Installations photovoltaïques autonomes

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Installations photovoltaïques
Systèmes autonomes
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Installations photovoltaïques autonomes
Principe d’un système PV autonome
Une installation photovoltaïque (PV) est dite autonome – ou isolée – quand elle n’est
pas reliée à un réseau de distribution. Le système PV autonome permet de fournir du
courant électrique à des endroits où il n’y a pas de réseau. Il se révèle
particulièrement adapté pour des applications comme une pompe dans le jardin,
l’éclairage en zone isolée, l’alimentation de bornes téléphoniques le long de
l’autoroute, etc. Pour ces applications il n’est pas toujours possible de mettre en
place un réseau d’alimentation classique, soit à cause de contraintes techniques, soit
pour des raisons économiques.
Le système autonome doit être capable de fournir du courant aux consommateurs
pendant la période de l’année de moindre irradiation lumineuse. Si on a besoin du
courant toute l’année, la période de moindre irradiation est l’hiver (pour l’Europe).
Pendant cette période, il faudra plus de panneaux pour couvrir les mêmes besoins
qu’en été. Les batteries donnent une autonomie au système pour des applications
nocturnes ou quand les panneaux ne fournissent pas assez de courant.
En conclusion, pour dimensionner un système autonome et déterminer le nombre de
modules photovoltaïques nécessaires, on se base sur la consommation pendant la
période de moindre irradiation au cours de laquelle on veut faire fonctionner les
applications.
La production totale nécessaire est calculée simplement en additionnant les
consommations de chaque appareil en service, comme présenté dans l’exemple cidessous. La puissance électrique de chaque appareil est notée avec une estimation
du temps pendant lequel on veut employer l’appareil. Ces chiffres donnent une idée
de la consommation globale et autorisent le calcul du nombre de panneaux solaires
requis.
Tableau: exemple de calcul pour une maison isolée en Belgique
- Ordinateur
Puissance
électrique (W)
60 W
Durée
d’emploi sur un
jour (h)
1/2 h
- Télévision
80 W
- Frigo
- Lampes
Application
Nombre d’unités
1
Consommation
(Wh)
30 Wh
3h
1
240 Wh
50 W
Toute la journée
(= 16 h)
1
800 Wh
11 W
3h
3
3 x 33 Wh
= 99 W
1 169 Wh
Total
Dans cet exemple, la consommation électrique par jour est de 1,169 kWh
(1 kWh = 1 000 Wh)
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Comme nous l’avons déjà vu plus haut, un module solaire produira une certaine quantité
d’énergie (Wh) par jour, qui dépendra de la région et de la période. Une installation de 1 kWc
(soit 1 kilowatt crête,
Production PV - 1kWc en Belgique
4.000
+/- 10 m²) produira,
3705
3639
Production mensuelle (kWh / mois)
en Belgique, plus de
3377
3.500
3344
Production journalière (Wh / jour))
100 kWh par mois
3115
pendant l’été alors
3.000
que la même
2459
installation produira
2.500
2098
en hiver seulement
1869
2.000
20 kWh.
1574
1.500
Les panneaux
1148
doivent être
1.000
843
721
590
capables de fournir
500
toute l’année
113
111
102
103
95
75
64
48
57
35
22
18
l’énergie nécessaire.
0
Le nombre de
Jan
Fév
Mar
Avr
Mai
Juin
Juil
Août
Sep
Oct
Nov
Déc
Total
panneaux à mettre
en place est
déterminé par la période avec la moindre irradiation, c'est-à-dire l’hiver dans cet exemple-ci.
Les autres mois offrant plus de confort d’un point de vue énergétique.
Composants d’un système PV Autonome
D’une manière générale, un tel montage peut se schématiser comme suit :
Junction box
principe
Régulateur
Junction box +
Junction box -
Utilisateurs DC
Modules solaires en parallèle
Groupement de
batteries en 12 ou 24V
Utilisateurs AC
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Les différents composant de l’installation de base :
•
Les modules (ou panneaux) solaires. Source d’énergie du système, les modules
photovoltaïques produisent de l’énergie électrique à partir de la lumière solaire.
•
Le régulateur stabilise l’énergie délivrée par le module solaire de manière à ce que
celle-ci puisse être stockée dans des batteries et soit utilisable pour des application
en courant continu (DC = Direct Courant)
•
Les batteries constituent le moyen de stockage pour entreposer l’énergie produite
par les modules
•
L’onduleur transforme l’énergie disponible DC dans les batteries en énergie
alternative 230V. (AC = Alternative Courant)
•
Les consommateurs DC et AC. En fonction des applications, applications DC
(12/24V) ou AC (230V) peuvent être reliés au système autonome.
Les modules solaires chargent un groupe de batteries. Les batteries libèrent l’énergie
au moment où celle-ci est demandée. Le régulateur règle le processus de
chargement des batteries électroniquement. Ce groupement de batteries est prévu
pour donner une meilleure autonomie au système. Celle-ci est établie en fonction de
l’énergie nécessaire (en nombre de Wh / jour) et du nombre de jours d’autonomie
désiré.
Applications d’un système autonome
•
Cas 1: Eclairage 15 lampes
-/ 10 lampes Solsum CFL 11W avec 12V DC
+ 5 lampes Labcraft Batten Light T5 BL 13
Voltage
Puissance
12V DC
13 W
800 Lm
0,44 kg
57,3 cm
Durée d’utilisation quotidienne des lampes : 3 heures / jour
-> Energie nécessaire :
•
Lumen
Poids
Longueur
525 Wh / jour
Cas 2: Eclairage 10 lampes + petite consommation additionnelle
-/ 10 lampes Solsum CFL 11W avec 24V DC
Durée d’utilisation quotidienne des lampes : 3 heures / jour
+ Consommation additionnelle de 1500Wh / jour
-> Energie nécessaire :
1830 Wh / jour
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Un système PV autonome doit être capable de fournir l’énergie nécessaire (nombre
de Wh) au moment voulu. En Europe et en Afrique, les ensoleillements sont
différents, c’est pourquoi un système nécessitera, pour une même application, plus
de modules en Europe qu’en Afrique. Entre les périodes d’été et d’hiver, on constate
aussi une forte variation d’irradiation.
Application de ces deux cas en Europe
Region I
Region II
Europe
Region I
Ensoleillement
Production moyenne / jour
2490 Wh / kWp
Moins bon mois :
Décembre
680 Wh / kWp par jour
Cas 1: Eclairage
Puissance: 220 Wp
5 panneaux P 40-36 GET AK
1 régulateur PR 1515
Groupe de batteries 140 Ah / 12V
Cas 2: Eclairage + petite
consommation de 1500 Wh
Puissance: 735 Wp
7 panneaux M 120-72 GET AK
1 régulateur PR 3030
Groupe de batteries 230 Ah /
24V
1 onduleur AJ 1300-24
Prix: € 2 950 (HTVA)*
Prix: € 7 000 (HTVA)*
Region II
Production moyenne / jour
3650 Wh / kWp
Moins bon mois :
Décembre
1875 Wh / kWp par jour
Puissance: 198 Wp
Puissance: 525 Wp
3 panneaux P 60-36 GET AK
1 régulateur PR 1515
Groupe de batteries 140 Ah / 12V
5 panneaux M 120-72 GET AK
1 régulateur PR 3030
Groupe de batteries 230 Ah /
24V
1 onduleur AJ 1300-24
Prix: € 2 750 (HTVA)*
Prix: € 5 900 (HTVA)*
* Les prix sont entendus hors TVA et sont valables jusqu’au 31.12.2007. Les marchandises sont au départ dans le magasin à
Bruxelles.
Belpower se réserve le droit à des changement sur les systèmes présentés ci dessus en fonction de la disponibilité des
marchandises. D’éventuelles adaptations de prix peuvent en découler.
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Application de ces deux cas en Afrique
Région I
Région II
Région III
Afrique
Région I
Ensoleillement
Production moyenne / jour
4000 Wh / kWp
Moins bon mois :
Août
3350 Wh / kWp par jour
Cas 1: Eclairage
Puissance: 132 Wp
Cas 2: Eclairage + petite
consommation de 1500 Wh
Puissance: 480 Wp
2 panneaux P 60-36 GET AK
1 régulateur PR 1515
Groupe de batteries 90Ah /
12V
4 panneaux M 120-72 GET AK
1 régulateur PR 3030
Groupe de batteries 155 Ah / 24V
1 onduleur AJ 1300-24
Prix: € 5 450 (HTVA)*
Région II
Production moyenne / jour
4550 Wh / kWp
Moins bon mois :
Décembre
3850 Wh / kWp par jour
Prix: € 2 200 (HTVA)*
Puissance: 132 Wp
Puissance: 420 Wp
2 panneaux P 60-36 GET AK
1 régulateur PR 1515
Groupe de batteries 90 Ah /
12V
4 panneaux M 120-72 GET AK
1 régulateur PR 3030
Groupe de batteries 155 Ah / 24V
1 onduleur AJ 1300-24
Prix: € 5 150 (HTVA)*
Région III
Production moyenne / jour
5100 Wh / kWp
Moins bon mois :
Juillet
4675 Wh / kWp par jour
Prix: € 2 200 (HTVA)*
Puissance: 100 Wp
1 panneaux M 120-72 GET
AK 12V
1 régulateur PR 1515
Groupe de batteries 90 Ah /
12V
Puissance: 360 Wp
3 panneaux M 120-72 GET AK
1 régulateur PR 3030
Groupe de batteries 155 Ah / 24V
1 onduleur AJ 1300-24
Prix: € 4 800 (HTVA)*
Prix: € 2 000 (HTVA)*
* Les prix sont entendus hors TVA et sont valables jusqu’au 31.12.2007. Les marchandises sont au départ dans le magasin à
Bruxelles.
Belpower se réserve le droit à des changement sur les systèmes présentés ci dessus en fonction de la disponibilité des
marchandises. D’éventuelles adaptations de prix peuvent en découler.
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Système PV autonome pour des installations de puissances plus élevées
Lorsqu’un éclairage ou une petite application de quelques Wh par jour sont requis,
les applications présentées ci-dessus offrent une bonne solution.
Dans le cas où ces installations ne suffisent pas, une installation sur mesure peut
toujours être calculée. Voici quelques données nécessaires pour ce calcul :
•
•
•
•
Pays / région de l’installation
Liste des applications
Utilisateurs DC avec une certaine durée d’utilisation désirée pour
chacun d’eux
Utilisateurs AC avec une certaine durée d’utilisation désirée pour
chacun d’eux
Autonomie requise (pour le dimensionnement du groupe de batteries)
Profil d’utilisation (schéma expliquant quand chaque application est
active)
En fonction de la puissance, l’installation peut être reliée à un système autonome de
base (panneaux, régulateur, groupe de batteries et éventuellement onduleur).
Pour des réalisations plus grandes (>2 à 3kW), il existe un autre principe
d’installation.
Avec un système Sunny Island (SI) on peut monter jusqu’à 78 kW avec une
application autonome. Ce système peut coupler à des panneaux photovoltaïques
d’autres sources d’énergie comme l’éolien, l’hydraulique, la co-génération, le diesel,
etc.
Belpower peut réaliser une étude pour l’installation désirée moyennant le payement de
€ 450 qui sont déduit de la facture finale lors de l’installation.
Le schéma de principe d’une installation de ce type est donné ci-dessous :
Batteries
Générateur
Diesel
Sunny Island
Panneaux
solaires
Onduleur
Eolienne
Onduleur
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Autre application des systèmes autonomes: La Pompe Hydraulique PV
Réservoir
de stockage d’eau
Régulateur
Panneaux solaires
(2 panneaux de 108 Wp)
Pompe hydraulique
Solaflux
Différentes profondeurs et
débit sont possibles
La pompe solaire Solaflux peut pomper de l’eau jusqu’à une profondeur de 150 m
relativement peu d’énergie. Pour des profondeurs inférieures à 50 m, des débits de
550 – 650 litres / jour sont accessibles.
Les modules solaires (1 ou 2 modules de 108 Wp) sont joints sur le régulateur de la
pompe. En journée, le régulateur n’a, grâce aux modules solaires, pas besoin de
batteries pour alimenter la pompe. Tant que le soleil est présent et que les panneaux
livrent suffisamment de puissance, la pompe peut donc rester en service.
Durant la nuit, la pompe peut éventuellement aussi être alimentée avec un petit
groupe de batteries afin que l’eau puisse être pompée.
Dimensions
Poids
Voltage d’entrée
Accessoires
cylindre 760 mm x 98mm
14kg
20 – 70V DC
2
Câbles électriques
3 x 2,5mm jusque 80m
2
3 x 4 mm > 80m
Installations photovoltaïques autonomes
Polypropylène de 8 mm
Corde de sécurité
Corde
3 modèles possibles :
•
•
•
Piston 3 mm
Piston 2,6 mm
Piston 2 mm
Petit dénivelé, grand débit
Profondeur moyenne, débit moyen
Plus grandes profondeurs avec un débit plus petit
La pompe est prévue pour fonctionner sans difficulté dans une eau trouble et dans
un milieu corrosif.
Prix
Le prix indicatif pour cette installation comprenant la pompe, la boîte de régulation et
2 modules solaires est de € 3 068,- (prix sans TVA et valable jusqu’au 31.12.2007. Les
marchandises sont entreposées dans le magasin à Bruxelles)
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Autre application des systèmes autonomes: Luminaires et lampadaires PV
En jardin, en terrasse, ou dans les allées, cette gamme de 8 luminaires et
lampadaires photovoltaïques permet, grâce aux diodes LED de teintes blanches et
ambrées et à ses modules photovoltaïques raccordés à des batteries performantes à
l’autonomie particulièrement confortable, un éclairage tout en douceur sans pose de
câbles électriques.
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