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CONCEPTION DUN SYSTEME PHOTOVOLTAQUE AUTONOME Les systmes solaires autonomes Mthode de conception. tude de cas. Prsentation systme didactique. Les systmes solaires autonomes Systme solaire domestique SHS Systme onduleur autonome Systmes hybrides Systme solaire domestique SHS

Systme onduleur autonome Systme onduleur autonome Systmes hybrides Systmes hybrides Systmes hybrides Mthode de conception tape 1 valuation des besoins; tape 2 nergie solaire rcuprable; tape 3 Dfinition des modules PV; tape 4 Dimensionnement du stockage; tape 5 Dimensionnement du rgulateur; tape 6 Plan de cblage.

Disponibilit des matriels tape 1 Choix des rcepteurs Calcul de la consommation journalire Optimisation des rcepteurs tape 3 tape 2 Chiffrage de lnergie solaire

rcuprable Calcul de la puissance photovoltaque Choix du type de module Consommation du rgulateur Choix de la tension du systme tape 4 Dimensionnement de laccu

Pertes accu Technologie de laccu tape 5 Dimensionnement du rgulateur Chute de tension dans les cbles tape 6 Plan de cblage Cot du systme tape 1 valuation des besoins

Le kWh solaire est cher conomie dnergie choix de rcepteurs conomes en nergie; utilisation rationnelle. Appareil Nombre Tension Puissance Rendement DC/AC Dure dutilisation/jour Consommation

journalire tape 2 nergie solaire rcuprable Lnergie rcuprable dpend de : lorientation et linclinaison des modules; les conditions mtorologiques; les ombrages Comment orienter et incliner les panneaux ? Orientation sud pour lhmisphre Nord; Inclinaison : Pour un fonctionnement toute lanne orientation pour les mois les plus mauvais mthode latitude + 10 Pour la France implantation 60 Sud ;

Pour un fonctionnement estival 20 30; Donnes mtorologiques Mini Logiciel RETScreen - Station mto de Lyon Bron - Inclinaison des PV 30 Donnes mtorologiques Logiciel RETScreen - Station mto de Lyon Bron - Inclinaison des PV 60 Mini Ombrages tape 3 Dfinition des modules PV E

I S prod kWhm 2 j 1 m 2 nergie reue sur une surface oriente S et incline d'un angle gal la latitude kWhj 1 Pc I STC S kWhm 2 j 1 I

Avec E : nergie produite par les panneaux I : Irradiation du lieu considr S : surface des panneaux : rendement des panneaux (12%) N e I h/ j STC 1k W m 2 E prod Pc N e Eprod : nergie solaire journalire (Wh/j) Ne : : nombre dheures quivalentes (h/j)

Pc : puissance crte (Wc) (conditions STC 1000W/m, 25c, AM1,5) Exemple: Lyon en mars avec une Chiffrage des pertes Types de pertes Chiffrage Salissure du panneau 5 10% de pertes en courant Chute de tension entre PV et laccu

0,5 V Chute de tension entre rgulateur et accu < 0,05 V Chute de tension aux bornes de la diode 0,7 V Chute de tension aux bornes des cbles 5%

Baisse de la tension PV avec la temprature Environ 2 mV/C.cel Rendement du rgulateur 90 % Rendement de laccu 80 90% Perte par dsaccord de tension

Remarque Tension des modules Limiter les chutes de tension dans les cbles Section Bonne ventilation des panneaux valuer la chute de tension entre PV et Accu Upertes= 0,8 (diode) + 0,5 (cble) + 1,5 (perte dchauffement) 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 lutilisation en pays chauds au point de puissance maximale; 15 16 V pour lutilisation en pays temprs.

Calcul de la puissance photovoltaque Coefficient de pertes en courant Cp = Csalissure * Caccu de 0,64 09 Puissance photovoltaque Esol (Wh/mj) = Ne (h/j) * 1000 (W/m) Eprod (Wh/j) = Ne (h/j) * Pc (W) En divisant par la tension dutilisation Qprod (Ah/j) = Cp * Ne (h/j) * Im (A) Pc

(W) = Um (V) * Im (A) Technologie des modules Technologie Caractristiques Utilisation Silicium amorphe - Bonne performance aux faibles clairements et clairements diffus. - Rendement 7 %

- faible puissance; - produits bas cot; - produits portables ou en intrieur. Silicium cristallin - rendement 13 % La plupart des applications de plus de 50 Wc Puissance du champ PV 0 500 W

500 2kW 2 10k W > 10k W Tension recommande 12 V 24 V 48 V > 48 V

tape 4 et 5 Dimensionnement du stockage et du rgulateur La batterie daccumulateur est le composant le moins durable dun systme photovoltaque. Site difficile accs grosse batterie; Exemple batterie tubulaire : 15 ans, 1200 cycles de dcharge 80%. Site peu sollicit ou facile daccs batterie solaire plaques ou batterie de voiture. Calcul de la capacit de laccu Dterminer le nombre de jours dautonomie sans apport solaire Nja statistique mto pour dfinir Nja utilisation normale en pays temprs Nja = 5 8 jours Capacit de laccu pour une dcharge en 20h 25c (C20) Cu (Ah) = Nja * Qcons

Il faut tenir compte de la temprature dutilisation et de la profondeur de dcharge max autorise. C20 (Ah) = Nja (j) * Qcons (Ah/j) / Pd * R t Choix du type de batterie Paramtres permettant le choix :

dure de vie : Le nombre de cycles de dcharge est inversement proportionnelle la profondeur de dcharge. entretien : utilisateur prsent sur le site ? batterie ouverte ou tanche; taux de remplacement; cot; disponibilit; recyclage. Capacit pour une dcharge en 20h (I20 = 0,5A) Tension de fin de dcharge par cellule 1,75V C1 = 6,4 * 1 = 6,4 Ah C10 = 0,96 * 10 = 9,6 Ah Influence de la temprature et du temps de dcharge sur la capacit de laccumulateur C% = f(Temp) accu au plomb

120 100 C% 80 60 Srie1 40 20 0 -40 -20 0

20 40 60 Temp(c) C% = f(t) 120 100 C% 80 60

Srie1 40 20 0 0 2 4 6 t(h) 8 10

12 Le rgulateur Fonction : Contrle de la charge : dtermine la dure de vie de laccu. Contrle de la dcharge : dlestage. Technologies : Rgulateur shunt Rgulateur srie Rgulateur PWM Dimensionnement du rgulateur Tension nominale (12, 24 ou 48V) Courant dentre : en pratique 1,5 * ICC des PV

Courant de sortie : Imax des rcepteurs. tape 6 SYSTEME DIDACTIQUE Bloc de 18 cellules en srie Dossier techniqu e I SYSTEME DIDACTIQUE EXPLOITATION PEDAGOGIQUE Caractristique des panneaux photovoltaques; Caractristique des accus;

Dtermination des divers rendements (batterie, panneaux, rgulateur, onduleur); Analyse de fonctionnement du rgulateur; Observation des transferts dnergie avec le rgulateur; Techniques de dimensionnent dune installation photovoltaque autonome; Analyse des protection ncessaires. Dossier techniqu e Caractristique des panneaux photovoltaques Modlisation des panneaux I +

Recherche du MPPT Rsrie 1,9 I Id ICC = 3 A Rshunt 62 V Facteur de forme Vd = 0,7 V Influence de lorientation

P=f(U) 140 et I=f(U) 5 4,5 4 3,5 3 2,5 2 1,5 1

0,5 0 120 Problmes lis aux ombres portes et diode de protection 100 80 60 40 I=f(U) 5 4,5 4

3,5 3 V 20 0 I = -0,0156*U + 4,4137 0 5 10 15

20 25 30 35 40 45 P(W)= f(angle) 120 100 2,5

2 1,5 1 0,5 0 80 60 I = -0,5225*U + 21,216 40 20 0 10

20 30 40 50 0 0 10 20 30 40

50 60 Caractristique des accumulateurs Modlisation des accumulateurs (MET) lors de la charge et de la dcharge I 1 Rendement en fonction du courant I CC U charge

dcharge I Transferts dnergie Dtermination des divers rendements 4 DC 95% AC 1 Rgulateur 2 86%

86% 3 95% Analyse de fonctionnement du rgulateur Analyse de fonctionnement du rgulateur Ipv Ich Ib Ich = 0

Ipv Ib Ub Ipv Ib Upv Ich = 0 A, Ib et Ub Ipv = Ich = 4,75 A Ipv Ich Ib

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

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

Convertisseur DC/AC Entre DC Sortie AC Charge 40W

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