Damien GROLLEAU 10 Novembre 2010

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1 Le solaire photovoltaïque Damien GROLLEAU 10 Novembre

2 Sommaire 1. Puissance solaire 2. Le besoin versus la production 3. Impact sur l environnement 4. Facteur de correction f(inclinaison et orientation) 5. Irradiation solaire globale au niveau du sol 6. Impact de la température 7. Régulation MPPT 8. Régulation avec réinjection 9. Régulation autonome 10. Limiter l impact de l effet de masque 11. Deux exemples de projet autonome 2

3 1- Puissance solaire disponible L irradiancesolaire moyenne hors atmosphère est W/m2 En tenant compte de l alternance jour nuit, de la latitude, de l altitude et des conditions climatiques, l irradiancesolaire varie de zéro à environ 1000 W/m2au niveau du sol. 3

4 1- Puissance solaire disponible Sous les latitudes moyennes telles que celle de la France, l énergie incidente est d'environ 1000 kwh/m² par ansur un plan horizontal. L énergie lumineuse reçue sur la surface de la France ( km²) par an correspond à 200 fois sa consommation annuelle en énergie (250 Mtep). (source : Gregor Czisch, ISET, Kassel, Germany) 4

5 2- Le besoin versus la production 5

6 3- Impact sur l environnement Le bilan énergétique du photovoltaïque Selon l Agence Internationale de l Energie(AIE) une installation photovoltaïque raccordée au réseau rembourse l énergie nécessaire à sa fabrication dans un délai de un à trois ans. Selon l ensoleillement du site : 1kWpermet d économiser entre 1,4 et 3 tonnes de CO2sur sa durée de vie 6

7 4 - Facteur de correction f(inclinaison et orientation) En France, les modules doivent idéalement être exposés plein sud et être inclinés à 30 degrés par rapport à l horizontal pour produire un maximum d énergie sur l année. Le tableau ci-contre donne le facteur de correction à appliquer à la production attendue du système en fonction de son orientation et de son inclinaison. Les positions grisées sont à éviter si elles ne sont pas imposées par une intégration architecturale 7

8 4 - Facteur de correction f(inclinaison et orientation) Une manière plus précise de représenter ce facteur de correction est donnée par le graphique ci-après. Ce graphique s entend pour la région lyonnaise mais est utilisable pour des localisations sur l ensemble de la France métropolitaine sans introduire d erreur significative. Abbaques donnant le coefficient d attenuation du rayonnement lorsque la position des modules n est pas optimale Calculé sur PVSYST pour la région de Lyon 8

9 5- Irradiation solaire globale au niveau du sol en kwh/m2 Marseille Montpelier Bordeaux Angers Brest Paris Lille Source INES Janvier 2,53 2,5 1,77 1,47 1,43 1,21 0,97 Février 3,14 3,79 2,61 2,38 1,93 1,93 1,72 Mars 4,71 4,67 3,62 3,56 3,61 3,46 2,93 Avril 5,49 5,14 5,18 4,76 4,65 4,19 4,21 Mai 6,13 5,73 5,83 5,04 5,42 5,01 4,94 Juin 6,65 6,51 6,36 5,73 5,47 5,42 5,4 Juillet 6,84 6,53 6,59 5,85 5,38 5,23 5,02 Aout 6,33 5,95 5,45 5,34 4,59 4,6 4,48 Septembre 5,39 5,18 3,71 4,41 3,35 3,87 3,67 Octobre 3,9 3,42 3,57 2,89 2,87 2,51 2,34 Novembre 2,84 2,91 2,05 1,94 1,68 1,32 1,2 Décembre 2,31 2,47 1,56 1,26 1,15 1,02 0,77 Moy./jour 4,7 4,57 4,03 3,72 3,47 3,32 3,14 Cumulés année Inclinaison de 30 albédo de 0,2 Suivi : 1 axe +16% 2 axes +26% 9

10 6- Impact de la température sur le rendement des panneaux (Source: Programme PV avril 2003, rapport de synthèse 2002, Office Fédéral de l énergie Suisse) Un module délivre moins d énergie lorsqu il est soumis à une température ambiante élevée et à un éclairement important (le TUC permet de déterminer la température de cellule en fonction de l'éclairement) 10

11 7- Régulation MPPT Variation de l éclairement Variation de la charge MPPT: Maximum Power Point Tracking 11

12 7- Régulation MPPT MPPT: Maximum Power Point Tracking 12

13 8- Régulation avec réinjection Surface de panneau et type de panneau est fonction de la puissance souhaitée et du budget (Le coût de PV cristallin est d environ 1,5 /W) Réinjection avec un régulateur synchrone (Le coût d un régulateur est d environ 0,32ct/W) Installation via un électricien agréé avec passage du consuel obligatoire 13

14 8- Régulation avec réinjection 14

15 8- Régulation avec réinjection 15

16 8- Régulation avec réinjection Exemple du projet Soleil Marguerite à Lyon de Hespul Bilan de 3 ans de production Production, le compteur d énergie en sortie d onduleurs indique une production cumulée totale de kwh. Production moyenne, 993 kwh/kwc par an. Le compteur de production effectivement vendue à EDF, indique une valeur de kwh. La différence de 250 kwh (consommation de veille des onduleurs 94 kwh (0,25%), perte en ligne dans le câble 146 kwh (0,4%) NFC autorise une perte maximum de 3%. 16

17 9- Régulation pour système autonome Système photovoltaïque alimentant en énergie électrique un site autonome : assurer la production électrique tout au long de l'année garantir un approvisionnement en énergie électrique L'énergie électrique issue des capteurs photovoltaïques stockée dans des batteries, utilisée en temps différé. Un facteur de conversion est appliqué pour tenir compte de différentes pertes (convertisseur, perte dans les modules photovoltaïques) dont celle dans les batteries. Déterminé expérimentalement, ce facteur de conversion (noté K) a pour valeur en général 0,6 (sans unité) 17

18 9- Régulation pour système autonome La puissance crête des capteurs photovoltaïques est à déterminer en fonction des besoins Ej (en kwh/an) en énergie électrique et de l'irradiation annuelle Irjmin (en kwh/m².an) dans le cas le plus défavorable. La capacité Qbat des batteries se calcule en fonction des besoins journaliers Ej en énergie électrique, du nombre de jours J de stockage désirés et d'un facteur Kb pour les différentes pertes (en première estimation, Kb = 0,7) 18

19 10- Limiter l impact de l effet de masque avec des petits régulateurs Un ombrage sur les capteurs peut avoir des origines diverses: arbre, bâtiment ou relief naturel installé plus au sud que le système photovoltaïque. Selon la taille de l obstacle et surtout sa hauteur, l impact de l ombrage -une perte de production est plus ou moins important. Réseau électrique national 19

20 11- Exemple de projet autonome Projet SOLAR ODYSSEY Étudede l architecture électrique du bateau Étude de la puissance moteur pour la propulsion Étudede l architecture électrique Étude du système photovoltaïque Surface : 100m2 Puissance moteur : 12kW Longueur hors-tout 18,28 m / Largeur max 9,00 m Déplacement en charge 5t Vitesse max 18 nœuds / Vitesse record 8 nœuds Accompagnateur 6 / Équipage 2 20

21 11- Exemple de projet autonome Mobile Solar Station (M2S) Groupe électrogène solaire Système photovoltaïque autonome État de l art des technologies de panneaux solaires, de batteries, de régulateurs et convertisseurs. Maitrise de la gestion de puissance à travers l analyse de régulateur solaire MPPT Tester les performances énergétiques du système RCA NOVA Brevet 21

22 12- Les liens utiles Liens utiles European commission ( IEA(International Energy Agency) ( INES (Institut National de l'energie Solaire) ( ) Photovoltaique.info ( Les associations professionnelles du photovoltaïque Enerplan (Association professionnelle de l énergie solaire) SER (Syndicat des énergies renouvelables) CLER (Comité de liaison des énergies renouvelables) Hespul (Énergies renouvelables et efficacité énergétique) Commission de régulation de l énergie (CRE) Contribution au Service Public d Electricité(CSE) 22

23 Conclusion (Source : industrie.gouv.fr) 23