CONCEPTION D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE AUTONOME

1. CONCEPTION D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE AUTONOME • Les systèmes solaires autonomes • Méthode de conception. • Étude de cas. • Présentation système didactique.

2. Les systèmes solaires autonomes • Système solaire domestique SHS • Système à onduleur autonome • Systèmes hybrides

3. Système solaire domestique SHS

4. Système à onduleur autonome Système à onduleur autonome

5. Systèmes hybrides Systèmes hybrides

6. Systèmes hybrides

7. Méthode de conception • Étape 1 – Évaluation des besoins; • Étape 2 – Énergie solaire récupérable; • Étape 3 – Définition des modules PV; • Étape 4 – Dimensionnement du stockage; • Étape 5 – Dimensionnement du régulateur; • Étape 6 – Plan de câblage.

9. Étape 1 – Évaluation des besoins • Le kWh solaire est cher  économie d’énergie • choix de récepteurs économes en énergie; • utilisation rationnelle.

10. Étape 2 – Énergie solaire récupérable • L’énergie récupérable dépend de : • l’orientation et l’inclinaison des modules; • les conditions météorologiques; • les ombrages

11. Comment orienter et incliner les panneaux ? • Orientation sud pour l’hémisphère Nord; • Inclinaison : • Pour un fonctionnement toute l’année • orientation pour les mois les plus mauvais • méthode  latitude + 10°  Pour la France implantation « 60° Sud »; • Pour un fonctionnement estival 20 à 30°;

12. Mini Données météorologiques Logiciel RETScreen - Station météo de Lyon Bron - Inclinaison des PV 30°

13. Mini Données météorologiques Logiciel RETScreen - Station météo de Lyon Bron - Inclinaison des PV 60°

14. Ombrages

15. Étape 3 – Définition des modules PV énergie reçue sur une surface orientée S et inclinée d'un angle égal à la latitude • Avec • E : énergie produite par les panneaux • I : Irradiation du lieu considéré • S : surface des panneaux •  : rendement des panneaux (12%) Eprod : énergie solaire journalière (Wh/j) Ne : : nombre d’heureséquivalentes (h/j) Pc : puissance crête (Wc) (conditions STC 1000W/m², 25°c, AM1,5) Exemple: à Lyon en mars avec une implantation « sud  60° »  Ne = 2,67 h/j

16. Chiffrage des pertes

17. Tension des modules • Limiter les chutes de tension dans les câbles  Section • Bonne ventilation des panneaux • Évaluer la chute de tension entre PV et Accu • Upertes= 0,8 (diode) + 0,5 (câble) + 1,5 (perte d’échauffement) Upv = Uaccu + Upertes Pour une application en 12 V  Upv = (6 * 2,3) + 0,8 +0,5+1,5 = 16,6 V En pratique pour une installation 12 V prendre: • 17 - 18 V pour l’utilisation en pays chauds au point de puissance maximale; • 15 – 16 V pour l’utilisation en pays tempérés.

18. Calcul de la puissance photovoltaïque • Coefficient de pertes en courant • Cp = Csalissure * Caccu de 0,64 à 09 • Puissance photovoltaïque • Esol (Wh/m²j) = Ne (h/j) * 1000 (W/m²) •  Eprod (Wh/j) = Ne (h/j) * Pc (W) • En divisant par la tension d’utilisation • Qprod (Ah/j) = Cp * Ne (h/j) * Im(A)Pc(W) = Um (V) * Im (A)

19. Technologie des modules

22. Étape 4 et 5 – Dimensionnement du stockage et du régulateur • La batterie d’accumulateur est le composant le moins durable d’un système photovoltaïque. • Site difficile accès  grosse batterie; Exemple batterie tubulaire : 15 ans, 1200 cycles de décharge à 80%. • Site peu sollicité ou facile d’accès batterie solaire à plaques ou batterie de voiture.

23. Calcul de la capacité de l’accu • Déterminer le nombre de jours d’autonomie sans apport solaire Nja • statistique météo pour définir Nja • utilisation normale en pays tempérés  Nja = 5 à 8 jours • Capacité de l’accu pour une décharge en 20h à 25°c (C20) • Cu (Ah) = Nja * Qcons • Il faut tenir compte de la température d’utilisation et de la profondeur de décharge max autorisée. • C20(Ah) = Nja(j) * Qcons(Ah/j) / Pd * Rt • Pd : profondeur de décharge (0,7 à 0,8) • Rt : Coefficient réducteur de la température

24. Choix du type de batterie • Paramètres permettant le choix : • durée de vie : Le nombre de cycles de décharge est inversement proportionnelle à la profondeur de décharge. • entretien : utilisateur présent sur le site ?  batterie ouverte ou étanche; • taux de remplacement; • coût; • disponibilité; • recyclage.

25. Capacité pour une décharge en 20h (I20 = 0,5A) Tension de fin de décharge par cellule 1,75V C1 = 6,4 * 1 = 6,4 Ah C10 = 0,96 * 10 = 9,6 Ah

26. Influence de la température et du temps de décharge sur la capacité de l’accumulateur

27. Le régulateur • Fonction : • Contrôle de la charge : détermine la durée de vie de l’accu. • Contrôle de la décharge : délestage. • Technologies : Régulateur shunt Régulateur série

28. Régulateur PWM

29. Dimensionnement du régulateur • Tension nominale (12, 24 ou 48V) • Courant d’entrée : en pratique 1,5 * ICC des PV • Courant de sortie : Imax des récepteurs.

30. Étape 6 –

31. SYSTEME DIDACTIQUE Dossier technique

32. SYSTEME DIDACTIQUE EXPLOITATION PEDAGOGIQUE • Caractéristique des panneaux photovoltaïques; • Caractéristique des accus; • Détermination des divers rendements (batterie, panneaux, régulateur, onduleur); • Analyse de fonctionnement du régulateur; • Observation des transferts d’énergie avec le régulateur; • Techniques de dimensionnent d’une installation photovoltaïque autonome; • Analyse des protection nécessaires. Dossier technique

33. Caractéristique des panneaux photovoltaïques • Modélisation des panneaux • Recherche du MPPT • Facteur de forme • Influence de l’orientation • Problèmes liés aux ombres portées et diode de protection

34. Caractéristique des accumulateurs • Modélisation des accumulateurs (MET) lors de la charge et de la décharge • Rendement en fonction du courant

35. Transferts d’énergie • Détermination des divers rendements 86% 95% 86% 95%

36. Ipv Ich Ib Analyse de fonctionnement du régulateur • Analyse de fonctionnement du régulateur

37. Ipv Ib Ich = 0 Ub Ipv Ib Upv Ich = 0 A, Ib et Ub

38. Ipv Ich Ib Ipv = Ich = 4,75 A Upv Ub Ipv Ib

39. Ipv Ich Ib ??? Ich = Ipv / 2 = 2,66 A Ipv Ib Upv Ub

40. Ipv Ich Ib Ich = 7.17 A Ipv Upv Ub Ib

41. Convertisseur DC/AC Sortie AC – Charge 40W Entrée DC