Logiciel METEONORM 6 Francis Domain Ingénieur en Énergie Solaire Photovoltaïque INES Education 1
Dimensionnement PV connecté au réseau électrique Surface S (en m²) de modules PV de rendement de conversion η (à 1kW/m² - AM1,5-25 C) Puissance crête Pc (en kw / 1kW/m²) = S (en m²). η (en kw/m² / 1kW/m²) Dans le plan de modules PV, l irradiation solaire annuelle IGP et le rendement électrique k (0,7 à 0,8) )permettent d estimer l énergie électrique produite annuellement Ea Énergie produite Ea (en kwh) = IGP (en kwh/m².an).pc (en kw / 1kW/m²).k Maximisation de IGP sur l année avec un plan incliné à 30 vers le sud (France) 2
Dimensionnement PV en site isolé Besoin en énergie électrique par jour Ej (en kwh/j) Irradiation dans le plan par jour pour le mois le plus défavorable Igpj (kwh/m²./j) Rendement électrique k (0,8) et rendement stockage par batterie kb (0,8) Puissance crête Pc (en kw / 1kW/m²) =Ej (en kwh/j) / [k. kb. Igpj (en kwh/m².j) ] Capacité batteries Qbat (en kwh) = Ej (en kwh/j). Kb. Nbj - Mois le plus défavorable (décembre en France) avec un plan incliné à 60 - sud - Durée de vie batterie, 20% maxi de la capacité par jour et pas de décharge > 80% - Beaucoup d énergie PV non utilisé, stockage annuel pour les systèmes de quelques watts ou systèmes hybrides avec éolien ou diesel. 3
Dimensionnement pompage PV (au fil du soleil) Élever d un volume d eau V (en m3) d une hauteur H (en m) Besoin en énergie par jour Ej (en kwh/j) = 0,002725002725. V (en m 3 ). H (en m) Irradiation globale dans le plan par jour pour le mois le plus défavorable Igpj Rendement de la pompe (électrique + mécanique) kp (typiquement 0,5) Puissance crête Pc (en kw / 1kW/m²) = Ej (en kwh/j) / [ kp. Igpj (en kwh/m².j) ] Débit de la pompe Q (en m 3 /s) = Pc (en kw / 1kW/m²). Kp / [0.002725. H (en m) ] Le débit de la pompe (calculer pour une irradiation de 1 kw/m²) permet avec la longueur, la section et la nature de la canalisation de déterminer la Hauteur Nanométrique Total (HMT) suivant des abaques et d affiner les calculs. 4
Outil pour les applications d'énergie solaire et météorologie. Logiciel de la société METEOTEST à Bern en Suisse (20 ans d expérience) Météonorm est un outil pour les applications utilisant l énergie solaire comme : - le photovoltaïque - le solaire thermique - le rafraîchissement solaire - la conception de bâtiments t bioclimatiques - 5
- Base de données contenant 7 700 sites météorologiques - Paramètres : rayonnement global, l température, t humidité, précipitation, it ti jours avec précipitation, vitesse et direction du vent, durée d'ensoleillement - Période 1961-1990, 1996-2000 ou données satellites pour régions à faible densité - Couvre l'ensemble du globe, y compris les régions polaires - Possibilité d importer des données météorologiques - Algorithmes d'interpolation pour n'importe quel endroit sur terre - Calcul de rayonnement pour surfaces inclinées - Tient compte du phénomène des 'horizons hauts' (montagnes) dans le calcul - Calcul du lever et coucher du soleil pour chaque jour - Affichage des résultats par tableaux et graphiques - 28 formats de sortie prédéfinis ; possibilité de formats utilisateur pour fichiers export - L'interface utilisateur supporte 5 langues : Français, Anglais, Allemand, Italien, Espagnol - Manuel, aide en ligne avec cartes et illustrations sont disponibles en Anglais 6
INTRO Déroulement Choix langue Explication sur le logiciel MétéoNorm Les calculs solaires cartes irradiation solaire Passer d un mode au suivant en cliquant sur continuer 7
Choix du site Dans les menus ou sur la carte Faire une recherche ou sélectionner parmi : Villes, Stations, Site quelconque, Personnel Partie du monde : Europe, Suisse, Amérique du Nord, 60 villes et 15 stations pour la France 8
Entrer ou modifier un site quelconque cliquer sur «saisir/modifier données» ou sélectionner un site quelconque et cliquer sur «saisir/modifier données» pour le modifier Enter ou modifier les données pour le site, Altitude, longitude, latitude, fuseau horaire puis faire enregistrer Pour trouver les coordonnées longitude, latitude, altitude, voir les sites : http://earth.google.fr/download-earth.html, http://www.geoportail.fr/ 9
Traitement des données Formation : COMMENT DIMENSIONNER VOS PROJETS PHOTOVOLTAIQUES Choix du modèle de calcul pour : L irradiation horizontal (dont ciel clair) La température le rayonnement sur un plan incliné La période de mesure des données Modification du TL (trouble de Link) Importation de valeurs (voir ci après) 10
Traitement tdes données Importation des ces propres p données Climatique (irradiation, température ) Mensuelles ou horaires Manuellement ou à partir de fichier Pour la suisse, possibilité d importer des fichiers météorologiques en temps réel de Météotest, mois par mois, avec 2 semaines de retard 11
Format : - choix du format de sortie Standart Défini i pour logiciels i l (PVsyst, polysun, Transys..) défini par l utilisateur (voir ci après) - choix inclinaison et azimut - choix albédo - Entrer un masque (voir ci après) 12
Format défini par l utilisateur Sélectionner des variables météorologiques éé ou sur l irradiation (IGH, IGP.) Avec les unités voulues et le séparateur choisi Utile pour générer des fichiers informatiques de données non prédéfinis 13
Format : Entrer un masque lointain Créer, ouvrir, modifier, Enregistrer ou effacer Point par point avec la souris Calculer pour le site (fond de masque image?) Détermine les levers et couchers de soleil 14
Calculs : Calcul et présentation des résultats sous forme de tableau et de graphes dans la page 15
Calculs : Rapports sous forme de tableaux ou de graphes pour impression 16
Calculs : Exportation d un fichier pour logiciel de simulation (PVsyst, PVSOL ) sous forme horaire ou mensuel 17
Comment déterminer un masque : Avec carte d état major, règle et rapporteur Clinomètre et boussole (Suunto) Le Horicatcher de METEOTEST ( www.meteotest.ch/de/horicatcher?w=ber ) Logiciel Carnaval, gratuit sur www.incub.net qui donne le masque du relief + bâtiments Logiciel JRC PVGIS : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php# Logiciels payants : www.sun-time.org et www.solar-indice.com Pour info, le Sonnenbahn indikator ( www.solnexus.de/oscommerce-2.2ms2/catalog/datasheets/sbi.pdf ) 18
Note sur les résultats obtenus sur les simulations en général - Précisions sur la mesures des données solaires - Période et durée de moyenneage des données - Calculs empiriques suivant les modèles de l irradiation à partir de l ensoleillement de l irradiation directe et diffuse horizontale de l irradiation directe, diffuse, réfléchie et globale dans le plan - Interpolation pour les sites situés entre les stations météorologiques - Variabilité de la météorologie comparée au données moyennes Validité des résultats obtenus!!! 19
Note sur la précisions des mesures de l ensoleillement Pour les stations Météo France (source MF) - Mesure de l irradiation IGH avec un pyranomètre : 3,5 35%espéré - Mesure de l insolation (heure) avec un héliographe : 5 % espéré - Calcul de l irradiation à partir de l insolation : de 0 à 8% la précision passe à 20 % à 50 km d une station par interpolation (données jour-) Pour les données par satellite (Météosat pour la BDD HélioClin3) (source Ecole des Mines de Paris) - Données horaires : 30 % - Données journalière 15 à 20% (mais 350 % à faible IGH!) la précision est uniforme sur un territoire 20
Note sur la variabilité des données météorologiques Statistiques sur l irradiation IGH calculée à partir du nombre d heure d ensoleillement mensuel mesuré pour 86 stations Météo France entre 1996 et 2006. Par rapport aux moyennes 1996-2006, les mesures sont : écart type en % écart min ou max en % Sur l année 4 % (6,7 % maxi) 8% (14 % maxi) Sur le mois 11 % (21 % maxi) 22% (43 % maxi) Sur la journée extrêmement variable suivant les conditions météorologiques 21
Exercices pour le site du bâtiment Lynx au Technopole de Savoie Technolac : - Trouver les coordonnées longitude, latitude, altitude sur GoogleEarth (longitude = 5 52 29, latitude = 45 38 33, altitude = 232 m) - Trouver le masque lointain avec le logiciel Carnaval de INCUB Az ( ) -180-160 -134-120 -97-65 -48-19 -10 6 12 H ( ) 2.1 0.7 3.2 8.1 10 8.7 3 2.5 4.4 4.1 2.3 Az ( ) 19 38 56 74 117 131 161 172 179 180 Hn ( ) 4.4 7.5 12.6 15 15 14.1 4.6 0.1 2.1 2.1 - Sélectionner un quinzaine de points sur le masque puis exporter le fichier texte du masque sur le bureau du PC 22
Exercices avec Météonorm 6, pour le bâtiment Lynx sur le site de Savoie TerchnoLac Créer la station STL (nom/232m/5,87418 /45,6425 /fuseau 1/dégagée/site quelconque/-30) Créer le masque STL avec les données obtenues suivant Carnaval Déterminer l irradiation globale horizontale, IGH = 1 249 kwh/m².an Déterminez IGH avec le masque suivant Canaval, IGH masq = 1 232 kwh/m².an Irradiation dans un plan incliné à 30 orienté 20 est, IGP30 20 E masq = 1 392 kwh/m².an (Inclinaison optimum : 33 à 34 sud avec IGP = 1 405 kwh/m².an) Facultatif : Vérifier que l on obtient bien les mêmes résultats IGH = 1 248 kwh/m².an avec la station Chambéry/.Aix IGH masq = 1 230 kwh/m².an et le masque calculé avec Météonorm6 IGP30 20 E masq = 1 387 kwh/m².an 23
Exercices avec Météonorm 6: (montage shed) Calcul du masque d un shed de hauteur h situé à une distance d du shed suivant, d inclinaison i et d orientation Or. H = arctg [ (h/d) * cos (az - Or) ] Avec h = 0,5m / d=1,5m / i = 30 et Or = -20 Az( ) -180-110 -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 70 179 H ( ) 0 0 3,3 9,4 14,3 17,4 18,4 17.4 14.3 9.4 3,3 0 0 Irradiation solaire pour le bâtiment Lynx (sans le masque lointain) Sans shed : IGP30 20 E +masq = 1 412 kwh/m².an Avec shed : IGP30 20 E +m+shed = 1 372 kwh/m².an 24
Exercices avec Météonorm 6 (montage en brise soleil sur un mur) Toujours pour le bâtiment Lynx avec le masque défini avec Carnaval Modifier le masque pour tenir compte d un capteur fixé sur le coté sud d un mur vertical orienté 110 est / 70 ouest (brise soleil) Irradiation sur un plan incliné à 30 orienté 20 est, IGP 30 20 E + masque + mur = 1 243 kwh/m².an Facultatif : - Trouver l inclinaison optimum : 35 à 39 avec IGP= 1 261 kwh/an -Exporter les fichiers horaires PVSyst et PVSOL sur le bureau du PC, les ouvrir avec «Notes» pour voir leur composition 25
Exercices avec Météonorm 6: (casquette du brise soleil INES) Calcul du masque d une casquette de hauteur h située à une distance d d un capteur d inclinaison i et d orientation Or. H=arctg [ (h/d) * cos (az - Or) ] avec h = 2,6m / d=0,8m / i = 30 et Or = -20 A( ) Az( ) -180-110 -100-80 -60-40 -20 0 20 40 60 70 179 H ( ) 0 0 29,4 58,4 68,4 71,8 72,9 71,8 68,1 58,4 29,4 0 0 Irradiation solaire pour le bâtiment Lynx avec masque relief IGP = 1 392 kwh/m².an avec masque + mur IGP = 1 243 kwh/m².an avec masque +mur+casquette IGP = 161 kwh/m².an > Irradiation brise soleil du bas IGP = 1 243 161 = 1 082 kwh/m².an 26
Exercices avec Météonorm 6: Quelle est l influence de la hauteur d un masque de hauteur H sur 360 sur l irradiation solaire reçu sur un plan incliné à 30 sud à Lyon : Hauteur H ( ) IGP en kwh/m².an % / (H = 0 ) 0 1 377 100 % 5 1 369 99 % 10 1 349 98 % 15 1 311 95 % 20 1 242 90 % 25 1 142 83 % 30 1 040 75 % Tout masque inférieur à 15 entraînera moins de 5% de pertes sur l irradiation 27
Ressources en gisement solaire : Formation : COMMENT DIMENSIONNER VOS PROJETS PHOTOVOLTAIQUES Livres : - Atlas Solaire Français, édition Pyc (épuisé) - Le gisement solaire : évaluation de la ressource énergétique (épuisé) - Héliothermique - Le Gisement Solaire, Méthodes Et Calculs, édition Grc - The European Solar Radiation Atlas, Presses de l'ecole des Mines de Paris Sites Internet : - JRC PVGIS : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php# - Satel-Light : www.satel-light.com - NREL : http://rredc.nrel.gov/solar/ - RetScreen - NASA : http://www.retscreen.net/fr/d_data_w.phpdata w.php - SODA : http://www.soda-is.com/eng/index.html - SWITCH : http://fernande.cma.fr/switch/simulation_1.php - SOLEMI : http://www.solemi.com/home.html /h h l - HELIOCLIM : http://www.helioclim.org/ - Météo France : http://climatheque.meteo.fr/okapi/accueil/okapiweb/index.jsp p p p 28
Weebographie : Formation : COMMENT DIMENSIONNER VOS PROJETS PHOTOVOLTAIQUES Site de METEOTEST : http://www.meteotest.ch/ Téléchargement: http://www.meteonorm.com/pages/en/downloads.php Distributeurs en France : CSTB : http://software.cstb.fr et Solaire Connexion : www.solaire-connexion.com Description du logiciel : http://www.meteonorm.com/media/pdf/mn6_prodinfo.pdf http://www.meteotest.ch/pdf/am/theory_1.pdf http://www.meteotest.ch/pdf/am/theory_2.pdf Téléchargement de google Eath : http://earth.google.fr/download-earth.html Téléchargement de Carnaval : http://incub.energie.free.fr/carnaval_telecharger.htm fr/carnaval telecharger htm 29