L'énergie solaire photovoltaïque est une forme d'énergie renouvelable permettant de produire de l'électricité par transformation d'une partie du rayonnement solaire grâce à une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier.
Cette installation peut-être isolée et fonctionner « en ilot » en chargeant des batteries et répondant à des besoins locaux.
Méthode simplifiée de calcul des composants d’une installation photovoltaïque de type "isolé" (non reliée au réseau).
1 - Dimensionnement des panneaux solaires
L’énergie délivrée par un panneau solaire dépend à la fois de la puissance du panneaux, exprimée en Watts crête (elle même liée à ses dimensions) et de l’intensité lumineuse du lieu d’installation.
La puissance crête d’un module est délivrée pour un rayonnement solaire de 1000 W/m².
L’irradation est l’énergie reçue sur une surface de 1 m² pendant 1 jour. Elle est exprimée en kWh/m².j.
Rayonnement solaire annuel dans le monde (KWh/m².an)
Calcul de l’énergie quotidienne nécessaire
Considérons une habitation comportant 5 points lumineux. Les lampes utilisées seront pour des raisons évidentes de type fluocompactes que l’on trouve assez facilement en 12V. Ces lampes se répartissent de la façon suivante :
Le petit réfrigérateur (40 W) quant à lui nécessite 200 Wh/j (donné par le constructeur).
L’utilisation des appareils de communication est de 4 heures pour une consommation de 20W pour l’ensemble des appareils.
L’énergie nécessaire sera donc : 4 x 2 x 9 + 3 x 3 x 11 + 200 + 4 x 20 = 451 Wh/j
Pour tenir compte des variations météo et des rendements des différents composants de l’installation, on majore ce chiffre grâce à un coefficient correcteur k.
En général la majoration est de 50% donc k = 1,5.
L’énergie à produire sera donc : 451 x 1,5 = 677 kWh/j
L’irradiation à Salon étant de 3 kWh/m².j on calcule la puissance des modules photovoltaïques soit : 677 / 3 = 225 Wc.
Si nous voulons installer des panneaux de 72 Wc cela fera : 225 / 72 = 3,125. Soit 3 panneaux en réduisant légèrement nos consommations prévues.
2 - Dimensionnement des batteries
Rappelons
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que les batteries assurent le stockage de l’énergie permettant de faire fonctionner l’installation lorsqu’il n’y a pas de soleil. Son autre rôle moins évident est de pouvoir alimenter des appareils plus puissants que celle cumulée des panneaux.
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que les batteries à usage solaire autorise une décharge de 80% (contre environ 50% pour les batteries classique au plomb). Ce qui revient à dire qu’une batterie de 100 Ah ne représente qu’une capacité de 80 Ah. Il conviendra donc de majorer la capacité des batterie de 25%.
La capacité de la batterie dépendra du nombre de jours d’autonomie désirés. En règle générale on se limite à 3 jours (sauf cas particuliers).
Pour notre cas l’énergie à stocker est : 451 x 3 = 1353 Wh. Tenons compte de la décharge maximale. 1353 + 25 % = 1691 Wh.
Pour obtenir la capacité en Ah il suffit de tenir compte de la tension : 1691 / 12 = 141 Ah.
Le choix se portera soit sur deux batteries de 70Ah ou une seule batterie de 150 Ah.
3 - Dimensionnement du régulateur
Les fonctions du régulateur sont :
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de stopper la charge de la batterie lorsque celle ci est déjà complètement chargée et éviter ainsi une surcharge,
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de couper l’alimenation des appareils lorsque la charge de la batterie devient critique (20%), évitent ainsi une décharge profonde.
Les deux phénomènes, surcharge, décharge profonde, sont préjudiable à la batterie.
Pour ce faire le régulateur comporte un circuit d’entrée, relié aux panneaux solaire, un circuit de sortie reliés aux appareils d’utilisation. En réalité il existe un troisième circuit (relié à la batterie) mais la caractérisation du régulateur par ses deux autres circuits suffit.
L’intensité maximale admissible par le circuit d’entrée doit être supérieur à l’intensité fournie par les modules solaire. Même chose pour le circuit de sortie.
Entrée : puissance des modules : 216 / 12 = 18 A
Sortie : nous estimerons (c’est rarement le cas) que tous les appareils fonctionnent en même temps. La puissance totale est donc : 2 x 9 + 3 x 11 + 40 + 20 = 111W / 12 = 9, 25 A
Nous prendrons donc un régulateur 20A / 20A (la sortie sera surdimensionée).
