LOGICIEL PV-SYST Dimensionnement d installations photovoltaïques

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1 LOGICIEL PV-SYST Dimensionnement d installations photovoltaïques Institut d Energie et systèmes Electriques (IESE) de la Haute Ecole d ingénierie et de Gestion du canton de Vaud (HEIG-VD) Jean-François Affolter Février

2 Informations et déroulement du cours Fiche d évaluation (recto-verso) Documentation > classeur Programme du cours N hésitez pas de poser vos question à tout moment! IBPSA Pause café 2 2

3 Remerciement à nos partenaires Fenêtres performantes Maisons à basse consommation d énergie Comfosystems Aération double flux Leading-partenaire pour la formation MINERGIE 3 3

4 Organisation et objectifs du cours PVSYST Organisation : Rappels sur le solaire photovoltaïque Estimation «manuelle» d une production Logiciel PVSYST Démonstration des fonctionnalités Exercices pratiques par les participants Visite de l installation solaire HEIG-VD Objectifs : Connaitre les fonctionnalités principales de PVsyst Connaitre les données contenues dans PVsyst Savoir utiliser le logiciel pour une étude «standard» Site isolé Site connecté au réseau Aspects techniques et financiers Forme : Alternances de démonstrations et de pratique par les participants sur des études de cas 4 4

5 Rappels théoriques sur le solaire photovoltaïque Lien sur le cours HEIG-VD (BSc) 5 5

6 Logiciel PVSYST: Auteurs, licences PVSYST, version 4.33, octobre 2008 : Logiciel pour l étude et le dimensionnement des systèmes photovoltaïque: Îlotés, connectés au réseau, pompage, connectés sur réseau DC (transports publics) Auteur : Dr. André MERMOUD Université de Genève, Groupe Energie (CUEPE) web : Licences : Peut être téléchargé gratuitement: fonctionne en mode démo (complet) 10 jours puis seulement en version démo, limitée Pour un fonctionnement complet s adresser au CUEPE (voir site web), frais de licence : Full license (Preliminary design, Project design, Tools) Full license for additional machines Full license for educational purpose Full license, update from the version 3.xx Update from the version 3.xx, additional machines 900 CHF 150 CHF 150 CHF/machine 750 CHF 25 CHF/machine 6 6

7 Contenu du logiciel Le menu «tools» (outils) est utile pour Introduire un nouveau site géographique «jouer» avec certains paramètres (p.ex disposition des sheds) Base de donnée des produits courants et leurs caractéristiques Les menus : «Preliminary design», étude préliminaire; permet un prédimensionnement approximatif, mais rapide «Project design», projet complet et détaillé 7 7

8 Principe du dimensionnement avec PVSYST Organigramme Quelques conseils Dans les menus, cliquer sur les explications ou F1 pour l aide et Bien définir le titre et les variantes qui seront réalisées. Préparer une base facilement modifiable pour les variantes L orientation devra être reprise dans l ombrage; noter l essentiel Dans un premier temps, sauter le menu «ombrage détaillé» et introduire le système PV noter le nombre, la disposition et la taille des panneaux puis, le système défini, revenir dans «ombrages» (si nécessaire) où les renseignements notés précédemment seront utiles Simuler, sauver la variante et enregistrer les résultats (fichier pdf) 8 8

9 Démonstrations Notes personnelles: 9 9

10 Démonstrations Notes personnelles: 10 10

11 Introduction d un site géographique Si la base de donnée ne contient pas un site à proximité de l endroit étudié, il peut être souhaitable d introduire un nouveau site: Menu «tools» -> «geographic site» Trouver les coordonnées de l endroit (GPS, ou taper le nom de la ville dans Wikipedia): Trouver les données météo; irradiation, températures, (p.ex site EU): Choisissez "Irradiation solaire" Cochez la case "Représenter graphiquement les valeurs mensuelles" Rentrez les données de Latitude et de longitude Transformer dans les unités souhaitées par PVSYST Pour le vent, p.ex. Sauver les données 11 11

12 Quelques conseils Choix de l inclinaison et de l écartement des panneaux PV sur toit plat : L inclinaison idéale pour la Suisse (env ) n est pas forcément la plus avantageuse sur un toit plat, en raison de l ombrage mutuel des sheds Une inclinaison plus faible (~15 ) permet de mettre plus de panneaux, donc plus de production Le rendement des panneaux diminue un peu, il faut vérifier dans l aspect économique que le coût de production ne soit pas prétérité de manière trop importante La neige peut moins bien s évacuer; toutefois comme l énergie produite l hiver est faible, la perte annuelle dû à ce phénomène reste modeste Une telle perte supplémentaire peut-être introduite dans le menu System -> array losses -> Soiling loss (cocher «valeurs mensuelles») Eviter la configuration complètement horizontale (pour panneaux pas prévus pour) en raison de l évacuation de l eau, autonettoyage Formule basée empirique 1 : Limiter θ à max. 18 degrés sin( 180 β P = L sin θ θ ) 1 Pacer 1996 : Centrales PV, guide pour le dimensionnement et la réalisation de projets 12 12

13 Quelques conseils (2) Messages d erreur: Un message en rouge vous indique une condition critique, le calcul ne peut s effectuer correctement Un message orange est un avertissement; analysez la situation et corrigez si nécessaire Par exemple, ci-dessous messages possibles pour le choix de l onduleur : The Array MPP operating Voltage is lower than the Inverter Minimum Operating Voltage : L'onduleur n a pas assez de tension, mettre plus de panneaux par string ou changer d onduleur The Inverter power is slightly oversized : L'onduleur est légèrement sur-dimensionné ; il ne fonctionnera pas de manière optimum, surtout à faible ensoleillement; il est conseillé de changer d onduleur The Inverter power is strongly oversized : L'onduleur est largement sur-dimensionné, conséquence idem ci-dessus et financièrement inacceptable; il est nécessaire de changer d onduleur The Inverter power is slightly undersize : L'onduleur est légèrement sous-dimensionné; condition tout à fait acceptable (sous nos latitudes!). En effet, le calcul de l onduleur se fait par rapport à la puissance crête maximum des panneaux, valeur qui sera rarement atteinte ou pendant une durée limitée The Inverter power is strongly undersize : L'onduleur est largement sous-dimensionné, techniquement inacceptable; il est nécessaire de changer d onduleur The Array MPP operating Voltage is greater than the Inverter Minimum Operating Voltage : Il y a trop de tension sur l'onduleur; réduire le nombre de panneaux par string ou changer d onduleur 13 13

14 Quelques conseils (3) Menu ««near shading» (ombrage proche): La configuration et la surface des panneaux doit être identique au valeurs indiquées sous «orientation» et «system» Les options font les nuances suivantes: No shading: sans ombrages (pas besoin de compléter le reste!) Linear shading: prends en compte la surface ombrée ± proportionnellement. A utiliser avec des panneaux amorphes, couches minces Module string shading: tient compte des réactions des cellules composant les panneaux, ainsi que celle des panneaux ombrés dans les strings. Cette option nécessite de partitionner les surfaces définies comme «PV plane» (surfaces PV) au moyen de l outil ad hoc: Lors de la construction, dessiner et représenter d abord la scène dans les axes proposés; puis orienter le tout à la fin Il peut être utile de sauver la scène, pour reprise lors d autres études, similaires A la sortie de la construction, calculer les tables avec les facteurs d ombrages résultants 14 14

15 Lexique PVSYST (solaire) courant (sinon: F1 ou?) Albédo: Coefficient de réflexion du sol Angle d'incidence: Angle entre les rayons du soleil et la normale au plan de capteurs Azimut: orientation d'un champ de capteurs par rapport au sud, compté négativement vers l'est (sens antitrigonométrique dans l'hémisphère nord, trigonométrique dans l'hémisphère sud) Charge utilisateur: demande (besoins) d'énergie électrique de la part de l'utilisateur du système PV Champ PV: ensemble des panneaux connectés à une seule entrée d'onduleur. Dans PVSYST, un système peut comporter plusieurs champs identiques. Ensemble des paramètres nécessaires à la détermination de l'énergie électrique fournie aux bornes du(des) champ(s) PV Direct normal: composante directe du rayonnement dans le plan perpendiculaire aux rayons du soleil Distance climatique: somme quadratique de la distance entre deux sites, et leur différence d'altitude affectée d'un poids de 100 DOD : Profondeur de décharge d'une batterie ("Depth of Discharge") Energie Incidente: énergie lumineuse disponible dans le plan des capteurs 15 15

16 Lexique PVSYST (solaire) courant (sinon: F1 ou?) Facteur de pertes thermiques: facteur de pertes, exprimé en W/m 2, caractéristique du champ, dépend du type de montage des panneaux Facteur d'incidence: Atténuation du rayonnement transmis à la cellule selon l'angle d'incidence (lois de réflexions et transmissions de Fresnel) Facteur d'ombrage: Fraction illuminée de la surface du champ PV; c'est le complément des "pertes d'ombrage" Facteur d'ombrage sur le diffus: intégrale du facteur d'ombrage sur la portion de sphère "vue" par les capteurs; elle est constante au cours de l'année IAM, pour "Incidence Angle Modifier": voir facteur d'incidence Inclinaison: Inclinaison d'un champ de capteurs par rapport à l'horizontale Indice de performance: Pourcentage d énergie récupérée, par rapport aux conditions «parfaites» STC LOL : Etat du système lorsque la batterie ne peut plus fournir les besoins de l'utilisateur («Loss Of Load») Mismatch : voir pertes d'adaptation NOCT: "Nominal Operating Collector Temperature": température capteurs sous 800 W/m 2, T=20 C, Vent= 1 m/s, circuit ouvert 16 16

17 Lexique PVSYST (solaire) courant (sinon: F1 ou?) Ombrages lointains: Ombrage suffisamment lointain pour que l'ombre se manifeste sur tout le champ quasiment simultanément (effet d'horizon) Ombrages proches: Effets d'obstacles proches, portant des ombres partielles sur un champ PV Onduleur: Appareil électronique de conditionnement de puissance, pour transformer le courant continu (champ PV, batterie) en courant alternatif. Les onduleurs pour la connexion au réseau pilotent en général la recherche du point de puissance maximum du champ PV Pertes d'adaptation: Facteur de pertes dû à la dispersion des caractéristiques des panneaux dans un champ Pertes d'ombrage: Fraction ombrée de la surface de champ PV; c'est le complément du "facteur d'ombrage" Projet: ensemble de paramètres de base (météo, site géographique), qui reste sousjacent durant le fonctionnement du logiciel Résistance de câblage: Résistance globale des câbles de connexion, "vue" de l'onduleur SOC : état de charge d'une batterie («State of Charge») STC : (Standard Test Conditions), conditions normalisées, 1000 W/m 2, 25 C, AM 1,5 Système PV: Paramètres de définition de la configuration générale du système PV (conditionnement de puissance, stockage batterie, régulation, gestion de l'énergie, appoints éventuels) 17 17

18 Etude de cas 1 Etude No 1 : Villa familiale En moyenne, un ménage suisse consomme environ 5'200 kwh e /an, à un coût de 25 ct/kwh. Quelle surface de panneaux solaire doit installer ce ménage sur son toit, si il souhaite compenser la moitié de sa consommation électrique? Quelle puissance faut-il prévoir pour l onduleur? Quel sera le rapport kwh/kw c? Quel investissement cela représente t il si le solaire PV «petite installation» est de environ 12'000 fr/kw c? (tout compris) Quel est le coût de ce kwh solairepv si l installation doit être amortie sur 20 ans? Quel serait le coût moyen du kwh de ce ménage dans ces conditions? Que deviendrait sa facture annuelle? Qu en sera-t-il des points précédents si d ici environ 15 ans le coût de solaire photovoltaïque diminue de moitié et son rendement double? Effectuer d abord une estimation «manuelle», puis un calcul sur PVSYST. La maison et sa forme de votre choix. Variantes avec logiciel : tester différentes orientations de la maison, avec ou sans ombrages (cheminées, arbres ) 18 18

19 Etude de cas 2 Etude No 2 : Surface commerciale Vous disposez d un toit plat sur une surface commerciale à Genève, dont la surface est de 100 m 2. Simuler différents arrangements de panneaux sur le toit et examinez l influence sur la quantité d énergie produite ainsi que le coût de production. Déterminez une installation proche de l optimum. Jouer avec les paramètres suivants : angle entre 10 et 50 degrés écartement des panneaux (fonction de l angle) type de panneaux Avec ou sans ombrages (antenne Tcom, arbre, horizon, bâtiment..) 19 19

20 Etude de cas 3 Etude No 3 : Site isolé Une cabane de montagne, à proximité de Sion, souhaite alimenter les consommateurs suivants au moyen d un système PV : 10 ampoules économiques Deux frigos Une radio Un ordinateur portable Divers chargeurs (téléphones etc.) Pour des raisons de protection des panneaux pendant l hiver, ceux-ci doivent être installés contre la façade, à l abri d un avant-toit, avec un angle de 65 degrés (il seront toutefois placés assez bas pour ne pas être à l ombre!). La façade est dirigée plein sud. Dimensionner le système pour assurer une autonomie même lorsque les conditions météo provoquent 3 jours sans soleil