CHAPITRE V : DIMENSIONNEMENT DE L'INSTALLATION
SOLAIRE
PHOTOVOLTAÏQUE.
Une installation photovoltaïque solaire peut être :
- Raccordé ou pas à un réseau
électrique, on parle d'installation «
connectée au réseau » et « non connectée au
réseau » ou hors réseau, autonome ou en site
isolé.
- Avec ou sans appoint, l'appoint
correspond à un dispositif qui permet de compléter l'apport en
puissance et en énergie électrique du générateur PV
lorsque ce dernier n'en fournit pas suffisamment. Eg : Un
groupe électrogène.
- Avec ou sans stockage, le stockage
correspond à la conservation de l'énergie produite par le
générateur PV pour une utilisation ultérieure.
Le dimensionnement est l'art de calculer la puissance des
modules solaires à mettre en place pour effectuer une tâche
précise en un lieu, de calculer la capacité des batteries
à mettre en place et des caractéristiques des convertisseurs
à utiliser pour satisfaire les besoins en énergie
électrique.
Le taux de couverture solaire est une donnée
d'appréciation des installations solaires, elle représente la
probabilité que l'installation ne puisse pas assurer l'alimentation
électrique et est aussi appelée probabilité de panne
électrique (LOLP - Loss of Load Probability). On distingue
ainsi les installations critiques et non critiques : [10]
- Une installation critique devra avoir un taux de
disponibilité de ses besoins énergétiques supérieur
à 99 %. C'est à dire avoir une probabilité d'être
alimenté plus de 99 % du temps. Eg : Une borne
d'appel d'urgence.
- Une installation non critique tolérera un taux
de disponibilité de 90 à 95 %.
V-1) Dimensionnement manuel de la société
NOVA DIFFUSION.
Le dimensionnement d'une installation solaire autonome avec
stockage et sans appoint d'énergie se fait en quatre grandes
étapes : [3]
1- Estimation des besoins
énergétiques.
L'énergie à produire à la
société NOVA DIFFUSION selon ses besoins présentés
au tableau 1.3 est 20.640 Wh/jour.
2- Estimation de l'ensoleilement.
Pour être certain de disposer d'énergie en toute
saison, les calculs sont faits dans les conditions d'ensoleillement les moins
favorables de la période d'utilisation. En observant le tableau
d'ensoleillement de la ville de Ngaoundéré (tableau 2.3), les
conditions défavorables vont de juillet à septembre et
l'ensoleillement minimal vaut 4,66 kWh/m2.
3- Estimation de la capacité de
stockage.
Les batteries à usage solaire à
électrolyte AGM autorisent une décharge maximale de 80% : une
batterie de 100 Ah fournit une capacité maximale de 80 Ah. Pour une
autonomie de deux (02) jours, la batterie de 12V à installer et ayant un
rendement de 0,75 aura une capacité de C = (2x20.640)/(12x
0,8x0,75) soit C = 5.733 Ah .
4- Estimation du champ photovoltaïque
requis.
Les pertes sont inhérentes à tout processus de
conversion d'énergie. Les systèmes photovoltaïques doivent
fournir toute l'énergie y compris celle qui est perdue. Ces pertes ont
plusieurs origines :
- Pertes par accumulation de poussière sur les modules
;
- Pertes dues à l'échauffement et à la
variation de l'éclairement des modules ;
- Pertes (chutes de tension) dans le câblage et les
équipements de conditionnement de l'énergie (boite de
dérivation, régulateur).
- Pertes dues aux batteries.
Lors de nos essais, le rapport d'énergie effectivement
utilisée par rapport à celle produite par le champ PV
était de l'ordre de 0,78 ;
Le champ requis a une puissance P = 20.640/[4,66 x (1 -
0,22)] soit 5.537 Wc ou 93 modules de 60 Wc (modèle
H750 de Helios Technology) de configuration série parallèle 1
x 9 3.
V-2) Optimisation du dimensionnement de la
société NOVA DIFFUSION.
Le générateur photovoltaïque
déterminé manuellement : 12 V/ 5.733 Ah/ 5,54 kWc/ 61
m2 n'est qu'un pré dimensionnement, il sera
réévalué en tenant compte en plus du facteur coût
des composants, des paramètres tels :
- degré d'autonomie moindre afin de diminuer la
capacité des batteries ;
- diminution du générateur en utilisant un
système d'appoint lors des périodes de faible ensoleillement ;
- contrainte du taux de couverture solaire ;
Et surtout de la contrainte à faire fonctionner le
générateur PV sur le point où il délivre le maximum
de sa puissance à chaque instant.
Compte tenu de la complexité de prévision des
conditions météorologiques et des performances des composants de
l'installation solaire PV, des méthodes informatiques ont
été mises au point : ces méthodes de dimensionnement
fournissent directement une installation optimisée, c'est-à-dire
la plus petite installation en modules et en batteries qui répond aux
exigences du taux de couverture solaire voulu et à la profondeur de
décharge maximale admissible par les batteries et respectant le
fonctionnement des éventuels onduleurs du générateur
photovoltaïque. [15] On peut citer des logiciels comme PVSyst,
PVDésign, etc.
V-2.1) Optimisation du dimensionnement sur toute
l'année.
L'optimisation du dimensionnement de l'installation de la
société NOVA DIFFUSION a été effectuée avec
le logiciel de dimensionnement de systèmes et d'installations solaires
photovoltaïque PVSyst 4.21
Le générateur optimisé sur toute
l'année, incliné de 11° a les caractéristiques
suivantes : 12V/ 3.750 Ah / 5.160 Wc/ 50,5
m2.
V-2.2) Optimisation du dimensionnement durant la
période la plus ensoleillée (novembre, décembre, janvier,
février, mars).
Le générateur optimisé sur les mois les
plus ensoleillés, incliné de 30° a les
caractéristiques suivantes : 12V/ 2.250 Ah / 4.320 Wc/ 42,3
m2. Il ne fournit à l'utilisateur que 6.037 kWh
par an soit 1.500 kWh de moins (besoins annuels 7.540 kWh).
Une comparaison des méthodes utilisées pour
effectuer le dimensionnement du générateur photovoltaïque de
la société NOVA DIFFUSION est faite dans le tableau suivant :
Tableau 5.1 : Résultats de type de
dimensionnement de générateur PV.
|
Dimensionnement
|
Puissance
|
Production
|
Surface
|
Capacité
|
Autonomie
|
Vmp Imp
|
|
Manuel
|
5.540 Wc
|
>7.534kWh/an
|
61,0 m2
|
5.733 Ah
|
2 jours
|
15 -333
|
|
Optimisé annuel
|
5.160 Wc
|
7.588 kWh/an
|
50,5 m2
|
3.750 Ah
|
2 jours
|
15 -309
|
|
Optimisé période
|
4.320 Wc
|
6.037 kWh/an
|
42,3 m2
|
2.250 Ah
|
2 jours
|
15 -259
|
| 
