Conception et installation des systèmes photovoltaïques solaires
La société moderne dépend de l'énergie pour les besoins quotidiens tels que l'industrie, le chauffage, le transport et l'agriculture, principalement satisfaits par des sources non renouvelables (charbon, pétrole, gaz). Cependant, ces sources causent des dommages environnementaux, sont inégalement distribuées et font face à une volatilité des prix en raison de réserves limitées, ce qui stimule la demande d'énergie renouvelable.
L'énergie solaire, abondante et capable de répondre aux besoins mondiaux, se distingue. Les systèmes PV autonomes (Fig 1) offrent une indépendance énergétique par rapport aux services publics. Voici un aperçu de leur planification, conception et installation pour la production d'électricité.
Planification d'un système PV autonome
Évaluation et relevé du site :
Minimisation de l'ombrage : Assurez-vous que le site d'installation (toit ou sol) est exempt de structures ombrantes et qu'aucune construction future ne bloquera le rayonnement solaire.
Surface : Déterminez la superficie du site pour estimer le nombre/taille des panneaux PV, et planifiez le placement des onduleurs, convertisseurs et banques de batteries.
Considérations pour les toits : Pour les toits inclinés, notez l'angle d'inclinaison et utilisez un support approprié pour maximiser l'incidence solaire (idéalement perpendiculaire aux panneaux).
Routage des câbles : Planifiez les itinéraires des câbles (connectant l'onduleur, la banque de batteries, le régulateur de charge et le tableau PV) pour minimiser l'utilisation des câbles et la chute de tension, en équilibrant l'efficacité et le coût.
Évaluation des ressources solaires :
Données d'ensoleillement : Mesurez ou obtenez (des stations météorologiques) l'énergie solaire reçue, en utilisant soit des kilowattheures par mètre carré par jour (kWh/m²/jour), soit des heures de soleil maximal quotidien (PSH, heures avec un éclairement moyen de 1000 W/m²).
Métrique clé : Utilisez les PSH pour des calculs simplifiés (à distinguer des "heures de soleil moyennes", qui reflètent la durée plutôt que l'énergie). Adoptez la plus faible insolation mensuelle moyenne pour assurer la fiabilité du système pendant les périodes de faible ensoleillement.
Considérations pour les systèmes PV autonomes
1. Calcul de la demande d'énergie
La taille du système dépend de la demande de charge, calculée comme suit :
Demande d'énergie quotidienne (Wh) = Somme de (puissance nominale de l'appareil en watts × heures de fonctionnement quotidiennes).
Utilisez la demande quotidienne la plus élevée pour équilibrer la fiabilité et le coût (assure le fonctionnement pendant les périodes de pointe, bien que cela augmente le coût du système).
2. Dimensionnement de l'onduleur et du régulateur de charge
Onduleur : Noté 25% plus élevé que la charge totale (pour tenir compte des pertes).
Exemple : Pour une charge de 2400W, un onduleur de 3000W (2400W × 1.25) est nécessaire.
Régulateur de charge : Courant nominal = 125% du courant de court-circuit des panneaux PV (facteur de sécurité).
Exemple : 4 panneaux avec un courant de court-circuit de 10A nécessitent un contrôleur de 50A (4×10A ×1.25).
Note : Les contrôleurs MPPT suivent les spécifications du fabricant.
3. Énergie quotidienne vers l'onduleur
Prenez en compte l'efficacité de l'onduleur (par exemple, 90%) :
4. Tension du système
Déterminée par la tension de la batterie (typiquement 12V, 24V, etc.), avec des tensions plus élevées réduisant les pertes de câble. Exemple : système de 24V.
5. Dimensionnement de la batterie
Paramètres clés : profondeur de décharge (DOD), jours d'autonomie et tension du système.
Capacité utilisable = Ah de la batterie × DOD.
Capacité de charge requise = Énergie de la batterie / tension du système.
Exemple : 3000Wh de la batterie dans un système de 24V → 125Ah requis.
Pour des batteries de 12V, 100Ah (70% de DOD) :
Ainsi, il y aura au total quatre batteries de 12 V, 100 Ah. Deux connectées en série et deux en parallèle. La capacité requise des batteries peut également être trouvée par la formule suivante.
Dimensionnement du tableau PV
Capacité totale du tableau PV (W) : Calculée en utilisant les heures de soleil maximal journalier les plus basses (ou facteur de génération du panneau, PFG) et la demande d'énergie quotidienne :
Total W_peak = (Demande d'énergie quotidienne (Wh) / PFG) × 1.25 (facteur d'échelle pour les pertes).
Nombre de modules : Divisez le total W_peak par la puissance nominale d'un seul panneau (par exemple, 160W).
Exemple : Pour une demande quotidienne de 3000Wh et PFG = 3.2, total W_peak = 3000 / 3.2 ≈ 931W. Avec des panneaux de 160W, 6 modules sont nécessaires (931 / 160 ≈ 5.8, arrondi au supérieur).
Facteurs de perte (pour ajuster le PFG) : Incluez l'angle du soleil (5%), le point de puissance maximale non atteint (10%, exclu pour MPPT), la saleté (5%), le vieillissement (10%) et la température élevée (>25°C, 15%).
Dimensionnement des câbles
Considérations clés : Capacité de courant, chute de tension minimale (<2%), pertes résistives, résistance aux intempéries (étanche/UV).
Formule de la section transversale :
A = (ρ × I_m × L / VD) × 2
(ρ = résistivité, I_m = courant maximum, L = longueur du câble, VD = chute de tension permise).
Équilibre : Évitez la sous-dimension (perte d'énergie/accidents) ou la surdimension (inefficacité coûteuse). Utilisez des disjoncteurs et des connecteurs appropriés.
