quiconque marche sur le toit ou le sol ne trébuche sur un fil lâche, n'endommage la connexion ou, pire encore, ne soit électrocuté.

Vous ne pouvez jamais être trop prudent lors du câblage des panneaux solaires. Une double vérification de toutes les connexions vous aidera à être plus sûr et même à éliminer les possibilités de points chauds électriques, qui pourraient causer de graves accidents domestiques.

La mesure de la tension de chaque chaîne solaire est extrêmement importante dans les installations classiques, mais encore plus dans les installations série-parallèle. En plus de vous aider à installer correctement le système PV, c'est une excellente méthode pour détecter tout panneau solaire qui pourrait avoir un défaut d'usine ou s'il y a une connexion desserrée.

Une bonne pratique consiste à surdimensionner le système PV légèrement au-dessus de la puissance de sortie maximale de l'onduleur. Cela garantit qu'en cas de faible rayonnement solaire, le système sera toujours en mesure de générer une puissance de sortie très proche de la puissance nominale maximale de l'onduleur.

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