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dimanche 10 janvier 2016

Dimensionnement des panneaux solaires (site isolé)

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

Panneaux solaires haute rendement

Les panneaux HP intégrent des cellules solaires monocristallines à très haut rendement "Sun Power".

La technologie "Back Contact" permet d'obtenir un rendement de conversion exceptionnel (de 17 à 21%) et améliore les performances du panneau tout au long de l'année.
Plus de puissance pour une surface plus petite. Fabrication haut de gamme. Diodes anti-retour. Les panneaux HP sont parfaitement adaptés pour une utilisation en site isolé : marine, véhicule, habitation, pompage, radiocommunication, etc.

Panneaux solaires

Panneaux solaires photovoltaïques 

c’est le convertisseur directe de lumière solaire en électricité.
L’effet photovoltaïque, découvert par le physicien Henri Becquerel en 1839 est basé sur le silicium qui est un matériau isolant, c’est-à-dire qu’il n’admet pas de déplacement d’électron.
Les électrons du silicium ont en revanche la particularité de se mettre en mouvement quand ils sont percutés par les photons composants de la lumière.


Les "plaques" en silicium se polarisent sous l’effet du bombardement de photons contenus dans la lumière solaire et produisent ainsi un courant continu qui peut être stocké sur des batteries ou utilisé directement grâce à des régulateurs ou des onduleurs.

LES RENDEMENTS DES DIFFÉRENTS TYPES DE 
PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES
Malheureusement, nous constatons que de plus en plus de "vendeurs" de panneaux photovoltaiques proposent des panneaux en indiquant leur puissance en Watts (W). Cela est parfois le résultat d'une erreur.
Car cette unité ne veut rien dire, puisque la production d’énergie d’un panneau dépend de ses caractéristiques propres, mais aussi de l’irradiation solaire (pour simplifier la quantité de lumière) qu’il reçoit. Par ailleurs il existe une unité mondialement reconnue : le watt crête.
11% à 19% (pour simplifier il s’agit du pourcentage d’énergie électrique produite par rapport à l’énergie solaire reçue). Pour un ensoleillement donné,
La puissance d’un panneau photovoltaïque est exprimée en watt crête (watt peak en anglais). Il s’agit de la puissance produite par un panneau qui reçoit une irradiation de 1000 Watts par m². de panneaux
LES DIFFÉRENTS TYPES DE PANNEAUX SOLAIRES PHOTOVOLTAÏQUES
On distingue actuellement 3 principaux types de panneaux photovoltaïques, qui sont différenciés par le type de cellules qui les composent. Toutes les cellules sont produites à base de silicium, mais les méthodes de fabrication différentes leurs donnent des caractéristiques très différentes, notamment en termes de productivité.
Polycristallin                Mono cristallin

LES CELLULES MONOCRISTALLINES
Les cellules monocristallines sont issues d'un seul bloc de silicium fondu, elles sont donc très "pures". Elles offrent le meilleur rendement (entre 13 et 19%), mais sont aussi plus chères à la production, donc à la vente. Ces cellules sont en générale octogonales et d'une couleur uniforme foncée (bleu marine ou gris).
Ces cellules sont les plus performantes, elles permettent donc de constituer des panneaux qui sont très performants : ceux qui produisent le plus d’énergie avec le moins de surface.
LES CELLULES POLYCRISTALLINES
Les cellules Poly cristallines sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Vues de près, on peut voir les orientations différentes des cristaux. Elles ont un rendement de 11 à 15%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines. Elles sont en générale de forme rectangulaire et sont bleu nuit avec des reflets.
LES CELLULES AMORPHES
Les cellules amorphes sont produites à partir d'un "gaz de silicium", qui est projeté sur du verre, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide.
La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites « solaires », car ce type de cellule est bon marché et la technologie est utilisable sur de nombreux supports, notamment des supports souples. Le problème c’est que son rendement est 2 à 3 fois plus faible que les cellules monocristallines.
Résumé:
Les panneaux Poly cristallins sont moins chers
Les deux types de cellules diminuent de la même
Les panneaux solaires monocristallins sont plus performants que les poly cristallins
Le monocristallin fonctionne bien en rayonnement diffus 
C’est un de ses principaux avantages par rapport au Poly cristallin ; vous obtiendrez un bon rendement au soleil levant ou couchant. Cela rend également ces panneaux plus adaptés aux toitures à faible pente, particulièrement présentes dans certaines régions du Sud notamment.

LES CARACTÉRISTIQUE DES PANNEAUX SOLAIRES
Chaque panneau solaire a des caractéristiques qui sont fournies par le fabriquant ; sur leur dessous, normalement, une étiquette les rappelle.
Sur de nombreux sites web, les caractéristiques ne sont pas fournies ce qui est fâcheux. Donc je déconseille d'acheter dans ce cas (ou alors téléphonez ou bien écrivez).
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Les caractéristiques qui nous intéressent sont :
- la tension nominale (nominal voltage) : 12V ou 24V pour les camping car
un panneau de 24V n'est jamais que 2 panneaux 12V montés en série (la surface est équivalente).
- la puissance nominale (nominal potential power - WP) : c'est la puissance maximum qu'il peut fournir à la tension nominale ; c'est celle qui est indiquée sur les brochures
- l'intensité de court circuit (short-circuit current - Isc) : c'est l'intensité maximum du courant délivré par le panneau ; elle permet de dimensionner le régulateur
- la tension maximum ou de charge (maximum power voltage - Vpm) : c'est la tension qui permet de délivrer la puissance maximum réelle ; en éclairement maximum, c'est cette tension qui est en entrée du régulateur
- l'intensité maximum ou de charge (maximum power current - Ipm) c'est l'intensité observée à la tension de charge ;  en éclairement maximum, c'est ce courant qui est en entrée du régulateur
- les dimensions du panneau solaire
- le rendement des cellules ; 15% est une bonne valeur
- la section des fils de raccordement : 2,5 mm2 ou 4, ou 6
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AUTRES PANNEUAX SOLAIRE SUR LE MARCHE:

  Ultra leger
  Module solaire flexible, léger, solide et  extrêmement mince. Se colle facilement sur  des surfaces courbes. Idéal pour le maintien  de charge de batteries 12V
  Portables et pliables
  Les panneaux solaires souples et pliables  sont conçus pour charger vos appareils  électroniques portables n'importe où

Energie solaire site isolé

  Un site isolé c’est quoi?
 Un site isolé n'est (par
 définition) pas raccordé 
  au réseau électrique.

 (comme un refuge en montagne) car trop loin ou trop coûteux à raccorder au réseau. Il sera alors alimenté par un générateur électrique autonome.
Système PV autonome pour site isolé
Un système PV pour site isolé est un générateur électrique autonome.
Les différents types d'installation autonome peuvent aller de 1 panneau couplé avec 1 régulateur de charge et 1 batterie a des systèmes de plusieurs kW.
Tout cela dépend du type et de la quantité de consommateurs que l'on veut utiliser 


Simple DC:
Un système PV autonome simple est généralement composé de :
Il fonctionne en courant continu DC 12 ou 24v.
Exemples : - Eclairage - Enseignes Lumineuses
Simple DC transformé en 220v AC:
sur une charge fonctionnant en courant alternatif AC
Un complex DC
Dans un système complexe DC, l'énergie solaire est convertie en courant DC, de taille pouvant atteindre quelques kWc il est généralement composé de :
  • plusieurs batterie 2Vdc + protection
  • régulateur de charge DC
  • 1 convertisseur permettant d'obtenir du 230 Vac
  • éventuellement un générateur auxiliaire (groupe électrogène...) Comme système d'appointe
La charge fonctionne: soit en courant continu DC, soit en courant alternatif ACplusieurs panneaux solaires PV
Complexe AC
Dans un système complexe AC, l'énergie solaire est convertie en courant AC avec le même type d'onduleur que ceux utilisés pour les raccordement au réseau, pour de grandes installations, il est plus efficace de convertir directement l'énergie solaire en courant alternatif CA, de taille pouvant atteindre plusieurs kW il est généralement composé de :
  • Plusieurs kWc de panneaux solaires PV utilisés pour le raccordement réseau
  • Plusieurs kVA de batterie 2Vdc + protection
  • 1 ou plusieurs onduleurs réseau
  • éventuellement un générateur auxiliaire (groupe électrogène...) Comme système d'appointe
La charge fonctionne en courant alternatif AC

-  Simple DC
 -  Simple DC transformé en 220v AC:
 -  Complexe AC
Afin d'étudier au mieux votre solution photovoltaïque autonome, il est important de bien connaitre les consommateurs ainsi que leur mode d'utilisation afin de dimensionner au mieux le système .
Il faut calculer les éléments suivants :
1 - La puissance (Pa) absorbée des appareils (7w, 11W…)
2 - La tension d'alimentation des appareils (12VDC, 24 VDC, 230 VAC …).
3 - Les temps d'utilisation (ex : 8h/jour)
4 - Le lieu (car comme tout le monde le sait il y a plus de soleil à Mrrakech qu'à Agadir).
Le besoin énergétique d'un appareil correspondra au produit de la puissance absorbée et du nombre d'heure d'utilisation  (Pa x Nbre Heure).

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).

Energie solaire

On peut profiter du soleil de plusieurs manières, l’une d’elles c’est en transformant ses rayons en énergie. Si le soleil est toujours là, pourquoi pas l’utiliser ?




Dans ce texte je vais vous parler de 6 points importants sur l’énergie solaire:
1. Energie solaire,
2. Dois-je choisir du solaire thermique et photovoltaïque,
4. Le chauffage solaire,
5. La climatisation solaire,
6. Pourquoi utiliser l’énergie solaire ?

1. L’ÉNERGIE SOLAIRE :
Le soleil est depuis toujours considéré comme un Dieu, à juste titre en
dehors même de toute croyance ou religion, car sans le rayonnement
solaire, la vie sur terre serait simplement impossible. En un éclair,
le soleil émet plus d’énergie que le monde n’en a produit depuis la
nuit des temps, et la terre en reçoit chaque jour 10 000 fois plus
qu’elle n’en consomme.
Les énergies, pétrole, gaz, etc., sont en pleine fluctuation, ne subissez plus de plein fouet leurs variations.
Pour votre confort, profitez d'une énergie gratuite.
L'énergie solaire bénéficie tant aux consommateurs qu'à l'environnement, mais également aux installateurs spécialiste du panneau solaire, qui misent dès aujourd'hui sur l'énergie solaire pour devenir "la" source de leur chiffre d'affaires des prochaines années. De plus, l'Etat encourage de plus en plus le passage aux énergies renouvelables et, au moyen de subventions publiques pour l'énergie solaire et la géothermie, aide un
nombre croissant de consommateurs à décider d’utiliser la force du soleil.

L'énergie solaire photovoltaïque, comment ça marche ?
L'énergie solaire est produite par le rayonnement du soleil, direct  ou  diffus à travers l'atmosphère.Le soleil produit ainsi une énergie  inépuisable et naturellement disponible en quantité. L'énergie  solaire reçue chaque année sur la terre équivaut à plus de 20 fois  nos  besoins énergétiques (source Hespul).L'énergie solaire est  disponible  partout en Afrique, il suffit de la capter pour bénéficier  d'une énergie  gratuite et écologique. 
L'énergie du soleil est captée par des capteurs (panneaux) installés en général sur le  toit, qui transforment le rayonnement solaire en électricité (solaire photovoltaïque).
ou en chaleur (solaire thermique).
2. DOIS-JE CHOISIR DU SOLAIRE THERMIQUE ET PHOTOVOLTAÏQUE ? :

Le soleil a la propriété de chauffer l’eau, surtout si elle est exposée dans un support sombre. C’est le principe très simple du solaire thermique, qui produit de la chaleur. Il est utilisé pour les chauffe-eau solaires.
Quant au photovoltaïque, c’est un phénomène physique propre à certains matériaux
appelés semi-conducteurs. Le plus connu d’entre eux est le silicium. Lorsque les "grains de lumière" (les photons) heurtent la surface mince de ces matériaux, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement créant ainsi un courant électrique.
En bref, si j’ai besoin de chauffer, je choisis du solaire thermique, si j’ai besoin 
d’électricité, je choisis du solaire photovoltaïque.

Comment avoir une installation solaire

   
Pour avoir une installation en énergie solaire photovoltaique il faut:
     
- Un dimensionnement exact de vos besoin en energie 
       (dépendant de vos besoins et des conditinos climatiques)
     
- Des panneaux solaires   (Pour capter l'énergie solaire)
     - Régulateurs de charge    
(régulariser la charge des batteries)
     
- Des batteries                 (pour le stockage de l'énergie)
     
- Cable et accessoires
     - Onduleur 
pour convertir AC-DC transformation en 220v



     

3. LES PANNEAUX SOLAIRES :
Il existe deux types de panneaux solaires : les panneaux solaires thermiques et les panneaux solaires photovoltaïques.

Les panneaux solaires photovoltaïques:
    
Il existe principalement deux grandes familles de panneaux solaires photovoltaïques:
• Pour les installations sans ombre, les panneaux cristallins
• Pour les installations avec de l'ombre, les panneaux amorphes.
Ces deux familles se composent de deux types:
• Pour les cristallins, le monocristallin et le poly cristallin
• Pour les amorphes, l'amorphe et le CSI. Chacune
de ces technologies trouve son application en fonction des contraintes du site de réception, à l'image de ce que montre ce site de référence sur le panneau solaire.


Les panneaux solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques sont utilisés pour la production d'eau chaude sanitaire et/ou en complément aux systèmes de chauffage central traditionnels.
L'énergie solaire thermique est la transformation directe la plus rapide et efficace du rayonnement solaire en chaleur.
La chaleur collectée par le capteur solaire est transmise ensuite à l'aide d'un échangeur de chaleur vers un ballon solaire remplie d'eau.
L'eau ainsi réchauffée peut ensuite être utilisée nuit et jour pour les besoins   domestiques en cuisine, en salle de bain ou pour économiser de l'énergie   servant au chauffage
Les panneaux solaires thermiques sont de deux types : les capteurs thermiques à eaux et les capteurs thermiques à air. Ils permettent, à l'instar de la pompe à chaleur, la production d'eau chaude ou de chauffage.

     

4. LE CHAUFFAGE SOLAIRE :

Le fonctionnement du chauffage solaire
Le principe du chauffage solaire est simple. Il suffit de capter la chaleur du soleil et de la restituer par un plancher chauffant, mur chauffant ou des radiateurs. De plus, ce système produit de l'eau chaude pour votre ballon de stockage sanitaire. Les jours ensoleillés, le chauffage est entièrement solaire, les jours peu ou pas ensoleillés, le chauffage doit être assuré par un appoint (cheminée, insert, chaudière au gaz).
Selon les conditions, on peut assurer de 30 à 60 % de ses besoins en chauffage sur l'année.

     

5. LA CLIMATISATION SOLAIRE:

La climatisation solaire réversible
La climatisation solaire réversible permet d'obtenir du chaud en hiver et du froid en été.
Elle est équivalente à une pompe à chaleur de 18 000 Btu (2,25 CV) et à une     
climatisation conventionnelle de 11 000 Btu (1,375 CV), mais épargne jusqu'à 80 % de la consommation énergétique de ces appareils.
Elle pèse 51 kg et meusure 61x61x92 cm.
Elle fonctionne avec 525 Wc des panneaux solaires photovoltaïques et peut être
alimentée par des batteries pour fonctionner 24h/24.

6. POURQUOI UTILISER L'ENERGIE SOLAIRE ? :

Le Soleil est une super centrale nucléaire qui produit une quantité énorme d'énergie.
C'est cette énergie, source de toute vie sur Terre, qui nous donne chaleur et lumière depuis la nuit des temps.
L'énergie solaire reçue par la Terre en une heure équivaut aux besoins énergétiques mondiaux pendant un an.
Dans nos régions, le soleil envoie une quantité d'énergie environ 80 fois supérieure à nos besoins (environ 3 kWh/m²).
Alors
pourquoi ne pas l'utiliser quand nous savons pertinemment que toutes les énergies fossiles que nous utilisons depuis des siècles s'épuisent et génèrent une pollution destructrice de notre environnement ?
Pompage d’eau 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.
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 puiser l'eau en consommant l'énergie fournie par les panneaux.
Pour les petites pompes, certains appareils sont optionnels et permettent d'optimiser le dispositif:

- 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.

Solaire connecté au réseau

Fonctionnement

Les modules sont installés sur le pan de toiture qui sera le plus exposé au sud. Ils peuvent également être intégrés à la structure du bâtiment, en toiture, en façade, en brise-soleil, etc.
L’électricité est produite en courant continu par les modules, puis transformée en courant alternatif par un petit appareil électronique appelé onduleur.
L’électricité, produite et injectée sur le réseau, est comptabilisée par un compteur de production électrique préalablement installé par le gestionnaire du réseau . Elle est achetée à un tarif fixé par le gouvernement
Au niveau de l’interface avec le réseau, deux options de branchement sont possibles :

1 - L’injection de la totalité de la production sur le réseau : 
L’intégralité de la production est vendue au tarif d’achat réglementé. Un point de branchement spécifique à la production est alors créé par le gestionnaire du réseau. Toute la consommation est par ailleurs comptabilisée par le compteur de consommation existant, comme dans tous bâtiments raccordés au réseau.

2- L’injection des excédents (ou surplus) de la production sur le réseau : 
La production électrique consommée sur place par les appareils en cours de fonctionnement (appelée autoconsommation) n’est pas comptabilisée par le compteur de production, mais vient réduire le décompte de la consommation. Seul le surplus de la production par rapport aux consommations instantanées est vendu au tarif d’achat réglementé. 

Le propriétaire, premier bénéficiaire de l’électricité produite :
Dans les deux cas présentés ci-dessus, si des consommations sont en cours, l’électricité produite sera consommée sur place, que la totalité de la production soit ou non réinjectée sur le réseau. En effet, comme l’électricité emprunte toujours le chemin le plus court, c’est l’utilisateur le plus proche qui bénéficie de l’électricité produite. Dans le cas contraire, elle transitera vers d’autres sites par le réseau électrique

Principe d’un système photovoltaïque raccordé au réseau

L’onduleur est une appareil électronique, géré par un microprocesseur, garantit que le courant produit répond exactement aux normes fixées par le gestionnaire du réseau. Il est responsable de la stabilité du courant (voltage, fréquence, émission d’harmoniques, etc.) et assure la sécurité du système (protection de découplage)


Onduleur Sunny Boy 2100TL
L’onduleur se présente sous la forme d’un boîtier métallique de petite dimension, muni d’un radiateur ou d’un ventilateur. Il doit être placé sur un support vertical (mur par exemple) dans un espace ventilé et le plus près possible des modules photovoltaïques afin de limiter les pertes d’électricité en ligne. Il n’émet aucun bruit et le champ électromagnétique est très faible, inférieur à celui d’une plaque à induction. L’onduleur a une durée de vie limitée de 8 à 10 ans

Principe :
Pour quelques types d’onduleurs en cas de coupure réseau, l’onduleur stoppe l’injection d’électricité photovoltaïque produite sur le réseau (protection de découplage)
Pour un autre type d’onduleur 

En cas de coupure réseau l’onduleur stoppe l’injection d’électricité photovoltaïque produite sur le réseau et bascule la production sur un circuit électrique de secours parallèle, constitué d’un ensemble de batteries (stockage par batterie d’accumulation). L’onduleur utilisé est spécifique à cette installation. La protection de découplage permet de supprimer tout risque d’électrocution en cas de rupture de courant pour le personnel intervenant. Cette fonction est assurée par l’onduleur qui s’arrête automatiquement lorsque le réseau est mis hors tension. Il doit répondre à la norme allemande DIN VDE 0126-1-1

L’ajout de batteries d’accumulation au système en augmente considérablement le coût, c’est pourquoi cette solution ne doit être utilisée que lorsqu’elle est réellement nécessaire.

Différents types de capteurs solaires thermiques

Tous les capteurs solaires thermiques visent à convertir le rayonnement solaire en chaleur avec un rendement élevé et à fournir cette chaleur aux consommateurs aussi efficacement que possible Il existe plusieurs types de capteurs solaires thermiques : les capteurs non-vitrés, les capteurs plans, les capteurs sous vide, les capteurs à concentration. Ces types diffèrent considérablement en qualité, en rendement, en conception et en coût. 

Les capteurs non vitrés

Un capteur solaire non vitré, aussi appelé capteur "moquette", est composé :
  • d'un absorbeur (métallique ou synthétique) revêtu d'une peinture sombre et sélective,
  • d'un faisceau de tubes cylindriques ou ovalisés, 
  • résistants aux rayonnements ultraviolets et aux variations de température.
Les tubes sont parcourus par de l'eau (fluide caloporteur). 
Cette eau se réchauffe au fil de l'écoulement dans les tubes.

Ces capteurs solaires ne sont généralement pas isolé.
 De ce fait, en sortie du capteur, l'eau n'excède pas 20°C.

Les capteurs solaire non-vitrées ou capteurs moquette