Aspects techniques et pratiques du dimensionnement d une installation photovoltaïque hors-réseau

Transcription

1 8 décembre /5 Aspects techniques et pratiques du dimensionnement d une installation photovoltaïque hors-réseau Guerrino BARP - Bon jour sourire asbl Calcul d un système solaire photovoltaïque avec stockage par batterie A/ Quelle peut être la production d un panneau? Les panneaux solaires, vu leur rendement qui se situe actuellement en moyenne entre 12 et 15%, ont une capacité nominale d environ 125 Wc par mètre carré. Wc = watt crête qui exprime la capacité d un panneau exposé en plein soleil. Si le temps est nuageux, la puissance est alors inférieure à la capacité nominale. En Belgique, nous disposons de + / heures de plein soleil par an avec un ensoleillement moyen variable en fonction des saisons : - au printemps et en été, il y a environ 3 à 4 heures de plein soleil par jour ; - en hiver et en automne il y a encore 0,5 à 2 heures de soleil par jour ; - cela est bien sur variable en fonction du type de journée : ensoleillée ou nuageuse ; cela dépend aussi de l écart d orientation par rapport au sud, de l inclinaison des panneaux par rapport à l horizontale et aussi des ombrage que peut subir l installation. - un système de Wc bien positionné peut fournir en moyenne par jour 3 kwh durant la moitié de l année. B/ Nombre de panneaux ; règle approximative dans le cas d une utilisation régulière avec appoint : Pour connaître cela, il est essentiel de connaître la consommation d énergie des lampes et appareils branchés sur les batteries. En divisant par 3 1 la consommation quotidienne d électricité en Wh, on obtient la capacité nécessaire en Wc des panneaux solaires. Afin de ne pas devoir sur-dimensionner l installation il est important, non seulement, de faire une évaluation des consommations d énergie mais aussi d envisager les appareils et comportements permettant de réduire les consommations. 1 3 est le facteur à appliquer pour la Belgique. Pour d autres régions, voir le tableau en dernière page.

2 8 décembre /5 Appareils Puissance( w) Temps d utilisation Consommation Consommateurs en courant continu ( DC) TV noir et bl 17 W 3h/j 51Wh/j vidéo 17 W 2h/j 34Wh/j Écl. cuisine 11 W 2h/j 22Wh/j couloir 20 W 0,5h/j 10Wh/j living 20 W 4h/j 80Wh/j Salle de bain 20 W 0,5h/j 10Wh/j Ant satel 16 W 3h/j 48Wh/j pompe 72 w 0,5h/j 36Wh/j Total DC Consommateurs en courant alternatif(ac) ordinateur 30W 6h/j 180Wh/j Total AC Perte onduleur DC-AC et circuits +/- 10% consom. AC Ej = Total énergie journalière consommée Totaux 291Wh/j 180 Wh/j 18 Wh/j 489Wh/j alternatives ex : Lampes économiques ; ordinateur portable, frigo au gaz. + URE +éliminer les comportements et appareils non indispensables ; Dans cet exemple un système de +/- 170 Wc 2 conviendrait ou l équivalent de 1,5 mètres carrés de panneaux photovoltaïques avec un appoint ( groupe électrogène, ou éolienne ou stirling. ) pour les mois peu ensoleillés. C/ Nombre de panneaux nécessaire avec la même consommation dans le cas d une installation autonome et d une utilisation journalière sous nos latitudes 3 : Il faut calculer l installation pour le mois le plus défavorable de l année. Pour la Belgique : moyenne quotidienne de l énergie reçue sur un plan incliné à 60 4 ; plan orienté sud. Ceci varie en fonction des années décembre 1.200Wh/j/m2 mars 3.550Wh/j/m2 mai 5.230Wh/j/m2 Moyenne mensuelle 3.520Wh/j/m = ensoleillement de référence : 1000W/m2 Eq = moyenne du mois le plus défavorable en Wh/j/m2 = 1.200Wh/j/m2 3 En tenant compte de l exemple précédent de consommation, pour connaître le nombre de watts crête à installer Wc à 20 C 5 = Ej x Eq x 0,8 (facteur de sécurité incluant les pertes de transport dans les câbles.) Wc = 489 x = 509Wc soit une surface de ± 4 m2 de panneaux (au Si cristallin) x 0,8 N.B. ce surdimensionnement à comme effet d avoir une «production» largement excédentaire en été qu il n est pas toujours possible de rentabiliser. 2 Pour la Belgique. Voir note 1. 3 Pour d autres pays ou continents, voir à cette adresse : (choisir simplement la région, le pays et la ville; choisir ensuite l inclinaison et confirmer la sélection.). 4 Cette valeur, fonction de la latitude, est l'inclinaison optimale pour le mois le plus défavorable de l'année. Pour les tropiques, l'inclinaison optimale est l'inclinaison pour une production optimale sur l'année. 5 Il y a un facteur de correction à appliquer si la température dépasse 25 C. Voir dernière page.

3 8 décembre /5 Il est plus rentable de dimensionner en fonction d une moyenne annuelle et de pouvoir compenser ponctuellement par un appoint extérieur (groupe électrogène ou mieux éolienne ou stirling sur foyer ou. ) C/ Capacité des batteries de stockage nécessaires: par l emploi de batteries de stockage, on ne peut restituer qu environ 73% de l énergie stockée ; Ej* réelle sera donc égale à Ej = 670Wh/j 0,73 Il peut y avoir des périodes de manque d ensoleillement qui peuvent être de 5 à 30 jours Le stockage moyen est généralement basé sur une réserve de 10 jours. Dans ce cas, la capacité de la batterie de stockage ( Cb) sera : Ej* x nombre de jours Cb = 670 x 10 = 6700Wh pour déterminer le nombre d ampère-heure de la batterie : diviser la capacité Cb par la tension de la batterie : Cb en Ah = Cb = 6700 = 558Ah U 12 N.B. il est à noter que la plupart des installations PV sont destinées à des applications où l utilisation est occasionnelle ce qui réduit fortement le besoin en panneaux et en batterie de stockage. D autant plus si des appareillages et des comportements URE sont appliqués. D/ La régulation du fonctionnement des batteries Les systèmes photovoltaïques doivent comporter une régulation soignée de la charge et de la décharge de la batterie. Le stockage batterie est l un des éléments les plus fragiles d un système photovoltaïque en habitat isolé. Sa durée de vie est étroitement liée à la façon dont elle est chargée et déchargée. Une longévité acceptable ne peut être atteinte que par une protection soignée contre la surcharge ou la décharge trop profonde. Ce régulateur coupe l arrivée de courant dès que les batteries sont complètement chargées ; il limite aussi leur décharge trop profonde afin d éviter la détérioration et il empêche aussi que le courant des batteries ne retourne la nuit dans les panneaux. La puissance du régulateur est à choisir en fonction de la puissance des panneaux.

4 8 décembre /5 E/ Les ombres portées. Pour obtenir une production maximale il faut éviter tout ombrage des panneaux pendant la période de plein ensoleillement à tout moment de la journée et aux différentes saisons. Attention, si un seul panneau dans une série est ombragé, même partiellement, c est la production de la série tout entière qui est diminuée. Il faut donc être très attentif à cette question. Il est parfois impossible d éviter totalement ces ombres portées : montagnes, arbres, cheminées,.qui peuvent constituer autant d obstacles qui vont provoquer des pertes plus ou moins importantes. Il faudra donc en tenir compte dès le départ et assurer l entretien indispensable afin de maintenir un bon rendement. F/Autre exemple de consommation et de dimensionnement : Appareils Puissance( w) Temps d utilisation Consommation Totaux Consommateurs en courant continu ( DC) Éclairage 1 tube 10 w 0,5h/j 5Wh/j chambre 1 Écl.chamb. 2 1 tube 9 w 2h/j 18Wh/j Écl. s. de bain 1 tube 9 w 0,5h/j 4,5Wh/j couloir 1 tube 9 w 0,5h/j 4,5Wh/j living 1 tube 20 w 6h/j 120Wh/j musique 18 w 2h/j 36Wh/j pompe 72 w 0,5h/j 36Wh/j Total DC 224Wh/j Consommateurs en courant alternatif(ac) ordinateur 100W 2h/j 200Wh/j Micro onde 1000W 15min/j 250Wh/j TV vidéo 120W 2h/j 240Wh/j frigo 150W automatique 600Wh/j Total AC 1290 Wh/j Perte onduleur DC-AC et circuits +/- 10% consom. AC 129 Wh/j Total énergie 1.673Wh/j alternatives ex : Lampes économiques + URE +éliminer les comportements et appareils non indispensables Ordi. portable TV basse consom. Frigo au gaz, équip. classe A, A+, + URE Dans cet exemple un système de +/- 550 Wc conviendrait ou l équivalent de 4,5 mètres carrés de panneaux photovoltaïques avec un appoint (groupe électrogène, ou éolienne ou stirling.) pour les mois peu ensoleillés.. Nombre de panneaux nécessaire avec la même consommation dans le cas d une installation autonome et d une utilisation journalière sous nos latitudes: Wc = x = 1.742Wc soit une surface de +/- 14 m2 de panneaux x 0,8 N.B. ce surdimensionnement à comme effet d avoir une «production» largement excédentaire en été qu il n est pas toujours possible de rentabiliser sauf s il y a la possibilité d'injection dans le réseau.

5 8 décembre /5 Annexe 1 Facteur régional Source: Siemens Taux de perte en foonction de la température Température jonction ( C) Perte (% / ) 0,30 0% 2% 3% 5% 6% 8% 9% 11% 12% 14% 15% 0,35 0% 2% 4% 5% 7% 9% 11% 12% 14% 16% 18% 0,40 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% 14% 16% 18% 20% 0,45 0% 2% 5% 7% 9% 11% 14% 16% 18% 20% 23% 0,50 0% 3% 5% 8% 10% 13% 15% 18% 20% 23% 25% 0,55 0% 3% 6% 8% 11% 14% 17% 19% 22% 25% 28% 0,60 0% 3% 6% 9% 12% 15% 18% 21% 24% 27% 30%