Mesurer la puissance d’un panneau solaire

Comment mesurer la puissance de sortie d’un panneau solaire

Pour mesurer la puissance d’un panneau solaire, l’utilisation d’un multimètre numérique est nécessaire pour mesurer la tension et l’intensité générées par un panneau dans différentes conditions d’éclairage. Connaître la puissance de sortie d’un panneau photovoltaïque particulier est un prérequis important pour tout système solaire.

Comme nous l’avons constaté au fil de ce site, l’énergie solaire est une forme renouvelable de production d’énergie électrique, généralement créée à l’aide de panneaux solaires photovoltaïques, soit individuellement, soit connectés ensemble en chaînes pour former de plus grands systèmes solaires.

Comprendre le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques (PV) est une exigence fondamentale, car la plupart des gens supposent, à tort ou à raison, qu’un panneau solaire de 100 watts fournira en continu 100 watts de puissance électrique toute la journée. Cependant, en réalité, cela n’est pas toujours le cas, car la puissance électrique délivrée à un instant donné de la journée est une fonction directe de la position et des conditions météorologiques.

La lumière du soleil est une source d’énergie intermittente, changeant constamment tout au long de la journée, de sorte que les panneaux solaires photovoltaïques doivent être capables de fonctionner dans ces conditions variables. L’efficacité d’un panneau solaire est le rapport entre la puissance électrique de sortie et la quantité de lumière du soleil, c’est-à-dire l’irradiation solaire absorbée par le panneau.

Il est donc important que l’orientation du panneau solaire soit correcte pour recevoir la quantité maximale de lumière du soleil tout au long de la journée. Les panneaux plus grands ont la capacité de produire plus de puissance électrique que les plus petits panneaux PV pour une irradiation solaire donnée.

La performance des panneaux solaires photovoltaïques peut être déterminée en mesurant la relation entre la tension des panneaux, le courant et donc la puissance de sortie dans différentes conditions météorologiques, telles que l’irradiation solaire totale.

L’inclinaison du panneau, la température ambiante de l’air ainsi que la température du panneau jouent tous un rôle important dans la puissance de sortie d’un panneau solaire.

Les fabricants classent leurs panneaux photovoltaïques en fonction de la puissance de sortie en courant continu à une irradiance de 1000 W/m² (ensoleillement maximal) et une température de panneau de 25^oC afin de vous inciter à acheter leur produit.

Un panneau PV standard de 12 volts générera une tension terminale maximale d’environ 20 volts en plein soleil sans charge connectée. Cependant, dans la réalité, les panneaux solaires photovoltaïques fonctionnent en dessous de ces réglages idéaux, ce qui fait que la puissance de sortie d’un panneau solaire est bien inférieure à la puissance nominale maximale possible des panneaux PV.

Alors, comment mesurer la puissance de sortie d’un panneau solaire photovoltaïque ? Eh bien, dans ses termes les plus simples, la puissance de sortie (P) de la cellule solaire est obtenue en multipliant la tension de sortie (V) par le courant de sortie (I) dans des conditions de puissance maximale, ce qui donne P = V x I, qui est lui-même la base de la loi d’Ohm.

Sortie de puissance du panneau solaire

La puissance de sortie d’un panneau solaire typique dépend beaucoup de la charge électrique connectée. La puissance maximale est transférée lorsque la résistance dynamique du panneau (ou de l’ensemble) est égale à celle de la charge connectée. La charge la plus simple pour un panneau PV à alimenter est celle d’une résistance électrique telle qu’un élément de chauffage à courant continu. Comme la loi d’Ohm décrit la relation entre la tension à travers une résistance et le courant qui la traverse, nous pouvons utiliser une simple résistance pour mesurer la puissance d’un panneau solaire.

Les courbes caractéristiques I-V des panneaux solaires sont utilisées pour donner une représentation visuelle des caractéristiques de courant et de tension ( I-V ) d’un panneau photovoltaïque particulier (cellule ou ensemble), donnant une description détaillée de sa capacité de conversion de l’énergie solaire. Connaître les caractéristiques électriques I-V d’un panneau solaire est essentiel pour déterminer la performance de sortie et donc son efficacité. Mesurer la puissance de sortie d’un panneau solaire, par exemple, le panneau solaire Renogy 100W, 12V, n’est pas si difficile si nous appliquons quelques étapes simples.

L’étiquette du produit du panneau solaire polycristallin Renogy de 100 Watts et 12 Volts nous donne les caractéristiques électriques du panneau, selon le fabricant Renogy, lorsqu’il est exposé à une irradiance de 1000 W/m². Mais que signifie tout cela ?

Notre étiquette de données électriques indique que la tension à circuit ouvert du panneau, (V_OC), est de 22,4 volts et que son courant de court-circuit, (I_SC), est de 5,92 ampères.

Nous pouvons donc utiliser la loi d’Ohm pour déterminer la puissance de sortie du panneau solaire, n’est-ce pas ! Mais multipliant la tension, V, par le courant, I, nous donne 22,4 x 5,92 = 132,6 watts, ce qui est bien plus que les 100 watts indiqués sur l’étiquette. Alors, que se passe-t-il ?

La tension à circuit ouvert, V_OC, signifie que le panneau PV n’est pas connecté à une charge, donc ses bornes sont ouvertes (résistance infinie), ce qui donne une tension maximale, dans ce cas, 22,4 volts, à ses bornes. Puisque ses bornes sont ouvertes, il n’y aura pas d’écoulement de courant (I = 0) car il n’y a pas de circuit électrique ou de charge pour que le courant circule. Dans ce cas, la puissance de sortie du panneau solaire est P = V x I = 22,4 x 0 = 0 watts. En d’autres termes, aucune puissance électrique n’est générée.

De même, le courant de court-circuit, I_SC, signifie que les bornes du panneau PV sont court-circuitées ou connectées ensemble (résistance zéro), créant un circuit électrique entièrement fermé permettant au courant maximal du panneau, dans ce cas 5,92 ampères, de circuler. Cependant, comme les bornes sont court-circuitées, il n’y aura pas de chute de tension (V = 0), donc la puissance de sortie du panneau solaire sera P = V x I = 0 x 5,92 = 0 watts. Encore une fois, aucune puissance électrique n’est générée.

Nous pourrions donc penser que ce panneau solaire Renogy peut générer 132,6 watts d’électricité solaire, mais en réalité, ce n’est pas le cas. Les panneaux photovoltaïques fournissent de l’électricité utilisable lorsqu’ils sont connectés à une charge électrique et en mesurant la sortie d’un panneau solaire, nous pouvons utiliser la loi d’Ohm pour déterminer le point de puissance de sortie maximale, ou MPP.

Mesurer la puissance d’un panneau solaire

Nous avons précédemment dit que la puissance de sortie d’un panneau solaire dépend principalement de la charge électrique connectée. Cette charge peut varier d’une résistance infinie (∞Ω) à une valeur de résistance zéro (0Ω), produisant ainsi une tension à circuit ouvert, V_OC à une extrémité et un courant de court-circuit, I_SC, respectivement, à l’autre. Nous devons donc trouver une valeur résistive externe quelque part entre ces deux extrêmes.

Comme la puissance maximale théorique, P_max, a été montrée comme étant de 132 watts, et la tension à circuit ouvert maximale, V_OC, de 22,4 volts. Si nous supposons que le panneau a une puissance maximale de 150 watts et une tension terminale maximale de 30 volts, cela nous donnerait la valeur de résistance dynamique du panneau de :

Il existe plusieurs façons d’atteindre cette valeur de 6,0 Ohm, allant des résistances de valeur fixe aux résistances variables, en passant par les rhéostats. L’option utilisée dépendra de ce qui est disponible et du budget, car les grandes résistances de puissance peuvent être coûteuses. Dans l’exemple donné, la résistance de charge sera réalisée à l’aide d’un rhéostat, donnant ainsi une résistance entièrement variable entre une valeur minimale de zéro Ohms (0Ω) et une valeur maximale de 6Ω. Nous savons que notre panneau solaire a une puissance nominale de 100 watts, donc cela serait la puissance minimale de notre rhéostat.

Pour mesurer la tension aux bornes du panneau PV, nous aurions besoin d’un voltmètre. Cela pourrait être un multimètre numérique ou analogique, ou un simple voltmètre, mais il doit avoir une échelle suffisamment haute pour lire la tension à circuit ouvert du panneau (V_OC). Le type utilisé dépendra de ce qui est disponible et du budget.

Mesurer le courant généré par le panneau PV nécessiterait un ampèremètre pour mesurer le courant de court-circuit (I_SC) en court-circuit. Encore une fois, ce deuxième appareil pourrait être numérique, analogique ou un multimètre, selon ce qui est disponible et le budget.

Bien que nous ayons calculé la valeur de résistance maximale requise ci-dessus comme étant de 6Ω, il y a de fortes chances que nous ne puissions pas en acheter une à la valeur de résistance exacte de 6Ω. Supposons donc que nous avons acheté un rhéostat de 10Ω qui est entièrement variable entre 0 et 10 Ohms.

Cela nous permettrait d’augmenter la résistance de charge connectée externément par paliers de 1 Ohm chacun, tout en mesurant en même temps la tension et le courant de sortie du panneau solaire. Ensuite, nous pouvons compléter le tableau suivant de nos résultats pour déterminer la puissance électrique fournie par le panneau solaire PV pour différentes valeurs de résistance de charge.

Tableau des résultats mesurés pour notre panneau solaire

Après avoir pris nos mesures et tabulé les résultats dans le tableau ci-dessus, nous pouvons clairement voir que la puissance maximale se produit lorsque la résistance de charge R_L a une valeur résistive d’environ 3 Ohms. À 3Ω, le panneau produit un courant de 5,6 Ampères à environ 16,9 volts, donnant ainsi une puissance de sortie calculée de 94,7 watts.

Cette valeur correspond de près à l’étiquette de données du fabricant pour une tension de fonctionnement (V_mp) et un courant de fonctionnement (I_mp) de 17,8V et 5,62A respectivement, donnant une résistance dynamique du panneau à puissance maximale de V_mp/I_mp = 17,8/5,62 = 3,17 ohms. Nous pourrions, si nous le souhaitons, affiner nos mesures pour obtenir des valeurs de tension et de courant encore plus proches du but des 100 watts, 3,17 ohms.

Il est donc démontré pour notre exemple simple que la puissance maximale est générée par le panneau autour de ce point de 3,17 ohms et que l’alignement de la résistance du panneau avec celle de la charge entraîne un transfert maximal de puissance du panneau (ou de l’ensemble) vers la charge et donc une efficacité accrue.

En utilisant les données du tableau ci-dessus, nous pouvons tracer un graphique de la tension mesurée par rapport au courant du panneau, comme montré ci-dessous.

Courbes des caractéristiques I-V

Ci-dessus est le graphique des caractéristiques I-V pour notre exemple de panneau solaire PV et est typique de tous les panneaux solaires PV. Mesurer la puissance d’autres types et classes de panneaux solaires produira des résultats similaires, seules les valeurs de tension et de courant seront différentes. Remarquez également que la puissance est nulle pour un circuit ouvert (condition de courant nul) et également pour un court-circuit (condition de tension nulle).

La puissance de sortie maximale d’un panneau PV peut être définie comme sa puissance DC de pointe en multipliant la tension et le courant. Ici, le point de fonctionnement optimal pour notre panneau solaire est illustré au point médian de la courbe caractéristique (ou genou). En d’autres termes, c’est le point auquel le panneau solaire génère sa puissance maximale, communément appelé point de puissance maximale ou MPP.

La courbe des caractéristiques I-V présente une propriété importante d’un panneau solaire photovoltaïque, ou cellule, en ce qu’elle montre qu’il s’agit d’un dispositif à source de courant plutôt que d’une source de tension, comme une batterie. Cependant, contrairement à une batterie qui a une tension terminale constante (12V, 24V, etc.) et fournit des quantités variables de courant à une charge connectée, la cellule ou le panneau photovoltaïque fournit un approvisionnement constant de courant sur une large plage de tensions pour une quantité donnée d’insolation solaire.

Résumé sur la mesure de la puissance d’un panneau solaire

Mesurer la puissance d’un panneau solaire n’est pas trop difficile mais nécessite un assortiment de multimètres, de résistances de puissance, ou d’un seul rhéostat capable de gérer la puissance générée. Il est important de se rappeler que plus la puissance de sortie de votre panneau est grande. Par exemple, 200W, 285W, 330W, etc., plus les tensions et les courants seront élevés, et donc la sécurité est primordiale.