Cours Photovoltaique 2009-2010

L’énergie solaire photovoltaïque

Plan du cours I. L’é ’éne nerg rgie ie sol solai aire re pho photo tovo volt ltaï aïqu que e : pour pourqu quoi oi,, comment ? II.. L’é II ’éne nerg rgie ie so sola lair ire e III. Les éléments éléments d’un d’un système système photovoltaïq photovoltaïque ue IV.. Concep IV Conception tion d’un système photovoltaïque photovoltaïque V. Les dom domain aines es d’ap d’appli plicat catio ion n VI.. Ex VI Exem empl ples es d’i d’inst nstal allat latio ions ns

Plan du cours I. L’é ’éne nerg rgie ie sol solai aire re pho photo tovo volt ltaï aïqu que e : pour pourqu quoi oi,, comment ? II.. L’é II ’éne nerg rgie ie so sola lair ire e III. Les éléments éléments d’un d’un système système photovoltaïq photovoltaïque ue IV.. Concep IV Conception tion d’un système photovoltaïque photovoltaïque V. Les dom domain aines es d’ap d’appli plicat catio ion n VI.. Ex VI Exem empl ples es d’i d’inst nstal allat latio ions ns

I. L’énergie solaire photovoltaïque : pourquoi, comment ? 1. Qu’est ce que l’énergie solaire photovoltaïque ? 2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? 3. Quelle production d’énergie, quel coût ? 4. Le photovoltaïque en quelques chiffres 5. La production en France 6. La production en Europe et dans le monde

I. L’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE POURQUOI, COMMENT ? 1. Qu’est-ce que l’énergie solaire photovoltaïque ?

soleil

Cellules solaires Modules photovoltaïques

Electricité

Energie solaire photovoltaïque

Capteurs plans Chauffe-eau solaire Echangeurs thermiques

Chaleur

Energie solaire thermique

I. L’énergie solaire photovoltaïque, pourquoi, comment ?

2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? Système PV = ensemble des composants nécessaires à l’alimentation d’une application en toute fiabilité.

Fonctions principales d’un système PV Mesurer Produire

(Stocker)

(Transformer)

Contrôler

Utiliser


2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? 2.1 Systèmes autonomes « au fil du soleil » Alimentation directe • Ventilateur • Calculatrice

Pompage au fil du soleil


2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? 2.2 Systèmes autonomes avec stockage Configuration la plus courante des systèmes PV (« stand-alone systems »)


2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? 2.3 Systèmes raccordés au réseau panneaux solaires

Convertisseur DC/AC

Répartiteur Réseau Alimentation de l’habitation

Avantages de cette solution : • absence de batterie ⇒ économie d’env. 40 % + maintenance quasi-inexistante • exploitation de la totalité de l’énergie PV (stockage « infini ») • meilleure durée de vie du système


2. De quoi se compose un système photovoltaïque ? 2.4 Systèmes autonomes hybrides

panneaux solaires

Ré ulateur de charge

Convertisseur DC/AC Récepteurs AC

Groupe électrogène

Chargeur électronique de batterie

Batterie

Récepteurs DC Récepteurs AC


3. Quelle production d’énergie, quel coût ? La production d’énergie d’un panneau solaire dépend : • de ses dimensions • de sa technologie • du rayonnement reçu • de la durée d’exposition

Exemple : ensoleillement max de 1000 W/m2

1 m2 de Si cristallin = 100 W

Sur une journée en France 1 m2 = 100 à 500 Wh/j en Afrique 1 m2 = 300 à 600 Wh/j 1 m2 coûte de 400 à 500 € HT (hors pose) 10 m2 ≈ 10 000 € pose et TVA comprises


4. Le photovoltaïque en quelques chiffres 

Tarif de rachat de l’électricité en France (publié au JO le 26/07/2006) : • Métropole : 36 c€/kWh + prime 25c€ si intégré au bâti • Corse, DOM, Mayotte : 40 c€/kWh + 15 c€ si intégré au bâti • Contrat valable pendant 20 ans



Investissement de base : 10 à 13 000 € pour 10 m



Périodes d’amortissement : 20 à 25 ans pour un prix de rachat de 30 c€



Coût de production de l’électricité PV : de 30 c€ à 1 € le kWh (selon lieu géographique, orientation et emplacement) 

Production d’un panneau de 1 m2 : env 100 kWh/an



Rendement moyen d’un panneau solaire : 10 à 16 % selon la technologie


5. La production en France

Puissance PV cumulée par type d’application

Puissance PV raccordée au réseau (par an)

Puissance totale installée en France fin 2006 : 28 MW dont 6 MW installés en 2005 et 12 MW installés en 2006 Prévisions pour 2010 : 160 MW (soit une croissance prévue de 20 % / an jusque 2010)


6. La production en Europe et dans le monde Développement rapide des installations connectées au réseau dans les pays développés grâce à des lois incitatives (Allemagne, USA, Japon, Australie) ⇒

Croissance globale 2000-2004 de 35 % / an

⇒

1 GW installés rien qu’en 2004 (+ 62 % cette année là)

⇒

Fin 2005, la puissance mondiale = 4 GW

⇒

Création de 50 000 emplois dans le monde et 100aines de milliers prévus

⇒

Chiffre d’affaire de 75 milliards d’€ en 2004


6. La production en Europe et dans le monde

II. L’énergie solaire 1. Origine de l’énergie solaire 1.1 Généralités 1.2 Rayonnement solaire et atmosphère 1.3 Rayonnement exploitable 2. Conversion de l’énergie solaire en électricité 2.1 Absorption de la lumière dans le matériau 2.2 Conversion de la lumière en électricité 2.3 Collecte des charges

II. L’énergie du soleil 1. L’énergie solaire 1.1 Généralités Provient de la fusion thermonucléaire. L’énergie solaire représente la quasitotalité de l’énergie disponible sur Terre : • Lumière • Chaleur • biomasse (photosynthèse) • cycle de l’eau, du vent, des courants océaniques • pétrole, charbon, gaz (Non solaires : énergie nucléaire, marées, chaleur de la Terre)

II. L’énergie solaire

1.2 Rayonnement solaire et atmosphère Hors atmosphère, l’énergie solaire = 1367 W/m2 (constante solaire) Absorption par gaz atmosphériques et vapeur d’eau ⇒ flux reçu sur Terre inférieur au flux initial et dépend de l’angle d’incidence.

OM = OA/sin(h) et m (masse d’air) = OM/OA

A

Soleil au zénith : AM1 Soleil à 30°: AM2 Soleil à 48°: AM1,5 (STC)

M atmosphère

Conditions standards de test des panneaux (STC) : • Rayonnement instantané de 1000 W/m2

h sol

• Spectre solaire AM 1,5 • 25 °C (Dans ce cas, la puissance est donnée en Wattcrête)


Influence de la couverture nuageuse : • 1000 W / m2 avec un soleil au zénith et ciel parfaitement dégagé • 100 – 500 W / m2 sous un ciel nuageux • < 50 W / m2 sous un ciel vraiment couvert

Pour le calcul d’une application en extérieur, on utilise la valeur moyenne du rayonnement global reçu pendant une journée (en Wh / m2 / jour) en fonction de : • Lieu géographique • mois de l’année • l’orientation (sud, sud – est, nord …) • l’inclinaison (angle du panneau : vertical ou horizontal)

1.3 Rayonnement exploitable

Site

Décembre

Mars

Juin

Septembre

Ostende

0,96

3,21

4,69

3,83

Paris

1,12

3,23

4,43

3,98

Mâcon

1,25

3,55

4,63

4,49

Nice

3,76

4,79

5,11

5,26

Orientation sud, inclinaison 60°/ horizontale (kWh / m2 / jour)

1.3 Rayonnement exploitable

Sud de la France :

3 kWh/m2/jour

Afrique côtière :

4 kWh/m2/jour

Maghreb :

5 kWh/m2/jour

Sahel :

6 kWh/m2/jour

Pour un module moyen de 50 Wc, l’énergie disponible par jour est :

Sud de la France :

110 Wh

Afrique côtière :

150 Wh

Maghreb :

200 Wh

Sahel :

230 Wh


2. Conversion de la lumière en électricité Met en jeu 3 phénomènes physiques : • Absorption de la lumière dans le matériau • Transfert d’énergie des photons aux charges électriques • Collecte des charges 2.1 Absorption de la lumière dans le matériau Un rayon lumineux peut subir 3 évènements optiques sur un solide : • Réflexion • Transmission • Absorption (l’énergie lumineuse est alors restituée sous forme d’énergie électrique dans un semi-conducteur comme le silicium) Dans un module PV, on cherche à minimiser les pertes par réflexion ou transmission


2. Conversion de la lumière en électricité 2.2 Transfert d’énergie des photons aux charges électriques Energie photon → électrons périphériques → libération du noyau → trou Génération d’un flux d’électrons dans un sens et de trous dans l’autre La libération d’un électron n’est possible que si le photon a une énergie

Eg = hc / λ = 1,24 / λ

Eg en eV et λ en µm

Eg = 1,1 eV pour le Si cristallin (soit λ = 1,13 µm : proche infrarouge) Eg = 1,77 eV pour le Si amorphe (soit λ = 700 nm : lumière rouge)


2. Conversion de la lumière en électricité 2.2 Transfert d’énergie des photons aux charges électriques

-

Bande de conduction (électrons libres)

désexcitation spontanée -

-

g

Bande interdite ou “gap optique”

E = Eg

E > Eg

+ Bande de valence (électrons liés)

+


2. Conversion de la lumière en électricité 2.3 La collecte des charges Il faut attirer les électrons hors du matériau S-C avant qu’ils se recombinent avec les trous ⇒

On crée une jonction au sein du matériau ⇒ Dopage des S-C

Le silicium ossède 4 électrons de valence Dopage de type N : atomes de Phosphore (5 électrons de valence) Dopage de type P : atomes de Bore (3 électrons de valence) Une cellule photovoltaïque est similaire à une diode (symbole : (on l’appelle aussi photodiode)

)


2. Conversion de la lumière en électricité 2.3 La collecte des charges

Constitution d’une cellule solaire

Caractéristique d’une cellule solaire

III. Les éléments d’un système photovoltaïque 1.

Les modules PV 1.1 Les matériaux utilisés 1.2 Assemblage des cellules

2. Le stockage de l’énergie 3. Le régulateur de charge 4. Le convertisseur 5. Autres composants de base

III. Les éléments d’un système photovoltaïque 1. Les modules PV Une photopile génère entre 0,5 et 1,5 V ⇒ association en série pour augmenter la tension et en parallèle pour augmenter l’intensité • pour 12 V : 32 à 44 cellules • pour 24 V : 72 cellules

1.1 Les matériaux utilisés • Silicium cristallin • Silicium amorphe, • Tellure de Cadmium (CdTe) • CIS

III. Les éléments d’un système photovoltaïque

1. Les modules PV 1.1 Les matériaux utilisés Silicium cristallin : • Monocristallin : bon rendement (17 %), coût élevé, rendement faible sous faible éclairement • Polycristallin : bon rendement (13 %), moins cher que mono, rendement faible sous faible éclairement

Silicium amorphe : fonctionne sous faible éclairement, moins cher que les autres, rendement faible en plein soleil (6 %), caractéristiques diminuent avec le temps.

monocristallin

polycristallin

amorphe


1. Les modules PV 1.1 Les matériaux utilisés Tellure de Cadmium (CdTe) : rendement moyen (8 %), moins bonne fiabilité, problèmes techniques liés au dopage, toxicité du Cd

CIS : CuInSe2 : rendement bon (11 %), couches minces, toxicité (dépôt sur du sulfure de cadmium (CdS)

Module CdTe

Module CIS


1. Les modules PV 1.2 Assemblage des cellules Un module est un groupement de photopiles. Pour le Si cristallin : V = 0,6 V et le point de puissance max à 0,46 V → Charge

d’une batterie de 12 V jusque sa tension nominale à 14 V

Prévoir 2 à 3 V de plus dus aux pertes dans les câbles + influence de la température soit 16 à 17 V (2mV/ °C) ⇒

⇒

16,5 / 0,46 = 36 cellules (4 rangées de 9 cellules)

On assemble toujours des cellules de même caractéristique (une cellule débitant un courant plus faible imposerait son courant à l’ensemble du panneau)


1. Les modules PV 1.3 Processus de fabrication des cellules au silicium (source : http://www.sodielec-berger.fr)

Matière première

Barreau cylindrique (refroidissement uniforme) obtenu à partir de Si fondu



Equarissage des barreaux pour intégration aux panneaux

Wafer scié dans le barreau de silicium

Après traitements (dopage au phosphore, anti-reflet, pose des collecteurs), le wafer devient cellule




2. Le stockage de l’énergie → représente

13 à 15 % du coût mais sur la durée ce coût peut atteindre 50 % sur 20 ans (remplacement tous les 7 à 10 ans)

Types de batteries : • Plomb (les plus utilisées) • Longévité • Bon rapport qualité / prix • Entretien faible ou nul • Bonne tenue aux températures extrêmes • Charge possible à faible courant • Eviter les décharges profondes et les surcharges • Maintenir les batteries chargées en cas de stockage


2. Le stockage de l’énergie NiCd (Nickel Cadmium) et NiMH (Nickel Metal Hydrure) • Petites capacités disponibles sous de multiples formes (boutons, bâtons, prismes …) de 30 à 2 000 mAh • Plus compactes que batteries plomb • Excellente tenue à la chaleur • Charge difficile à moins de 0°C • Effet mémoire


3. Régulateur de charge Représente moins de 5 % du coût total mais sa fonction est primordiale et ses qualités vont fortement influencer le coût final. Rôle : contrôler le flux d’énergie.

• Protège la batterie contre les surcharges (soleil) • Protè e la batterie contre les déchar es rofondes utilisateur • Assure la sécurité du système • Commande la recharge par d’autres systèmes (éolien, hydraulique, générateur d’appoint…)

3 types de régulateurs : • Régulateur série (interrupteur entre géné et accu pour arrêter la charge) • Régulateur shunt (court-circuite le système PV en fin de charge) • Régulateur à recherche de puissance maximale (MPT : Max Point Tracking)


3. Régulateur de charge

relais 1

relais 2

Détection tension haute

Fusible +

-

Détection tension basse

+

+

Photopile

Régul ation de surcharge

Batterie

Régul ation de décharge

Récepteur

Principe de fonctionnement d’un régulateur de charge / décharge


3. Régulateur de charge relais 1

Fusible

-

+

La panneau solaire charge la batterie

+

-

La batterie alimente le récepteur

+

relais 1

Récepteur

relais 2

PROTECTION SURCHARGE

Fusible

La charge est interrompue

Batterie normalement chargée. Les relais R1 et R2 sont fermés

Batterie

Photopile

+

Situation normale

relais 2

+

-

La batterie alimente le récepteur

+

Batterie pleinement chargée Le relais R1 est ouvert.

Récepteur

Batterie

Photopile

relais 1

relais 2

-

+

PROTECTION DECHARGE

Fusible Le panneau charge la batterie

+

L’utilisation est mise hors s ervice

+

Batterie fortement déchargée Le relais R2 est ouvert.

Photopile

Batterie

Récepteur

Diagramme des trois états de fonctionnement d’un régulateur charge / décharge


4. Le convertisseur Sert à adapter la tension fournie par les panneaux à la tension demandée par les récepteurs • Convertisseur DC-DC : 12 V / 300 V ou 24 V / 15 V • Onduleur DC-AC : 12 VDC / 230 VAC (≈ 200 €)

5. Autres composants de base • Protection contre la foudre • Fusibles et disjoncteurs (même protection que réseau classique) • Instruments de mesure 

carnet de bord



pèse acide



multimètre

IV. Conception d’une installation 1. Principes de base 2. Types de pose 3. Prise en compte des masques 4. Estimation du potentiel solaire 5. Les aspects non techniques 6. Approche économique d’une installation de 2 kWc (2003) 7. Calculs de dimensionnement d’une nouvelle application

IV. La conception d’une installation 1. Principes de base Un toit solaire a généralement une taille non négligeable comprise entre 10 et 30 m2 → choisir l’emplacement exact du champ de panneaux. →

Orientation plein Sud

→

Inclinaison par rapport à l’horizontale : • 15 à 45 °en Europe du Sud • 25 à 60 °en Europe du Nord • En règle générale : orientation = latitude du lieu + 10°

→

Prendre en compte : • l’orientation du bâtiment • l’inclinaison du toit, • les masques inévitables, • le risque de vandalisme, • la réglementation esthétique, • l’accessibilité physique

IV. Conception d’une installation

2. Types de pose 2.1 Pose en toiture - terrasse


2. Types de pose 2.2 La pose par-dessus la couverture classique


2. Types de pose 2.3 La pose en couverture intégrée


2. Types de pose 2.4 La pose en façade

Perte de rendement de 30 % par rapport à l’inclinaison idéale


3. Prise en compte des masques Eviter tout ombrage du panneau : • A toute heure de la journée • Aux différentes saisons Si un seul panneau dans une série est ombragé, même partiellement, c’est la production de la série tout entière qui est diminuée.

Masques les plus courants : • montagnes, • arbres, • cheminée, • poteau électrique


4. Estimation du potentiel du toit solaire

Production électrique moyenne attendue dans les conditions optimales d’installation pour un toit solaire d’une puissance de 1 kWc (10 m2)


4. Estimation du potentiel du toit solaire


5. Les aspects non techniques • le financement de l’investissement : subventions, crédit d’impôt, emprunts…, (crédit d’impôt de 50 % sur matériel en 2006) • l’urbanisme : permis de construire, déclaration de travaux, • l’obtention du statut de producteur bénéficiant d’une obligation d’achat, • les relations avec la compagnie d’électricité : contrat de raccordement au réseau et contrat d’achat de l’électricité

6. Exemple d'un système solaire photovoltaïque de 2 kW en Artois en 2007

Panneau solaire : Matériel : Pose : Prime régionale Prime de l'Artois r me a ec e au ma . : Crédit d'impôt :

18 m2 13 500 € TTC (84%) 2 500 € TTC 4 000 (2x2 000 W) 3 000 , x = (13 500 – 5880)x0,5=3 810 €

Investissement final : 5 190 € (32 %) Production estimée 1 700 kWh/an = 986 € Retour sur investissement : 5,5 ans Frais de location annuels : 60 € Usure de l'onduleur La revente de l’électricité est soumise à l’impôt (~8%)


7. Dimensionnement d’une nouvelle application Les questions à se poser pour réaliser une nouvelle installation :

• Quelle est la consommation du système sur la base de 24 h ? • A-t-on besoin d’un stockage ? • Quel stockage peut-on utiliser pour qu’il soit compatible avec l’application ? (en capacité et en voltage ) • De combien d’énergie solaire va-t-on pouvoir disposer ? • Quel photogénérateur est adapté ?


7. Dimensionnement d’une nouvelle application a. Principes généraux Il faut toujours respecter l’équilibre entre l’énergie produite par le générateur et l’énergie consommée par l’utilisateur. • Définir les besoins de façon la plus précise possible • Respecter la consommation d’énergie évaluée une fois l’installation en place b. Dimensionnement des modules solaires 1. Calculer l’énergie qui sera consommée par jour Ec 2. Calculer l’énergie à produire Ep : Ep=Ec / k avec k un coefficient correcteur (k~0,65) 3. Calculer la taille du générateur à installer (puissance crête) : Pc=Ep / Ir avec Ir l’irradiation quotidienne moyenne en kWh/m2.jour


7. Dimensionnement d’une nouvelle application b. Dimensionnement des modules solaires Le coefficient correcteur tient compte des pertes : 1. Salissures (poussière, neige, sable…) 2. Diode série anti-retour 3. Régulateur de charge (système électronique) 4. Câbles (longueur, section, ampérage) 5. Température 6. Efficacité énergétique de la batterie

Typiquement, pour 12 V, la tension au point maximal de puissance doit être de 17-18 V en pays chaud et 15-16 V en pays tempéré


7. Dimensionnement d’une nouvelle application c. Dimensionnement de la batterie 1. Calculer l’énergie consommée par les différentes utilisations Ec 2. Déterminer le nombre de jours d’autonomie N du système i.

3 à 5 jours pour installations rurales en milieu tropical

ii. 5 à 8 jours pour les installations rurales en milieu équatorial . iv. 8 jours pour les réfrigérateurs à vaccins en milieu équatorial v. Plus de 8 jours pour les systèmes professionnels (télécommunications) 3. Déterminer la profondeur de décharge D de la batterie (0,5 à 1 selon le type de batterie) 4. Calculer la capacité de la batterie : C = (Ec.N) / (D.U) Avec C en Ah, Ec en Wh/j, N en jour, U tension de la batterie en Volts


7. Dimensionnement d’une nouvelle application d. Dimensionnement du régulateur On sépare souvent pour le calcul les fonctions charge et décharge.

Le dimensionnement de la régulation en charge Ic est fonction de la puissance produite par le module PV (donc du courant produit Ip) : Ic > Ip

Le dimensionnement de la régulation en décharge Id est fonction de la puissance totale des récepteurs (donc du courant consommé) Ir : Id > Ir e. Dimensionnement des câbles électriques Il faut réduire au maximum la longueur des câbles électriques de façon à ce que les pertes ne dépassent pas 1 à 3 % de la tension nominale (0,36 V pour 12 V)

Pour cela, on utilise des abaques.

V. Les domaines d’application • Habitation isolée (P<100 kW, pompage de l’eau, éclairage, réfrigération…) • Industrie isolée (stations - relais pour TV, radio, téléphonie, balises …) • Centrale de puissance (100 kW à 1 MW) • Résidence urbaine (sur façades et toits) • Biens de consommation (chargeurs de batteries, radios, lampes de poche…) • Domaine spatial (satellites, navettes → années 60)

VI. Exemples concrets Siège Nature et Découverte (Toussus le Noble)

La maison d’Euroméditerranée (conversion d’un entrepôt en bureaux) (Marseille)

Entrepôt de fruits et légumes (Port Vendres, 66)

Z.A de Chanteloup (Moissy Cramayel, 77)

Lycée polyvalent Perret (Alfortville)

Ecole élémentaire des vergers (Illkirch-graffenstaden, 67)

SCIC Habitat Ile de France Montigny le Bretonneux

Commune de Saint-Heand (42) Salle de gymnase

Fin de l’exposé

Les centrales photovoltaïques

Centrale de Serpa (Portugal : 52 000 panneaux sur 60 hectares pour une puissance de 11 MW) Centrale de Moura au Portugal (opérationnelle en décembre 2007) : Ses 350.000 panneaux solaires, qui occupent 114 hectares, devraient fournir 62 MW.

La plus grande centrale photovoltaïque de France a été inaugurée sur l'île de La Réunion fin décembre 2006 6000 panneaux solaires couvrant une superficie de 10 000 m² produisent 1 300 MWh par an pour une capacité de 1 000 kWc, soit l'équivalent de la consommation de 300 clients EDF, au tarif bleu

Le photovoltaïque en site isolé

Installation intégrée au bâti

Le photovoltaïque dans le résidentiel

Le photovoltaïque en industrie isolée

Station météo

Phare

Relais télécommunication (Canada)

Le photovoltaïque et les biens de consommations

Sac à dos (transport de matériel électronique)

Lampe de poche

Ventilateur solaire

Le photovoltaïque dans le domaine spatial

I. L’énergie L’énergie solaire photovoltaïque, pourquoi, comment ?

L’énergie solaire photovoltaïque (PV) convertit directement le rayonnement lumineux en électricité grâce à des modules PV composés de ce celllules solaires ou de photopiles. Comparaison des flux lumineux • Temps radieux (ensoleillement maximum) : 1000 W/m2 • Temps nuageux nuageux : entre 100 et 500 W/m2 • Ambi Ambiance ance intérie intérieure ure : entre entre 1 et 10 W/m2 Conclusion : on peut produire jusqu’à 1000 fois plus d’énergie PV en extérieur qu’en intérieur → Les

applications de pompage, de réfrigération et d’éclairage nécessitent des modules PV situés à l’extérieur →

Les capteurs PV ne seront pas les mêmes selon les applications

IV.. Conception d’une installation IV

7. Autre exemple : installation consommant 700 Wh / jour • Réfr Réfrigéra igérateur teur 12 V (50 W) W) – 10 heure heures s / jour jour = 500 Wh • 2 lampe lampes s 12 V (20 (20 W) W) – 2 heure heures s / jour jour = 80 Wh • 1 TV TV 12 12 V (50 (50 W) – 2 heure heures s / jour jour = 100 Wh • 1 radio radio 12 12 V (10 (10 W) W) - 2 heure heures s / jour jour = 20 Wh Wh

Pour 700 Wh/jour dans le nord de la France, il faut 29 modules modules type type PWX500 soit soit 8903 € de panneau panneaux. x.

IV.. Conception d’une installation IV

7. Dimensionnement d’une nouvelle application a. Evaluer la consommation Calculer la consommation de l’application en Ah, mAh ou µAh. µ Ah. Fonction

Courant consommé

Durée par 24 heures

Energie = courant x durée

Veille

500 µA

24 heures

500x24=12 mAh

Marche

80 mA

30 s toutes les

16mAh

Total de l’énergie l’énergi e consommée consomm ée pdt 24 heures

28 mAh

Exemple de calcul de consommation d’une installation b. Le stockage En France, on prend une autonomie de 10 jours sans soleil dans le centre c entre et le nord et de 6 jours dans le sud. Capacité de la batterie (Ah)= conso du syst (Ah) x durée d’autonomie en jours x 1,7

Le coef 1,7 est un coef de sécurité


7. Dimensionnement d’une nouvelle application b. Le stockage Pour des tensions de 6, 12, 24, 48 V on prendra une batterie au plomb pour des capacités > 2 Ah et NiCd pour des capacités < 2 Ah. Pour des tensions de travail multiples de 1,2 V, on prendra une batterie au NiCd.

Exemple : consommation sur 24 h de 28 mAh sous 4,8 V → NiCd (4 éléments de 1,2 V) Capacité nécessaire de la batterie pour 10 jours d’autonomie : 28 mAh x 10 x 1,7 = 450 à 500 mAh c. Choix du photogénérateur La tension de fonctionnement du panneau solaire doit être celle du fonctionnement de l’application (ex : 12 V) On calcule ensuite la puissance crête que doit fournir le panneau solaire


7. Dimensionnement d’une nouvelle application c. Choix du photogénérateur Calcul de la puissance crête : • Choisir un site météo le plus proche possible • Prendre la valeur d’ensoleillement global journalier (en kWh / m2 / jour) la plus défavorable de la période de fonctionnement, à l’orientation et l’inclinaison choisie. • On considère alors que cette journée dure N heures avec un ensoleillement de 1 000 W / m2 • Comme le panneau solaire débite son max de puissance sous cet ensoleillement, il le fera pendant l’équivalent de N heures au cours de cette journée. On calcule donc la puissance nécessaire de la façon suivante : P(Wc)= Wh demandés / N heures x Coef pertes Le coef de pertes vaut 0,7 dans la plupart des cas. Exemple : Utilisation annuelle sur Paris, en orientation sud 60° / horizont ale. En déc : ensoleillement global = 1,12 kWh/m2 = 1,12 h x 1000 W/m2 Pour un besoin de 20 Wh / j ⇒ P = 20 / 1,12 x 0,7 = 25 Wc minimum

Cours Photovoltaique 2009-2010

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