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ON EPTION DUN SYSTEMEPHOTOVOLTAQUE AUTONOME
Les systmes solaires autonomes
Mthode de conception.
tude de cas.
Prsentation systme didactique.
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Les systmes solaires autonomes
Systme solaire domestique SHS
Systme onduleur autonome
Systmes hybrides
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Systme solaire domestique SHS
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Systme onduleur autonomeSystme onduleur autonome
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Systmes hybridesSystmes hybrides
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Systmes hybrides
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Mthode de conception
tape 1valuation des besoins;
tape 2nergie solaire rcuprable;
tape 3Dfinition des modules PV;
tape 4 Dimensionnement du stockage;
tape 5Dimensionnement du rgulateur;
tape 6Plan de cblage.
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Choix desrcepteurs
Calcul de laconsommation
journalire
Chiffrage delnergie solaire
rcuprable
Dimensionnementde laccu
Technologie delaccu
Dimensionnementdu rgulateur
Plan de cblage
Cot du systme
Calcul de lapuissance
photovoltaque
Choix du type demodule
Choix de la tensiondu systme
tape 1
tape 2
tape 3
tape 4
tape 5
tape 6
Disponibilit des matriels
Pertes accu
Chute de tension
dans les cbles
Optimisation des
rcepteurs
Consommation du
rgulateur
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tape 1 valuation des besoinsLe kWh solaire est cherconomie
dnergiechoix de rcepteurs conomes en nergie;utilisation
rationnelle.
Appareil Nombre Tension Puissance Rendement
DC/AC
Dure
dutilisation/jour
Consommation
journalire
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tape 2 nergie solaire rcuprable
Lnergie rcuprable dpend de :
lorientation et linclinaison des modules;
les conditions mtorologiques;
les ombrages
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Comment orienter et incliner les panneaux ?Orientation sud pour
lhmisphre Nord;
Inclinaison :Pour un fonctionnement toute lanneorientation pour
les mois les plus mauvaismthodelatitude + 10Pour la France
implantation 60 Sud ;
Pour un fonctionnement estival 20 30;
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Donnes mtorologiques
Logiciel RETScreen- Station mto de Lyon Bron - Inclinaison des
PV 30
Mini
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Donnes mtorologiques
Logiciel RETScreen- Station mto de Lyon Bron - Inclinaison des
PV 60
Mini
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Ombrages
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tape 3 Dfinition des modules PV
Eprod : nergie solaire journalire (Wh/j)Ne : : nombre
dheuresquivalentes (h/j)Pc : puissance crte (Wc)(conditions STC
1000W/m, 25c, AM1,5)
Exemple: Lyon en mars avec uneimplantation sud 60 Ne = 2,67
h/j
prod c eE P N
2 1 21
2 1
2
/
1
prod
kWh m j mkWh j
c
STC
kWh m j
eSTCh j
kW m
E I S
P
I S
IN
I
AvecE : nergie produite par les panneauxI : Irradiation du lieu
considrS : surface des panneaux: rendement des panneaux (12%)
nergie reue su r une surface oriente S e t incline d un angle
gal lalatitude
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Chiffrage des pertesTypes de pertes Chiffrage Remarque
Salissure du panneau 5 10% de pertes encourant
Chute de tension entrePV et laccu
0,5 V
Chute de tension entrergulateur et accu
< 0,05 V
Chute de tension auxbornes de la diode
0,7 V
Chute de tension auxbornes des cbles
5 %
Baisse de la tension PV
avec la temprature
Environ 2 mV/C.cel
Rendement durgulateur
90 %
Rendement de laccu 80 90%
Perte par dsaccord de
tension
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Tension des modulesLimiter les chutes de tension dans les
cblesSectionBonne ventilation des panneauxvaluer la chute de
tension entre PV et Accu
Upertes= 0,8 (diode) + 0,5 (cble) + 1,5 (perte dchauffement)
Upv= Uaccu+UpertesPour une application en 12 VUpv = (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
puissancemaximale;1516 V pour lutilisation en pays temprs.
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Calcul de la puissance photovoltaqueCoefficient 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)
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Technologie des modulesTechnologie Caractristiques
Utilisation
Silicium amorphe - Bonne performance auxfaibles clairements
etclairements diffus.
- Rendement 7 %
- faible puissance;
- produits bas cot;
- produits portables ou enintrieur.
Silicium cristallin - rendement 13 % La plupart des
applicationsde plus de 50 Wc
Puissance du champ PV 0500 W 5002kW 210k W > 10k W
Tension recommande 12 V 24 V 48 V > 48 V
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tape 4 et 5 Dimensionnement dustockage et du rgulateurLa
batterie daccumulateur est le composant le moins durable dun
systme photovoltaque.
Site difficile accsgrosse batterie; Exemple batterie tubulaire :
15ans, 1200 cycles de dcharge 80%.
Site peu sollicit ou facile daccsbatterie solaire plaques
oubatterie de voiture.
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Choix du type de batterieParamtres permettant le choix :
dure de vie : Le nombre de cycles de dcharge est
inversementproportionnelle la profondeur de dcharge.
entretien : utilisateur prsent sur le site ?batterie ouverte
ou
tanche;
taux de remplacement;
cot;
disponibilit;
recyclage.
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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
I fl d l t t t d t d d h l
-
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C% = f(Temp) accu au plomb
0
20
40
60
80
100
120
-40 -20 0 20 40 60
Temp(c)
C% Srie1
C% = f(t)
0
20
40
60
80
100
120
0 2 4 6 8 10 12
t(h)
C% Srie1
Influence de la temprature et du temps de dcharge sur lacapacit
de laccumulateur
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Le rgulateurFonction :
Contrle de la charge : dtermine la dure de vie de laccu.
Contrle de la dcharge : dlestage.
Technologies :
Rgulateur shunt Rgulateur srie
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Rgulateur PWM
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Dimensionnement du rgulateur
Tension nominale (12, 24 ou 48V)
Courant dentre : en pratique 1,5 * ICC des PV
Courant de sortie : Imax des rcepteurs.
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tape 6
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SYSTEME DIDACTIQUE
Dossier technique
I
Bloc de 18 cellules
en srie
http://e/Solaire/Doc/Dossier%20Technique.pdfhttp://e/Solaire/Doc/Dossier%20Technique.pdf
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SYSTEME DIDACTIQUEEXPLOITATION PEDAGOGIQUECaractristique 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 technique
http://e/Solaire/Doc/Dossier%20Technique.pdfhttp://e/Solaire/Doc/Dossier%20Technique.pdf
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Caractristique des panneauxphotovoltaquesModlisation des
panneauxRecherche du MPPT
Facteur de forme
Influence de lorientation
Problmes lis aux ombres porteset diode de protection
Id
I
V
Rsrie1,9
Rshunt 62
ICC= 3 A+
V
I
Vd = 0,7 V
P=f(U) et I=f(U)
0
20
40
60
80
100
120
140
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,54
4,5
5
I=f(U)
I = -0,0156*U + 4,4137
I = -0,5225*U + 21,216
0
0,5
1
1,5
2
2,5
33,5
4
4,5
5
0 10 20 30 40 50
P(W)= f(angle)
0
20
40
60
80
100
120
0 10 20 30 40 50 60
-
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Modlisation des accumulateurs (MET) lors de la charge et dela
dcharge
Rendement en fonction du courant
Caractristique des accumulateurs
charge
dcharge
U
I
1
CC
I
I
-
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Transferts dnergie
Rgulateur
DC
AC
1
2 3
4
Dtermination des divers rendements
86
95
95
86
-
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Analyse de fonctionnement du rgulateur
Analyse de fonctionnement du rgulateur
Ipv
Ib
Ich
-
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37/41
Ich = 0 Ipv
Ib
Upv
Ich = 0 A, Ib et Ub
Ipv
Ib
Ub
-
8/13/2019 Site isol
38/41
Ipv = Ich = 4,75 A Ipv
Ib
Ich
Upv
IpvIb
Ub
-
8/13/2019 Site isol
39/41
Ich = Ipv / 2 = 2,66 A Ipv
Ib
Ich
Upv
Ipv Ib
Ub
???
-
8/13/2019 Site isol
40/41
Ich = 7.17 A Ipv
Ib
Ich
Upv
Ipv
Ib
Ub
-
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