Dépanner les systèmes photovoltaïques : trois problèmes typiques

04-29-2011 | HVAC

With the push to energy independence and renewable energy sources, HVAC technicians need to know how to troubleshoot photovoltaic systems

Ce conduit électrique relie un certain nombre de réseaux de cellules photovoltaïques.

Par Ron Auvil

À cause de la situation et des problèmes énergétiques de ces dernières années, un effort conséquent a été fait pour augmenter la part d'énergie issue des énergies renouvelables. Les politiques gouvernementales de divers pays réclament une utilisation plus importante de l'énergie solaire. Un technicien HVAC qui entretient d'autres équipements dans un bâtiment peut être amené à rencontrer des systèmes à énergie solaire. Comme les concepts et les arrangements propres à ces systèmes sont nouveaux pour les techniciens HVAC, il est temps de faire un court aperçu des systèmes et des composants.

Les systèmes photovoltaïques convertissent le soleil (photo) en puissance électrique (voltaïque). Le soleil, qui touche le matériau semi-conducteur dans les cellules individuelles, fait bouger les électrons dans un câble. L'électricité générée par les systèmes photovoltaïques peut être utilisée pour faire fonctionner un éventail d'équipements, allant des appareils électroménagers à un équipement de production commerciale.

Il existe un grand nombre de variables dans un système photovoltaïque (PV), mais généralement, le panneau PV est installé sur un toit orienté autant que possible vers le sud. Les obstacles entre le soleil et le panneau doivent être évités. Veuillez noter qu'en hiver, le panneau générera moins d'électricité qu'en été, à cause des jours plus courts. La puissance maximum est générée à midi plutôt que le matin ou le soir.

Certaines installations PV fournissent un affichage en temps réel sur ordinateur qui indique la quantité d'énergie produite par le panneau PV, l'argent économisé et la quantité d'énergie fossile non consommée. Il est bon de constater que ces installations ouvrent de plus en plus la voie à l'indépendance énergétique et réduisent les quantités de polluants libérés dans l'atmosphère !

L'électricité générée par un système PV peut être utilisée immédiatement par cette installation, être stockée ou être revendue au fournisseur d'électricité local.

Il est naturel que les installations ayant mis en place des systèmes PV attendent des techniciens HVAC qu'ils en connaissent au moins les bases. Comme ces systèmes sont de plus en plus courants, nous pouvons être amenés à réaliser des dépannages de base sur ces équipements.

Composants d'un système PV

Les systèmes PV sont constitués des composants généraux suivants :

Des cellules individuelles. Une cellule individuelle est une petite partie d'un système PV. Une cellule consiste en un matériau semi-conducteur, une structure de support et un matériau transparent qui permet au soleil de toucher le matériau semi-conducteur. La cellule doit être physiquement résistante, car elle est exposée aux intempéries. Le matériau transparent qui recouvre la cellule doit également être résistant aux taches et encrassements. Chaque cellule individuelle produit seulement quelques watts d'électricité.

Modules et panneaux. Un module est un ensemble de cellules connectées ensemble côte à côte. Les modules peuvent être en série ou parallèles, selon la tension et le courant désirés. Comme chaque cellule individuelle ne produit qu'une petite quantité d'électricité, il faut joindre de grandes quantités de cellules pour obtenir des quantités significatives d'électricité. Comme vous pouvez l'imaginer, ces modules peuvent devenir très grands et sont limités par la taille du toit dédié à leur usage. Les modules raccordés entre eux s'appellent alors des panneaux. Un câblage connecte les cellules individuelles pour former ces panneaux. Les panneaux sont alors connectés ensemble à un point central.

Concentrateurs et multiplexeurs.Un concentrateur ou un multiplexeur est le point de câblage central pour les cellules et les modules. Il représente la puissance de sortie totale de l'intégralité du panneau solaire. Bien que la puissance de sortie de chaque cellule soit réduite, lorsque plusieurs modules sont connectés, on obtient un courant de plusieurs ampères. Le comptage et le conditionnement de l'électricité peuvent également avoir lieu dans le concentrateur. Le concentrateur est alors connecté à un stockage électrique ou à un onduleur. Le stockage peut consister en un grand nombre de batteries.

Onduleurs. L'électricité produite par un système PV est DC. La grande majorité des charges d'un bâtiment sont AC. Un onduleur sert à convertir le courant DC créé par les modules en courant AC utilisable. La sortie de l'onduleur peut également être connectée au fournisseur pour que le surplus d'électricité inutilisée soit renvoyé sur le réseau et acheté par le fournisseur pour alimenter d'autres clients. Les équipements de comptage et de surveillance du courant sont également installés à cet endroit.

Étant donné qu'un système PV ne se compose que de peu d'éléments, seules peu de choses pourront être amenées à mal fonctionner. Comme nous venons de le voir, les composants principaux sont les cellules, les modules, les panneaux, les concentrateurs/multiplexeurs et les onduleurs. Le système PV du bâtiment peut fournir de l'électricité aux équipements HVAC ou affecter la qualité du courant du bâtiment. Cela signifie que les techniciens HVAC ont besoin de compétences de base en matière de dépannage. (Après tout, ne sommes-nous pas censés savoir réparer tout ce qui se trouve sur le toit ?)

Trois situations typiques de dépannage PV

Un technicien attache la sonde de courant souple iFlex™ à son multimètre 381 et se prépare à dépanner un système photovoltaïque.

Dans l'exemple ci-dessous, la personne faisant le dépannage tire profit des fonctionnalités de la nouvelle pince multimètre à affichage distant TRMS Fluke 381 avec iFlex™. Vous pouvez utiliser une pince multimètre TRMS AC/DC avec mesure de tension pour la majeure partie du travail, mais nous avons utilisé le Fluke 381 pour sa fonctionnalité sans fil (transport et affichage distant) et pour la sonde de courant souple iFlex™. La sonde iFlex™ est absolument essentielle pour dépanner les problèmes de systèmes photovoltaïques. Comme un nombre important de fils connectent chaque module et panneau au concentrateur, les boîtes de raccordement sont encombrées par des fils individuels. La sonde iFlex™ facilite grandement la mesure des fils de modules individuels, ce qui fait gagner du temps et de la précision.

Dépannage du problème n° 1 : Cellule/Module/Panneau

Comme pour tout dépannage, essayez d'obtenir le plus d'informations possible de votre client. Essayez de savoir quand le problème est apparu et quand le système PV a fonctionné correctement pour la dernière fois. Récupérez autant d'informations que possible, comme des tirages, des plans et des diagrammes de câblage.

Pour bien commencer, vérifiez la puissance de sortie du système sur le système de comptage ou au niveau de l'onduleur. Avant de monter sur le toit, vérifiez et enregistrez la tension d'entrée de l'onduleur et le niveau de courant du panneau. Si tout le système PV ne fonctionne pas et ne produit pas d'électricité, il s'agit peut-être d'un problème d'onduleur. Si le système PV fonctionne avec une tension de sortie réduite, le problème peut venir d'un module ou d'un panneau. Vous devrez vérifier les fils individuels à partir du concentrateur. Je le répète, la sonde iFlex™ facilite beaucoup cette tâche.

Pour mesurer la puissance actuelle d'une cellule photovoltaïque, le technicien dispose la sonde de courant souple iFlex™ 381 autour du conducteur.

Lorsque vous êtes sur le toit, observez l'ensemble du système pour vérifier la présence de dommages évidents. Rappelez-vous également que quelqu'un a peut-être déconnecté un câble accidentellement en entretenant un autre dispositif sur le toit. Une fois que vous avez trouvé le module ou panneau qui ne produit pas d'électricité, vérifiez tous les fils, commutateurs, fusibles et disjoncteurs. Remplacez les fusibles grillés et réinitialisez les disjoncteurs et les commutateurs. N'oubliez pas que comme le système PV se trouve sur le toit, il a pu être affecté par la foudre ou une surtension. Comme une grande quantité de câblage est présente, vérifiez les fils endommagés et les connexions desserrées ou sales. Remplacez et nettoyez si nécessaire. Soyez particulièrement vigilant pour les serre-fils qui connectent les modules entre eux. Ils peuvent s'être desserrés et avoir causé une absence de contact.

Les concentrateurs sont un bon emplacement pour dépanner le système, car ils regroupent tous les fils individuels des modules. Chaque module possède un fusible qui doit être vérifié avec la pince multimètre 381.

Les problèmes de câblages et les connexions desserrées peuvent également provoquer une tension trop basse sur un module en particulier. Il faut encore une fois vérifier toutes les connexions. Si la puissance d'un module particulier est basse, cela peut vouloir dire qu'une section de cellule individuelle est endommagée. Recherchez ces cellules défectueuses à l'aide de la pince multimètre 381 dans les boîtiers de raccordement.

De la saleté sur les modules ou des modules à l'ombre peuvent causer une puissance réduite. Bien que les modules soient conçus pour être sans entretien pendant des années, ils peuvent avoir besoin d'un nettoyage. Le pollen peut être un problème dans certaines régions. Vérifiez le système avec la pince multimètre 381 dès que des connexions sont faites.

Dépannage du problème n° 2 : Charge

N'oubliez pas que le système PV est utilisé pour alimenter des charges électriques dans le bâtiment. Tout problème avec les charges affectera également le système. La première étape consiste à vérifier les commutateurs, les fusibles et les disjoncteurs des charges, à l'aide de la pince multimètre 381. Vérifiez que la tension adaptée est présente à la connexion à la charge. Ensuite, utilisez la pince 381 pour vérifier les fusibles et les disjoncteurs. Si des fusibles ont grillé ou si des disjoncteurs ont été déclenchés, localisez la cause et réparez ou remplacez le composant défectueux. Si la charge est un moteur, un disjoncteur thermique interne peut s'être déclenché ou il y a peut-être un enroulement ouvert dans le moteur. Pour procéder aux tests, branchez une autre charge et regardez si elle fonctionne correctement.

Comme pour tout système électrique, vérifiez les câbles endommagés et les connexions desserrées. Nettoyez toutes les connexions sales et remplacez tous les câbles défectueux. Hors tension, vérifiez et réparez les défauts de mise à la terre. Si les fusibles sautent ou les disjoncteurs se déclenchent à nouveau, il y a un problème de court-circuit qui doit être localisé et réparé.

Si la charge ne fonctionne toujours pas correctement, utilisez la pince multimètre 381 pour vérifier la tension au niveau de la connexion de la charge. Le calibre du câble peut être trop petit et doit être augmenté. Il est également possible que la longueur de câble jusqu'à la charge soit trop importante. Une tension basse au niveau de la charge vous l'indiquera, le cas échéant. Dans ce cas, vous pouvez réduire la charge sur le circuit ou installer un câble plus grand.

Dépannage du problème n° 3 : Onduleur

Beaucoup de techniciens travaillent tous les jours avec des variateurs de vitesse. Nous sommes donc habitués à vérifier la puissance AC et DC. L'onduleur d'un système PV peut également tomber en panne et générer des problèmes. L'onduleur convertit le courant DC du système PV et courant AC pour l'utilisation dans le bâtiment. Si l'onduleur ne produit pas la bonne puissance, utilisez d'abord le voltmètre et l'ampèremètre DC de la pince multimètre 381 pour vérifier et enregistrer la tension d'entrée DC et le niveau de courant de fonctionnement de l'onduleur. Sur le côté AC, utilisez la pince multimètre 381 pour vérifier la tension de sortie et les niveaux de courants de l'onduleur. Comme mentionné précédemment, la plupart des systèmes sont équipés d'un écran indiquant les performances de l'onduleur et du système. N'oubliez pas que la pince multimètre 381 fournit une mesure TRMS, vous pouvez utiliser la tension et le courant pour mesurer et enregistrer la puissance en kilowatts (kW). Si possible, utilisez l'écran de l'onduleur pour connaître les kilowatts-heures totaux actuels (kWh). Vous pouvez noter cette valeur et la comparer à celle enregistrée lors de la précédente inspection.

Si l'onduleur ne produit pas la bonne quantité d'électricité, il peut y avoir différents problèmes, qui sont tous facilement contrôlables avec la pince multimètre 281 :

  • un fusible grillé,
  • un disjoncteur déclenché,
  • des câbles endommagés.

Utilisez également la pince multimètre 381 pour mesurer la sortie AC de l'onduleur, car la charge sur l'onduleur pourrait avoir une demande actuelle trop élevée. Vous avez alors le choix entre réduire les charges ou installer un onduleur plus important.

Hors tension, vérifiez et réparez les défauts de mise à la terre avant de redémarrer l'onduleur.

Rappelez-vous que l'onduleur peut être lié au fournisseur local. La sortie de courant AC de l'onduleur varie avec le niveau d'apport solaire sur le panneau. L'onduleur maintient la tension de sortie correcte et synchronise avec le fournisseur. Des problèmes de tension dus au fournisseur peuvent causer une panne de l'onduleur. Dans ce cas, contactez le fournisseur pour des réparations.