ESSAIS SYSTÈMES Système autonome installation solaire ELEMENT DE CORRECTION

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1 I. Préliminaire - Que signifie par le terme «Photovoltaïque» Photo de photon (énergie lumineuse) et voltaïque de volt (tension électrique). Si le matériau est semi conducteur, alors une partie de l énergie lumineuse absorbée est convertie en électricité. Les photons transmettent leur énergie aux électrons afin qu ils se libèrent de l atome (passage de la bande de valence à celle de conduction) et puissent circuler. L énergie E g minimale à fournir pour libérer les électrons du matériau est moins importante pour le silicium cristallin que pour le silicium amorphe : Cristallin : sa largeur de bande interdite (gap) est légèrement trop faible pour le spectre solaire et le caractère indirect des transitions en raison de sa structure atomique donnent un faible coefficient de transmission nécessitant par conséquent une forte épaisseur de matériau pour absorber tout le spectre. - Quels types de cellules solaires distingue-t-on? Indiquez le rendement correspondant à chacune d elles. 3 grandes familles de silicium : - monocristalin ( 18 %) - Polycristalin (15%) - Couche mince, Amorphe ( 7%) L amorphe répond mieux dans le bleu (faibles longueurs d onde) : éclairages artificiels, zone ombragé. Le cristallin est plus performant dans le rouge et le proche IR ( nm) : extérieurs, tres sensible a la température - Définir ce qu on appelle «Albedo»? Le coefficient de réflexion des rayons du soleil sur le sol - Quelles sont les conséquences de l ombrage ou de l obscurcissement partiel d un panneau solaire? Chute de la production, notamment le courant baisse énormément, création de pont chaud et de surtension sur les cellules restées au soleil. - Quelle est, en Europe centrale, l inclinaison qui permet d avoir le meilleur rendement annuel? Inclinaison de 33 à 37 1

2 En utilisant la fiche constructeur du panneau KD135GH 2PU, déterminé : - Le nombre de cellule constituant le panneau. : 36 cellules - Quelle est la valeur de la tension d un panneau pour le point puissance maximale (MPP Maximum Power Point)? 17,7 V - Ce qu on appelle «Diode Bypass»? Rôle, schéma, etc..? Ce sont des diodes en anti parallèle servant a protéger le reste de l installation en cas d ombrage partiel - Vérifiez la valeur de la puissance maximale indiquée sur la fiche signalétique : 135 W - Qu entend- on par «Conditions de test standard» (STC)? Une irradiation de 1000W/m², une masse d air AM de 1,5 et une température de 25 C - En considérant que la puissance du rayonnement solaire est de 1000W/m2 et que cela correspond à un éclairement de 130 klux. Calculer le coefficient qui permet de calculer approximativement la puissance du rayonnement en fonction de l éclairement W/m²= 1000 * lux / puissance lumineuse = 0,0077 l éclairement - Quelle est la valeur de la puissance maximal a 800W/m 2 avec une température de 40 C Facteur de température :-0,46 %/K d ou P = 97 *( 1-0,0046*(40-20)) P = 88 W 2

3 - Sachant que la batterie a une tension de 24 V Les 2 panneaux sont ils monté en série ou en parallèle? En série sinon on n atteindrait jamais la tension de la batterie II. Les besoins énergétiques de l installation en travaux pratiques Remplir le tableau «cout energetique» Energie en W.mn = puissance (W) * temps( secondes)/60 Energie en W.h = Energie en W.mn/60 Nb de cycle= (durée TP temps d arrêt)/ temps total hors arrêt Total énergie = Energie hors arret*nb de cycle+energie arrêt+ énergie compresseur*durée TP Puissance moyenne (W) = Energie (W.h) / durée (h) Courant max = courant compresseur + courant phase 1(max des 6 phases) Courant moyen(a) = puissance moyenne (W)/ 230 (v) on considère cosφ=1 3

4 CALCUL BTS Etampes : North III. Dimensionnement solaire A votre disposition pour cette partie, les formules dans le fichier ressource Est Pour une inclinaison de 45 orienté plein sud sans masque avec un Albedo de 0.2 et une autonomie de 5 jours Les panneaux : Puissance champs photovoltaïque (Wc) = 251*0,785/(0,8*0,9*2,16) = 127 Wc Les Batteries : C=251*5/(0,8*12*0,8)= 164 Ah L onduleur Puissance = charge/(rendement*nb d heure de fonctionnement) P > 251/(0,8*4) P > 78 W Charge Onduleur Batterie régulateur Panneau Courant (A) 0,27 tension 12 Besoin I 5,02 Besoin corrigé 349 tension (V) 230 tension 230 Capacité(Ah) 164 Puiss. Crête 127 Puissance (W) 63 puissance >78W nb jour auton 5 Heure ensoleil max 10,45 Prof. Décharg 80% efficacité 90% Inclinaison 0,785 BesoinWh/j 251 IGH (kwh/m²) 2,16 Avec CALSOL Effonduleur*Effregulateur 4

5 CALSOL BTS En considerant qu Etampes est située entre ces 2 ville, On fait la moyenne des 2 resultats, Charge Batterie Panneau Courant (A) 0,27 tension 12 tension (V) 230 Capacité(Ah) 145 Puiss. Crête 173 Puissance (W) 63 nb jour auton 5 Heure ensoleil max BesoinWh/j 251 Avec PVsys : Choisir la ville Paris Montsouris 5

6 TARIF CHOIX PVSYS BTS Charge Onduleur Batterie Panneau Courant (A) 0,27 tension tension (V) 230 tension Capacité(Ah) 116 Puiss. Crête 161 Puissance (W) 63 puissance nb jour auton 5 Heure ensoleil max BesoinWh/j 251 IV. Choix du materiel Q5 : Avec les documents et tarifs fournis, compléter la section CHOIX (les marques sont imposées) Des résultats précédents, on choisie en fonction des calculs le plus défavorables : Marque Victron Ener Marque Victron Ener Marque Phocos Marque KYOCERA Modèle 12/180 Phoe Modèle GEL Modèle CML10-2 Modèle KC180GX Puissance 175W Référence BAT Puissance crête 180 Tension (V) 12V Tension (V) 12 courant nom (A) 7,63 efficacité 87% Capacité (Ah) 200 tension 23,6 Poids (kg) 66 autre polycristal nombre 1 DEVIS = 1490 TVA 19,6% 292,04 PRIX 1782 HT TTC L installation fournie par FESTO (facturée 5288 TTC), comprend : Panneaux (2) 135 Wc Régulateur CML 15-2 Batteries (2) 12V 100Ah Deep Cycle AGM Onduleur Phoenix 24/750 Q7 : Commenter les choix retenus par la société FESTO. Indiquer les caractéristiques maximales de la charge en sortie.. Le matériel n'est pas choisit pour le système Recycl'H2O mais une pour charge quelconque (750VA) dans ce cas : mauvais choix de Batteries, V. Vérification de performances de l installation mise à disposition : Q8 : Installer une résistance de charge d une puissance de 600W (calculer au préalable, la résistance ainsi que son courant nominal) en sortie de l onduleur. Puissance total charge : 4 kw on veut 600 W d ou 0,6/4 =0,15 charge réglée a 15% Tension théorique 230 V Courant efficace théorique I= P/U I= 2,6 A R = 88 Ω Q9 et Q10 : Installation en fonctionnement, mesurer les tension/courant dans les différents éléments essentiels de l installation (panneaux, ). Effectuer les mêmes mesures onduleur à vide. On place un voltmètre aux bornes de la charge (AC) et des panneaux (DC), une pince amperemetrique pour relevé le courant sortant des panneaux ( DC) et une pince ampèremétrique (conversion 100mV/A) relier a l oscilloscope (régler avec une sonde de 10, pour avoir une conversion 1V=1A) pour vérifier la sortie de l onduleur 6

7 Le courant est bien de forme sinusoïdale et de fréquence 50 Hz ( 49,9) Un courant efficace de 2,88 A (2,6 calculé) Une tension de 228,5 V (théorie 230) On en déduit que la charge fait un peu plus de 600W (658) mais on reste inferieur au 750 W inscrit sur l onduleur Calcul courant théorique a l entrée de l onduleur : 658/(24 0,93)= 29,5 A A l entrée de l onduleur on mesure 30,1 A On en déduit que les batteries fournissent 27,6 A ( I onduleur - I panneaux ) La différence provient du rendement de l onduleur qui n est pas de 0,93 comme l annonce le constructeur, nous ne sommes pas au même point de fonctionnement. Pour les panneaux En charge 24,8 V 2,5A A vide 26,3 V 2,6 A On note la baisse de tension lorsque l onduleur fonctionne, la tension du panneaux devient alors dépendant de la tension de la batterie ( ils fonctionnent en parallèle, c est la batterie qui impose la tension 24 V)) Si on supprime la charge, la tension aux bornes de l onduleur est nulle, on en déduit que pour fonctionner l onduleur a besoin d être charger (il doit fournir un courant) Q11 : Selon les conditions d ensoleillement, mesurer l influence sur la tension et le courant en sortie des panneaux ; modifier l inclinaison, l orientation et l ombrage Remarque : l onduleur étant éteint, les panneaux ne sont chargés que par la batterie orientation Tension (V) Courant (A) fonctionnement Sud 26,3 2, lux 15 C sud 26,2 0,1 Ombre partiel lux 16 C sud 26,3 1,7 nuageux lux 16,2 C est 26,4 1, lux 12 C La tension est peut sensible a l éclairement et a l orientation, par contre le courant baisse fortement avec l orientation et devient très faible si le panneau est a l ombre On note aussi aucune différence ente l ombre partiel et l ombre totale, ce sont les cellules a l ombre qui impose le courant a l ensemble (les panneaux sont en série) 7

8 la météo n étant pas favorable, Nous n avons pas put tester l influence de la température sur la tension, Théoriquement la température a peut d influence sur le courant (légère augmentation) mais entraine une grosse chute de tension quand elle augmente. Q12 : Expliquer avec des schémas le sens de l énergie. A vide en charge A vide, les panneaux fournissent de l énergie à la batterie seule. En charge les panneaux fournissent de l énergie à l onduleur avec la batterie 8

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