Affichage des articles dont le libellé est Photovoltaique. Afficher tous les articles

dimanche 10 janvier 2016

Dimensionnement site isolé

- Dimensionnement d'un système photovoltaïque en site isolé

Définir: la puissance de votre consommation journalier.
La puissance des panneaux solaires photovoltaïques.
La puissance des batteries.
La régulateur de charge.
Le câblage de votre système
La puissance des onduleurs
la structure de votre support (Inclinaison et orientation).

Il faut tout d'abord analyser ses besoins :
Définir la puissance totale de consommation journalier (en watt) qui dépend des appareils qui devrait être alimentés, le tableau si dessous peut vous aider à calculer la puissance consommé par vos appareils électroménagers. (la période d'utilisation et la fréquence. Quelques appareils peut un peut varier selon votre choix) mais en général c'est le principe à prendre pour mieux calculer)
Ce besoin se traduit par un chiffre : le nombre de watt x heures consommés par jour. Par exemple une ampoule de 11 watts qui reste allumée pendant 4 heures utilisera 44 Wh (watt x heure). Un moteur en 12V qui consomme 1,5 ampère a une puissance de 12x1.5=18 Watts. S'il fonctionne pendant 2 heures, il aura consommé 18x2=36 Wh. Un réfrigérateur 12 Volts A+++ consomme environ 700 Wh par jour

Ce chiffre permet de dimensionner le champ de panneaux solaire, c'est aussi un élément du dimensionnement des batteries etd(un coté la puissance de l’onduleur si on veut mettre l’installation en 220v.

Autonomie

Ensuite on décide de son besoin en autonomie (nombre de jours sans soleil durant lesquels on exige un fonctionnement 'sur batteries' du système). on conseille 3 à 5 jours d'autonomie. Ce besoin détermine la taille des batteries.

Un groupe électrogène permet dans un certain nombre de cas de réduire notablement le dimensionnement solaire pour les installations utilisées toute l'année.

Alternativement, une autre source de courant, comme une éolienne, peut aussi compléter utilement une installation photovoltaïque et limiter l'emploi du groupe électrogène.

Tableau de consommation des appareils de ménage:

Si vois aimez les calculs voici un ( pdf )

Logiciels de dimensionnement solaire photovoltaïques:

Archelios
Calsol
PVGIS

Dimensionnement des panneaux solaires:

La ressource solaire: géométrie, puissance et énergie. est importante:

La puissance d'un panneau solaire photovoltaïque est donnée en watts crête : c'est la puissance qu'il fournit sous un ensoleillement 'nominal' de 1000 w/m. En fonction de l'implantation il fournira plus ou moins d'énergie au cours de l'année

Un module solaire PV (ou un champs solaire, ou un générateur PV) est

caractérisé en puissance selon 3 paramètres:

- Rayonnement de 1 kW/m²

- Température de jonction (Tj.) à 25°C

- AM = 1,5

Dimensionnement des batteries:

Pour dimensionner la puissance de vos batteries il diviser la puissance de votre consommation totale y compris l'autonomie par la tension que vous devez utiliser soit 12v soit 24v ou 48v, en tenant compte du 20% de la batterie.Voir (connexion des battries)
Il est conseiller pour les installations qui dépasse 1kw à 1.5kw de travailler en 24v pour diminuer les pertes de tension et la section des câbles.
Dimensionnement une régulateur:
Pour dimensionner la régulateur on divise la puissance des panneaux solaires par la tension utilisée en laissant une marge de 20% au régulateur.et parfois on a besoin de plusieurs régulateurs.
Pour connaitre le nombre de régulateur on divise l'intensité trouvée précédant par la puissance de la régulateur désirée 30A -35A-40A ou 60A, on divise aussi les panneaux solaire, mais essayer de mettre le moins possible de régulateurs dans l'installation.
C'est mieux de mettre des régulateur en MPPT
Dimensionnement un Onduleur :
C'est 20% de plus de la puissance total de votre consommation par heure.
Attention si vous utiliser une pompe à eau ou un frigidaire ou un système qui porte un moteur
il faut prévoir un onduleur convenable.
Optimisation:

Favoriser les appareils et éclairage à faible consommation électrique (Classe A, lampe à led ou fluo-compacte...)

Regrouper les appareils par tension

Préférer les appareils fonctionnant en courant continu de tension 12, 24, 48 VDC, comme cela on limite les pertes de conversion en courant alternatif 230VAC (onduleur).

dimensionnement pompage solaire(1)

En connaissant:

localisation géographique
profondeur du puits
débit désiré en m³ / jour

Il existe plusieurs type de pompes nous allons voir seulement les pompes immergées solaires

Accompagnées de leurs onduleurs comme Lorentz et grundfos :

Ils se caractérisent par :

1- la puissance en watt

2 - La tension de fonctionnement qui varie selon les types et la référence de la pompe

3- la courbe de fonctionnement (débit et profondeur) Le débit normalement varie selon le

Profondeur et la puissance des panneaux solaires.

La référence aussi de la pompe varie selon le débit et la profondeur

4- La matière dont elle est fabriqué (turbine et moteur inox 304 ou inox 316)

5- Type de refroidissement (à eau ou à huile)

Et pour les autres caractéristiques on peut voir la notice du fabricant

Une référence normalement porte les caractéristiques important de la pompe Tension –puissance - débit max –profondeur max etc…….

Exemple : lorentz PS1800 C-SJ3-18 c’est pour un puit forage minimum de 4’’

Technical data : on trouve la plage de tension dont on fera la connection des pan/sol

Pour PS1800 c’est entre 102v et 200v DC (partie plus importante)

Pump shart : Verticalement de 0 à 4 c’est le débit de la pompe en m3/h

Horizontalement de 0 à 1.6 on trouve la puissance des pan/sol

Sur les courbes en bleu c’est la profondeur en m (partie plus importante)

Dimension : Dimensions de la pompe et le plus important c’est A-E et S sortie en pouce de la pompe

Lorentz PS4000-HR-14H

Forage 4’’ – Tension 238 à 375v DC - profondeur de 100 à 180m – Débit de 2 à 2.6m3/h –

Puissance solaire de 1 à 1.8kw – diamètre 147mm, long 913mm, sortie 1.25’’ (1’’1/4)

Vous constatez que chaque pompe a sa limite de travail (tension, profondeur, puissance et débit)

Lorentz possède environ 78 référence de pompes solaires chaque une a sa limite

La tension se fait en connectant les panneaux en série et la puissance c’est la puissance de chaque panneaux solaire x le nombre des panneaux.

Exemple pour 238 à 375 avec panneaux open circuit 46.5v qui délivre 32.2v et 190w

- 8 pan en série donnent 8x32.2=257v juste

- Pour la puissance 8x190=1520w insuffisante si on met 2 séries de 8 en parallèle ça donne 3040w c’est beaucoup plus donc on change la puissance des pan sol 190w on besoin de pan sol de 140w 24v ce qui fait

140x8x2=2240w dont c’est un peut prêt juste.

Donc on connecte les pan sol 8 en série et 8 en série et les 2 séries en parallèle on a 2 string de 8 panneaux qui donne 257v 2240w

Ils vont être connecté à l’onduleur en passant par la boite étanche de protection avec un câble de 2x+terre un autre câble de 3x+terre de l’onduleur vers la pompe qui doit être connecté à la pompe grâce à une boite de jonction) pour éviter le court-circuit dans l’eau puis on connecte à l’onduleur soit les sondes ou les flotteurs de protection de la pompe en cas de non présence de l’eau dans le puis ou en cas ou le bassin est plein qu’on va voir après.

Pompage solaire

Applications:

Les pompes à eau alimentées par l'énergie solaire sont utilisées principalement pour :

L'irrigation des cultures (éventuellement via un dispositif de goutte-à-goutte),
L'abreuvage de bétail,
La gestion de réserves d'eau

En outre, le solaire photovoltaïque permet aussi l'électrification

de zones isolées et non raccordées au réseau électrique.

Le solaire thermique peut être utilisé pour les activités de séchage de récoltes.

L'application la plus intéressante pour l'agriculture est le pompage solaire, qui permet d'extraire de quelques centaines de litres à plusieurs mètre-cubes d'eau par heure.

L'avantage principal est qu'il n'est pas nécessaire de consommer du carburant (diesel, gaz) coûteux et polluant pour faire fonctionner les pompes. Le rayonnement solaire,gratuit, est aujourd'hui une source suffisante pour puiser l'eau à plus de 350 mètres de profondeur.

Composantes:

Une installation de base est composée des éléments suivants:

des panneaux solaires, pour capter l'énergie du soleil et la convertir en électricité.
Un contrôleur pour transmettre et convertir le courant continu en triphasé des panneaux vers la pompe, contrôle les niveaux d'eau dans le puits et dans le réservoir.
Une pompe à eau solaire, pour le pompage d'eau en consommant l'énergie fournie par les panneaux.

Généralement il n’y a pas de batterie de stockage, au lieu de stocker l’énergie sur des batteries on stock l’eau pompée sur un bassin plus large.Mais dans certains cas on peut rajouter à un petit système :

des batteries emmagasinent l'énergie obtenue durant la journée, pour permettre de fournir de l'énergie après le coucher du soleil.
Un régulateur de charge gère le dispositif en fonction de l'état de charge des batteries et de la consommation électrique des appareils utilisés. Le régulateur de charge a un rôle clef pour le bon fonctionnement de l'installation solaire en site isolé. Il gère le niveau de charge de la batterie, évitant une sous charge ou une surcharge.

Dimensionnement

On se demande quelle taille d'installation répond à mon besoin?

Au démarrage du projet, certains calculs permettent de déterminer le matériel répondant aux besoins: nombre de panneaux nécessaires, puissance de la pompe....

Les informations de base nécessaires sont:

localisation géographique
profondeur du puits
débit désiré en m³ / jour

Sur la base de ces paramètres, Un logiciel de dimensionnement de la puissance des panneaux solaires et le type de pompe à utiliser est disponible en ligne chez lorentz Il identifie l'installation dont la capacité permet de fournir suffisamment d'eau en moyenne sur l'année.

Le type de pompe chez lorentz est de très bonne qualité, Mais c'est le model qui marche seulement avec le contrôleur fourni avec la pompe.
Lien de dimenensionnement pompage solaire lorentz:mais il faut s'inscrir:
http://www.lorentz.de
Lien de dimensionnement solaire qui utilise la pompe lorentz: Sines:
http://www.lelab-sines.fr/LeLab_Pompage.aspx

Grundfos aussi propose une série de pompes solaires aussi importantes avec un logiciel de dimensionnement en ligne gratuit:

http://fr.grundfos.com/

Alors qu'aujourd'hui il existe de nombreux contrôleurs qui peuvent fonctionner avec n'importe quelles pompes déjà existantes sur le puits, exemple: les contrôleurs INVT.

Dimensionnement une régulateur

Dimensionnement une régulateur:

Pour dimensionner la régulateur on divise la puissance des panneaux solaires par la tension utilisée en laissant une marge de 20% au régulateur.et parfois on a besoin de plusieurs régulateurs.
Pour connaitre le nombre de régulateur on divise l'intensité trouvée précédant par la puissance de la régulateur désirée 30A -35A-40A ou 60A, on divise aussi les panneaux solaire, mais essayer de mettre le moins possible de régulateurs dans l'installation.
C'est mieux de mettre des régulateur en MPPT

Branchement des régulateurs

Branchement des régulateurs solaires de charge, Control de charge et Control de décharge.

	Manuel d'installation régulateur de charge TRISTAR TS45A en 12-24-48v Manuel d'installation régulateur de charge TRISTAR TS60A en 12-24-45v0 Manuel d'installation régulateur de charge TRISTAR TS45A MPPT en 12A-24A-45A
	Manuel d'installation régulateur solaire de charge STECA 10A-15A-20A-30A

Comprendre le fonctionnement des régulateurs MPPT

Comprendre le rôle et le fonctionnement des régulateurs MPPT

Le fonctionnement MPPT (Maximum Power PointTracking) permet

d'obtenir des gains importants de production solaire en optimisant le fonctionnement des panneaux solaires.

Lecture de la puissance d'un panneau solaire

Un panneau solaire est capable de fournir une puissance qui dépend directement de l'ensoleillement mais aussi pour une part non négligeable de la tension qui est appliquée à sa sortie(celle ci dépend de la charge qui est connectée à celui ci).

Si l'on prend les caractéristiques du panneau solaire NOWER de 90 watts, on peut lire en particulier les données suivantes :

VMPP (tension où le panneau produit son maximum de puissance) : 18 Volts

IMPP (intensité correspondant à la tension VMPP) : 5A

Si l'on multiplie 18 par 5, on obtient les 90 watts caractéristiques de la puissance du panneau solaire. Ces 90 watts ne sont pas une puissance théorique mais bien une puissance que le panneau solaire est capable de produire par un ensoleillement optimal (conditions d’irradiations obtenues quand le soleil est à son zénith ) à une température de 20 degrés celsius.

Pour produire cette quantité d'énergie, le panneau solaire doit fonctionner à une tension de 18 Volts et dans les faits, cette tension n'est jamais atteinte sur un système 12 Volts dans la mesure où la tension maximum de la batterie est de 14 Volts. Par conséquent, le panneau solaire ne fonctionnera jamais dans des conditions optimales et la puissance maximum ne sera jamais atteinte.

Le régulateur MPPT est conçu pour contourner cette limitation.

Résumé de la fonction du régulateur MPPT

L'objet du régulateur MPPT est de se placer en permanence côté panneau solaire à la tension la plus optimale afin de maximiser la production du panneau. Cette tension dépend à la fois des conditions de température et d'ensoleillement.

Le gain quotidien obtenu grâce à un régulateur MPTT bien conçu est de 20 à 30% (en fonction des conditions d'ensoleillement et de température).

Regulateurs solaires

Les régulateurs de charge :

Les panneaux solaires 12V sont des générateurs de tension qui fonctionnent avec une tension
optimale fixe, dont la valeur diffère selon les constructeurs ;
elle peut aller de 17 à 23V (en général c'est 17 ou 18V), c'est le courant qui varie.
Le rôle du régulateur solaire est de transformer la puissance reçue (W = U x I) (W=Puissance U=tension I=Ampère) en courant utilisable pour charger la batterie de service.

Notez bien que deux panneaux solaires montés en parallèle donnent la même tension et le courant en double, et deux panneaux solaires montés en série donnent le même ampère et la tension en double (et c’est le même principe pour les batteries)
Le régulateur a donc 2 fonctions principales complémentaires :

Convertisseur
Chargeur de batterie intelligent

Mais cela ne doit pas se faire n'importe comment : il faut que le régulateur charge la batterie en fonction de plusieurs paramètres, dont les principaux sont :

- La courbe de charge de la batterie qui dépend de son type (Plomb ou AGM ou Gel)

- La température de l'air près de la batterie ; en effet, la courbe de charge varie avec

la température

- Le courant et la tension reçus des panneaux solaires

- Le niveau de charge de la batterie

En entrée du régulateur, on va avoir dans de bonnes conditions d'éclairement : 17V de tension et 7,4A d'intensité de courant, ce qui fait une puissance de :

17 x 7,4 = 125,8W (watt)

En sortie du régulateur, on va avoir des valeurs différentes en fonction du type de régulateur.

Pour un régulateur PMW, on va avoir pour une tension de 13,8V un courant de 7,4A

Pour un régulateur MPPT, on va avoir pour une tension de 13,8V un courant de 125,8/13,8 = 9,11A

On constate que la totalité de la puissance fournie en entrée est récupérée intégralement en sortie par le régulateur MPPT, alors que le régulateur PWM ne transmet que le courant d'entrée.

Cette puissance est utilisée pour charger la batterie de service ; quand elle est chargée cette puissance est perdue, sauf si d'autres appareils que la batterie de service est connectée au régulateur.
Un autre avantage du MPPT est de pouvoir travailler avec une tension de 24V en entrée (il suffit de brancher les panneaux solaires en série), pour ressortir du 12V pour la batterie 12V (ou du 24V pour une batterie 24V).

Quel est l'intérêt ?

Cela permet de diviser par 2 la section des fils entre panneaux solaires et régulateur par rapport au 12V pour une même distance. Donc pour une grande distance (si on veut mettre le régulateur près de la batterie, il faut travailler en 24V en entrée du régulateur).

Critères de choix d'un régulateur

Je propose 4 critères de choix qui sont : le type de régulateur, son ampérage maximum, sa qualité et les fonctions recommandées par votre serviteur.

- Il y a des régulateurs avec des bornes pour brancher les panneaux solaires, des bornes pour brancher les batteries, et des bornes pour brancher votre utilisation qui ne devra pas dépasser la puissance du régulateur, ce type de régulateur Control la charge et la décharge des batteries

- Il y a aussi des régulateur avec des bornes pour brancher les panneaux solaires, et des bornes pour brancher soit les batteries soit l’utilisation mais dans ce ca il faut configurer le régulateur pour qu’il soit adaptable pour la fonction donné (contrôle de charge ou contrôle de décharge et dans ce ca il faut mettre deux régulateurs chaque une a sa fonction. (une borne de mise à la terre est aussi présente dans ce type de régulateur)

Quel type choisir ?

Pour simplifier :

Si vous avez un seul panneau solaire, et qu'il a 36 cellules de silicium, prenez un régulateur PWM

Dans tous les autres cas, prenez un régulateur MPPT (ils sont plus efficaces à partir de 72 cellules solaires à gérer)

Quel nombre de régulateurs ?

Pour les panneaux solaires montés en parallèle :

Certains préconisent 1 régulateur par panneau solaire pour augmenter l a sécurité et faire la mesure de production de courant par panneau.
Personnellement, je suis pour un seul régulateur, mais de qualité cela simplifie les branchements ; par ailleurs, ce qui compte c'est la charge globale de la batterie.
Pour les panneaux solaires montés en série : il n'y a pas de choix (si 2 panneaux), il faut un seul régulateur.

Quel ampérage maximum choisir ?

Cela dépend de l'intensité de court circuit du panneau solaire (Le courant maximum que peut fournir le panneau ; cette valeur est fournie par le constructeur).
Pour les panneaux solaires montés en parallèle :
Pour un panneau solaire de 130W c'est 8A ; cette valeur doit être multipliée par 1,3 pour la sécurité ; on obtient alors 10,4A ; cette valeur est un minimum. On choisit donc un régulateur de 15A.

Pour simplifier, P=U x I
Exemple :

- Puissance des panneaux totale montés en parallèle= 300

- Tension des batteries 12v

Donc 300/12=25A, On prendra une régulateur de 25x1.3=32.5A
Donc pour 300W de panneaux solaires, on choisit un régulateur de 30A.

Pour les panneaux solaires montés en série :

En sortie du régulateur on est en 12V ; la puissance d'entrée du régulateur est identique en 12V ou en 24V, donc le calcul pour les panneaux montés en parallèle est valable ; pour 300W de panneaux solaires, il faut aussi un régulateur de 30A.

Comment brancher le régulateur solaire:

- Lisez d’abord la notice attentivement

Fixer le régulateur à l’emplacement que vous voulez qu’il soit à l’abri et le plus proche des batteries,

- Brancher d’abord les batteries

- Brancher l’utilisation

- Brancher les panneaux solaires en dernier

Quelle qualité choisir ?

Si vous voulez que votre régulateur dure aussi longtemps que votre panneau solaire (plus de 20 ans) et qu'il ait une intelligence maximum, alors il faut l'acheter dans une marque reconnue pour son savoir faire et sa fiabilité (due en partie à la qualité des composants électroniques installés). Evidemment, il sera plus cher !
Parmi les marques distribuées en France, je peux citer :

STECA

VICTRON

TRISTAR-MORNINGSTAR

OUTBACK

Micro onduleur

Les micro-onduleurs (micro-inverters) permettent de convertir le courant continu en sortie de vos panneaux solaires, directement en alternatif afin d’être réinjecté dans le réseau de distribution électrique.

De part sa structure et sa petite taille, il se pose directement derrière vos panneaux solaires, et on place en général un onduleur par panneau photovoltaïque.

Les avantages des micro-onduleur:

Améliore la performance de l’installation photovoltaïque de 5 à 20 %
Élimine les problèmes de disparité entre les modules
Améliore la sécurité du champ photovoltaïque
Maintenance et installation réalisable sans formation technique
Perte de production limite en cas de panne de module
Élimine les problèmes dus aux ombrages
Installations facilement extensibles et à tout moment
Aucun calcul de string nécessaire
MPPT individuel par module
Suivi de production performant
Durée de vie estimée à plus de 25 ans

Élimination des ombrages:

Vidéo qui explique les micro-onduleur SMA

Onduleur sites isolés

Le rôle de l’onduleur

Le rôle de l’onduleur et onduleur chargeur site isoléconsiste à transformer le courant continu en sortie de batterie en courant alternatif pour une utilisation avec divers équipements.

Il existe plusieurs type qui ont des différentes fonctions :

Les onduleurs qui se branchent directement sur les batteries soit en 12 – 24 ou 48 v, avec une sortie en 220VAC ou 380VAC 50 à 60 Hz, dans ce cas c’est les panneaux solaires ou éoliennes qui chargent les batteries grâce à une ou plusieurs régulateurs solaires
Les onduleurs hybrides qui fonctionnent directement sur les panneaux solaires ou éoliennes ou les deux à la fois , en cas de surplus d’énergie ils chargent les batteries pour l’utiliser au moment ou il n’y a pas de soleil. Ils peuvent aussi êtres connecté en entrée à une source d’énergie soit un groupe électrogène soit le réseau public pour compléter le manque de la consommation.

Note: Les onduleurs connectés au réseau et les micro onduleurs peuvent aussi être installés au sites isolés à condition qu'ils communiquent avec des onduleurs pour sites isolés branchés sur des batterie ou une source d'énergie AC.