Dossier Technique

                                            Cahier des charges techniques 

Evaluer les besoins matériels pour une installation photovoltaïque sur site isolé.

I.1.b.i. Détermination de l’énergie journalière de l’installation

Ej est l’énergie maximum journalière que consommera l’installation qui sera composé des éléments suivants :

	Qté	Tension	Puissance Unitaire utilisation	Tps utilisation	Puissance veille	Tps veille	Energie journalière
Ampoules	5	12V DC	11W	6h	/	/	330Wh/jr
Téléviseur	1	230V AC	100W	6h	1W	18h	618Wh/jr
Récepteur satellite	1	230V AC	20W	6h	1	18h	138Wh/jr
Radio CD	1	230V AC	20W	6h	1W	18h	138Wh/jr
Régulateur	1	12V DC	0,5W	24h	/	/	12Wh/jr
Convertisseur	1	12V DC	35W	6h	/	/	210Wh/jr
						Ei	1446Wh/jr

L’énergie journalière de l’installation sera de 1446Wh/jr

I.1.b.j. Le panneau photovoltaïque (ou module)

Le principe de fonctionnement du panneau solaire photovoltaïque est basé sur la transformation de la lumière en électricité. Il utilise des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium.

L'installation de panneaux solaires photovoltaïques permet de produire une électricité naturelle et non polluante. L'énergie photovoltaïque a en outre de nombreux avantages :

• très peu d'impact sur l'environnement ;

•risque de panne limité car pas de pièces mécaniques ;

•durée de vie très longue avec peu d'altérations du rendement ;

•source d'énergie gratuite ;

•utilisable même dans les lieux peu ensoleillés.

Pour optimiser l'utilisation de l'électricité photovoltaïque, il est conseillé de maîtriser sa consommation énergétique. Pour cela, il est conseillé de choisir des appareils électriques performants et de limiter sa consommation globale d'électricité.

Dimensionnement

•            Puissance d’un panneau solaire :           Pu = 185Wc.

•            Coefficient d’irradiation :                         Ir=4

Ce coefficient dans la vallée du Draa (Ouriz) a été déterminé d’après la carte d’ensoleillement au Maroc. Nous prenons par garantie 4KWh/m².

Calcul de la puissance crête : Pc = Ei / Ir = 1446 / 4 = 362Wc

Sachant que nous allons utiliser des panneaux de 185Wc unitaire, il nous faudra deux panneaux.

Ce qui portera la puissance crête (Pc) de l’installation à 370Wc.

 

I.1.b.k. Le régulateur de charge

Le régulateur solaire (appelé aussi régulateur de charge ou contrôleur de charge), régule le niveau d’énergie stockée par les batteries afin d’éviter les surcharges ou les décharges trop profondes des batteries :

• il limite, et peu même stopper, la charge de la batterie solaire par le module solaire quand la batterie est complètement chargée ;

•il ralentit la décharge par délestage de l’utilisation, et même l’arrêt total, afin d’éviter les décharges profondes risquant d’endommager les batteries.

Tension et intensité : les modules fournissent de l’électricité sous une certaine tension (12, 24 ou même parfois 48VDC). C’est ce que l’on appelle la tension d’entrée. On peut également trouver, dans leur fiche technique, l’intensité maximale qu’ils sont capables de délivrer. Il faut donc, en premier lieu, choisir un régulateur fonctionnant sous cette même tension, et qui puisse supporter l’intensité maximale d’entrée. Si vous optez pour un régulateur contrôlant également la décharge, il faut se renseigner sur l’intensité dont vos appareils ont besoin, c'est-à-dire l’intensité maximale de sortie.

Dimensionnement

Courant d’entrée (charge) : Ie

Le courant d’entrée admissible par le régulateur est déterminé par la somme des courants maximum pouvant être fournis par les panneaux photovoltaïques. N’ayant pas les caractéristiques des panneaux proposés, nous prendrons comme hypothèse un courant unitaire max de 4A.

èIe = ∑ Ipmax = 2 X 4A = 8A

Courant de sortie (décharge) : Is

Le courant de sortie est déterminé par la somme des courants consommés par chaque élément. Ce courant est déterminé par la puissance divisé par la tension (I = P / U)

èIs = ∑ (P / U) = (55/24) + (100/230) + (20/230) + (20/230) + (0,5/24) + (35/24) = 4.5A

En conclusion, nous devons choisir un régulateur 24V 8A / 8A au minimum.

 

I.1.b.l. Les batteries

Les panneaux photovoltaïques produisent constamment de l'électricité, mais pendant la période de décharge, elle est directement consommée. Il n'y a que l'électricité produite durant la période de charge qui doit être stockée.

Autonomie :

L’autonomie d’une installation photovoltaïque est le nombre de jours pendant lesquels les batteries initialement chargées peuvent assurer les besoins en électricité sans que les modules ne fonctionnent. Autrement dit, les batteries emmagasinent de l’énergie lorsque les modules sont éclairés. Lorsqu’ils ne produisent plus (nuit, panne, mauvais temps …), les batteries peuvent continuer de restituer cette électricité pendant quelques jours. Il faut donc se demander combien de temps on souhaite avoir de l’électricité en cas de problèmes. En général, on peut partir sur une base de quatre jours d’autonomie. Bien entendu, cela dépend fortement de l’usage que l’on a de son installation et des conditions météorologiques. Cependant, même lorsque le soleil est caché, les modules continuent de produire de l’électricité grâce au peu de lumière qu’ils reçoivent. Avec quatre jours d’autonomie en réserve, on peut donc affronter deux semaines de mauvais temps.

Profondeur de décharge :

Pour déterminer la profondeur de décharge que l’on veut imposer à sa batterie, il faut arbitrer entre deux facteurs :

·       Tout d’abord, plus on permet aux batteries de se décharger profondément, plus on réduit le nombre de batteries nécessaires. En effet, une batterie que l’on décharge à 100% fournie autant d’énergie que deux batteries identiques que l’on décharge à 50%. On économise donc sur le coût initial de l’installation.

·       Cependant, la durée de vie d’une batterie est directement proportionnelle à sa profondeur de décharge. Ainsi, une batterie que l’on décharge à 100% vivra deux fois moins longtemps qu’une batterie que l’on décharge à 50%. Le juste milieu que l’on choisit généralement d’appliquer se situe donc entre 60 et 80% de décharge, ce qui permet de réduire le nombre de batteries tout en leur assurant une bonne espérance de vie.

Dimensionnement :

Les batteries sont déterminées par la capacité d’électricité à stocker pour l’installation → Ci

Pour notre installation, on souhaite utiliser des batteries gel sans entretien :

• Ubat = 12V – tension batteries

•D =  70% - profondeur de décharge batteries

•N = 3jrs – Nombre de jours d’autonomie

Cbat = (Ei x N) / (D x Ubat) = (1446 x 3) / (70% x 12) = 516Ah

Afin de faire fonctionner correctement l’installation pendant 3 jours sans être alimentés par des panneaux solaires, il faut envisager l’achat de 4 batteries 24 V / 130Ah. Ce qui fera une capacité de stockage de l’installation de 520Ah.

 

I.1.b.m. L’onduleur

Il n'est pas nécessaire d'avoir un convertisseur de courant dans son installation photovoltaïque. Tout dépend des appareils à alimenter. Étant donné que la plupart des appareils du quotidien fonctionnent en courant alternatif (AC), nous avons décidé de mettre en place un onduleur pour chaque installation. C’est un choix délibéré malgré le prix relativement élevé de cette fonction. Le convertisseur de courant se dimensionne en fonction de plusieurs critères:

 

Dimensionnement :

La tension d'entrée : c'est la même que la tension des batteries ou du régulateur 12V DC.

La tension de sortie : 230 VAC, 50Hz

La puissance nominale : c'est la puissance dont les appareils qui consomment del’électricité ont besoin pour fonctionner de façon "normale". Pour connaître cette puissance nominale, il suffit de faire la somme des puissances des appareils électriques. Il faut toujours choisir un convertisseur dont la puissance est légèrement supérieure à celle des appareils.

Po = ∑ Pi = 55 + 100 = 20 + 20 + 0,5 + 35 = 230,5W

Un onduleur de 350W proposée sera suffisant pour notre installation.

I.1.b.n. Les supports des panneaux solaires

Les supports ont pour objectif de maintenir les panneaux solaires. Ils seront fixés sur le toit des habitations en plein soleil. Les dimensions dépendront de caractéristiques dimensionnelles des panneaux solaires choisis.

Les supports seront dimensionnés afin d’avoir une position optimale des panneaux. On entend par position d'un panneau :

• son orientation, ou azimut, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec l'axe nord-sud dans le plan horizontal.

• son inclinaison, c'est-à-dire l'angle qu'il fera avec le plan horizontal.

Orientation optimale

Pour l'orientation, c'est relativement simple : du moment que l'horizon est dégagé, il faut orienter les panneaux solaires vers le sud.

 

Inclinaison optimale

Pour notre installation en site isolé située à Ouriz, l'inclinaison optimale est de 30,68° (latitude) + 10° soit une inclinaison avec un angle de 40° par rapport au sol, ce qui nous permet d’approcher au maximum l’angle de 90° : angle optimal de rayonnement du soleil par rapport au panneau.

Il faudra pour les 2 panneaux solaires 2 supports ou un support double.

I.1.b.o. Câblage

Les panneaux photovoltaïques devront être de la même série, du même fabricant, afin d'avoir les mêmes caractéristiques électriques. Tout mélange est préjudiciable voire dangereux.

Ces panneaux photovoltaïques devront être câblés entre eux selon le plan de câblage que nous aurons défini.

Ce plan de câblage est déterminé par la tension et l'ampérage que nous souhaitons obtenir en terminaison de câblage. Les panneaux seront alors câblés en série ou en parallèle. Le câblage sera réalisé avec toutes les sécurités nécessaires.

Les câbles devront être résistants aux UV, parfaitement attachés pour éviter tout frottement causé par le vent. Les connecteurs devront être disposés de telle sorte que le câble puisse permettre aux gouttes d'eau une évacuation naturelle par gravité.

Le câblage devra éviter tout phénomène d'induction (foudre). Les boucles d'induction seront à réduire au maximum par réduction de la surface, quitte à rallonger la longueur de câblage. L'éloignement maximum du parafoudre sera recherché.

Attention à la manipulation des câbles et connexions ! Un court-circuit en courant continu est difficile à interrompre; la production d'un arc électrique est systématique à l'ouverture du court-circuit, avec un risque notable d'incendie.

I.1.b.p. Bilan besoin matériel

L’équipement (solaire) nécessaire par habitation est le suivant :

·       2 panneaux solaires de 185Wc

·       1 régulateur de charge de 24V 8A/8A minimum

·       4 batteries de 24V / 130Ah

·       1 onduleur de 350W

A cela, s’ajoute :

·       La structure porteuse des panneaux solaires

·       L’installation électrique (câblage des maisons)