Connecter des modules solaires en série ou en parallèle ? Différences, avantages et astuces

Les performances d'un système photovoltaïque dépendent non seulement de la qualité des modules, mais également de la manière dont ils sont connectés les uns aux autres. En particulier lorsqu'il y a plusieurs zones de toit ou que les conditions d'éclairage changent, une question centrale se pose : quelle est la meilleure façon de connecter des modules solaires ? Dans cet article, vous apprendrez tout ce que vous devez savoir sur la connexion de modules solaires en série et en parallèle.

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Qu'est-ce qu'une connexion en série de modules solaires ?

Lorsque les modules solaires sont connectés en série, les pôles positif et négatif des modules sont connectés ensemble. La tension des différents modules est additionnée et le courant reste le même. Cette connexion convient aux systèmes à orientation uniforme et sans ombrage. Il permet une tension système élevée et une connexion facile à l'onduleur à l'aide d'un seul traceur MPP.

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Qu'est-ce qu'une connexion en parallèle de panneaux solaires ?

Lorsque les modules solaires sont connectés en parallèle, la tension reste la même tandis que le courant des différents modules est additionné. Cette connexion est particulièrement adaptée aux modules partiellement ombragés ou orientés différemment, car chaque module peut fonctionner indépendamment. Le rendement reste plus stable lorsqu'il est ombragé, mais le câblage est plus complexe et des onduleurs ou optimiseurs spéciaux sont nécessaires.

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Connecter des modules solaires en série ou en parallèle — aperçu des différences

Lorsqu'il est connecté en série, la tension augmente avec chaque module et le courant reste le même. Lorsqu'il est connecté en parallèle, la tension reste la même et le courant augmente. Les connexions en série conviennent aux surfaces non ombragées ; les connexions parallèles sont meilleures lorsqu'elles sont ombrées ou ont des orientations différentes. L'onduleur doit également être adapté en fonction de la connexion.

Vous trouverez ci-dessous une comparaison complète entre les connexions en série et en parallèle.

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Quand faut-il connecter les modules en série ?

Les modules solaires doivent être connectés en série lorsque tous les modules sont orientés de la même manière et ne sont pas ombragés. Cette connexion garantit une tension plus élevée tout en maintenant le même courant et est idéale pour les systèmes dotés d'un onduleur adapté. Il est particulièrement efficace dans des conditions uniformes et réduit les coûts de câblage.

Quand est-ce qu'une connexion en parallèle est préférable ?

Une connexion en parallèle est plus appropriée lorsque les modules solaires sont orientés différemment ou sont partiellement ombragés. Dans cette configuration, chaque module fonctionne indépendamment, minimisant ainsi les pertes de puissance dues à l'ombrage. La connexion en parallèle est également avantageuse pour les petits systèmes de 12 ou 24 volts à faible tension, tels que les systèmes autonomes. Cependant, cela nécessite des onduleurs ou régulateur de charge.

Connexion combinée : en série et en parallèle

La connexion hybride implique un certain nombre de connexions en série (Cordes) connectés les uns aux autres en parallèle. Un exemple typique : deux chaînes, chacune contenant cinq modules connectés en série, sont connectées en parallèle. Cette méthode combine les avantages des deux types de circuits : une tension plus élevée due à une connexion en série et un ampérage plus élevé dû à une connexion en parallèle.

Une connexion combinée est utile lorsque de nombreux modules sont installés et que différentes zones doivent être connectées de manière uniforme. Il est particulièrement adapté aux installations photovoltaïques de grande taille des maisons unifamiliales comportant plusieurs surfaces de toit présentant une orientation et un rayonnement similaires. Cette solution peut également être idéale pour les onduleurs hybrides ou les systèmes de batteries présentant des exigences de tension et de courant spécifiques.

L'interconnexion combinée nécessite un onduleur avec plusieurs MPPT afin d'optimiser séparément les deux chaînes parallèles. La tension totale des chaînes parallèles doit se situer dans la plage de tensions d'entrée autorisée. De plus, les sections de câble et les fusibles doivent être conçus pour l'augmentation du courant via la connexion en parallèle.

Comment le MPPT et les onduleurs sont-ils connectés au circuit ?

Le MPPT (Maximum Power Point Tracker) garantit que les modules solaires fonctionnent toujours à la tension et à l'ampérage optimaux. Il ajuste dynamiquement les points de fonctionnement pour optimiser les performances de chaque chaîne connectée.

Pour les connexions en série, un MPPT par chaîne est généralement suffisant, car tous les modules ont les mêmes conditions. Pour les connexions en parallèle ou les connexions hybrides avec plusieurs chaînes, il est important que l'onduleur dispose de plusieurs entrées MPPT. C'est le seul moyen d'optimiser indépendamment les groupes de modules avec différents niveaux de lumière ou d'orientation.

Une entrée MPPT mal configurée peut entraîner le fonctionnement de la chaîne entière en dessous du niveau d'un module grisé. La combinaison correcte du type de circuit, du numéro MPPT et de la conception de l'onduleur est donc déterminante pour le rendement.

Que se passe-t-il en cas d'ombrage ?

Selon le type de raccordement, l'ombrage a un effet différent sur le rendement du système solaire :

Dans le cas d'un connexion en série Un module ombré affecte la chaîne entière. Étant donné que tous les modules transportent le même courant, un maillon faible réduit les performances de tous les autres. Dans les cas extrêmes, la chaîne entière peut échouer. Les diodes de dérivation des modules font passer le courant au-delà des cellules ombrées, mais ne limitent que partiellement la perte de rendement.

Dans le cas d'un connexion parallèle Chaque module fonctionne indépendamment. Si un module est ombré, sa contribution ne fait que diminuer : les autres modules continuent à produire à pleine capacité. Cette connexion est donc plus adaptée aux toits partiellement ombragés par les arbres, les cheminées ou les lucarnes.

Les MPPT contribuent également à réduire les pertes de rendement lorsqu'ils sont ombragés. Si l'onduleur possède plusieurs MPPT, les chaînes ombrées différemment peuvent être optimisées séparément. Pour les cas plus complexes, enchérissez optimiseur de performances ou des convertisseurs modulaires pour un contrôle encore plus précis des modules individuels.

Erreurs d'interconnexion courantes

Des erreurs évitables se produisent souvent lors de la planification et de la mise en œuvre du raccordement du module, ce qui peut réduire définitivement le rendement de l'installation photovoltaïque. Les principaux écueils :

• Trop de modules connectés en série : Si la tension d'entrée maximale de l'onduleur est dépassée, en particulier par temps froid, des dommages ou des arrêts peuvent survenir.
• Modules orientés différemment dans une chaîne : Les modules ayant des inclinaisons ou des directions cardinales différentes génèrent des ampérages différents. Lorsqu'il est connecté en série, le module le plus faible ralentit toute la chaîne.
• L'ombrage partiel de la chaîne n'est pas pris en compte : Les modules ombrés réduisent considérablement les performances de l'ensemble de la chaîne. Le placement doit être planifié sans ombrage ou en utilisant la logique MPPT.
• Mélange de différents types de modules dans une seule chaîne : Les modules présentant des données de performance différentes (par exemple, puissance, tension) ne doivent pas être connectés ensemble. Sinon, ils fonctionnent de manière inefficace et génèrent des pertes de puissance.
• Absence de protection en cas de connexion en parallèle : Si plusieurs chaînes sont connectées en parallèle, des flux de retour sont possibles. Une protection à l'aide de fusibles ou de blocs anti-retour est alors absolument nécessaire.
• Numéro MPPT de l'onduleur mal planifié : S'il n'y a qu'un seul MPPT, aucune chaîne orientée différemment ne peut être optimisée indépendamment. Cela réduit le rendement global du système.
• Mauvais dimensionnement du câble : Les câbles trop fins entraînent des pertes dues à l'échauffement. Dans le cas de connexions en parallèle avec un courant plus élevé, la section doit être ajustée en conséquence.

Conseils pour planifier la connexion

Une connexion bien pensée est cruciale pour le rendement à long terme de l'installation photovoltaïque. Grâce aux conseils suivants, les erreurs typiques peuvent être évitées et le système peut être adapté de manière optimale aux conditions structurelles :

• Analysez l'ombrage dès le début : L'ombrage potentiel provenant des arbres, des cheminées ou des bâtiments voisins doit être identifié dès la phase de planification. Des outils tels qu'un scan LiDAR ou la photogrammétrie permettent d'identifier avec précision les zones critiques.
• Regroupez des modules ayant la même orientation dans une chaîne : Les circuits en série ne doivent contenir que des modules orientés et inclinés de la même manière. Cela garantit que tous les modules fonctionnent sous le même angle solaire et que la chaîne fonctionne efficacement.
• Utilisez judicieusement les entrées MPPT : Si les côtés du toit sont différents (par exemple est/ouest), les chaînes doivent chacune être connectées séparément à une entrée MPPT distincte de l'onduleur. De cette façon, chaque page peut être optimisée individuellement.
• Calculez la tension et le courant avec la réserve de température : La tension en circuit ouvert augmente lorsqu'il fait froid. Lors du raccordement en série, assurez-vous que la tension d'entrée maximale de l'onduleur n'est pas dépassée même en hiver.
• Vérifiez la compatibilité des modules et des onduleurs : La tension et le courant des chaînes connectées doivent se situer dans les plages d'entrée autorisées de l'onduleur. Les fiches techniques du fabricant facilitent la coordination.
• Ne mélangez pas les types de modules : N'utilisez que des modules identiques avec la même valeur nominale dans une chaîne. Les circuits mixtes entraînent des pertes de puissance et un comportement inégal lorsqu'ils sont exposés à la lumière.
• N'oubliez pas les fusibles lorsqu'ils sont connectés en parallèle : Les chaînes parallèles peuvent générer des reflux. Chaque corde doit donc être sécurisée pour éviter tout incendie ou tout dommage matériel.
• Ajustez la taille du câble : Un courant plus élevé provenant de connexions parallèles nécessite des lignes plus épaisses. Planifiez les sections des câbles de manière à minimiser les pertes de tension et à éviter les charges thermiques.

Est-il possible de combiner différents modules ?

Dans la mesure du possible, les différents modules solaires ne doivent pas être combinés, car ils ont des propriétés électriques différentes. Dans un circuit en série, le module le plus faible limite les performances de tous les autres. Dans un circuit parallèle, les fluctuations de tension peuvent entraîner une perte d'efficacité. Une combinaison n'est utile qu'avec des optimiseurs de performances spéciaux ou des chaînes séparées sur des MPPT distincts.

Les chaînes peuvent-elles être étendues ultérieurement ?

Les chaînes peuvent être étendues ultérieurement si la tension et le courant restent dans les limites de l'onduleur. Les nouveaux modules doivent être identiques aux modules existants ou connectés séparément à un MPPT distinct. Les modifications doivent être soigneusement planifiées et testées électriquement, car des extensions incorrectes peuvent affecter les performances de l'ensemble du système.

Conclusion : série ou parallèle, quel est le meilleur ?

Le choix d'une connexion en série ou en parallèle dépend des conditions du site. Si vous souhaitez obtenir des rendements élevés, vous devez adapter la connexion spécifiquement à l'emplacement des modules, à l'onduleur et à l'autoconsommation, idéalement avec l'aide d'entreprises spécialisées ou d'outils de planification.

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