Pré-dimensionnement photovoltaïque d`une maison individuelle

Bruno Morel
Architecte Diplômé Par Le Gouvernement -Ingénieur des Travaux Publics de l’Etat
PRE-DIMENSIONNEMENT PHOTOVOLTAÏQUE D’UNE
MAISON INDIVIDUELLE.
Cette étude a été réalisée grâce au logiciel en ligne « Tecsol » et a été confronté à un
calcul manuel.
Le logiciel nous a permis d’estimer par itérations successives les besoins acceptables
pour le dimensionnement de l’installation. Comme on le verra dans la suite de l’analyse,
on s’aperçoit que l’estimation des besoins est capitale pour le dimensionnement correct
de l’installation. En effet de cette consommation théorique dépend les moyens mis en
œuvre et le coût final de l’installation. il ne faut pas perdre de vue que ce poste « apport
électrique solaire » n’est pas le seul dans l’élaboration d’une maison. Il faut donc pas
qu’il grève à lui seul le budget d’investissement de la maison individuelle. Ce poste doit
permettre de trouver un optimum entre moyen investi et gains apportés pour
l’environnement et pour l’usager qui ne « paye » pas l’électricité à EDF.
La première estimation des besoins électriques modélisées avec Tecsol, nous permet
de comprendre quels sont les postes électriques « gourmands » en énergie. Cette
première étude montre que le photovoltaïque doit être une énergie d’appoint pour qu’il
reste compétitif.
I. DEFINITION DES CARRACTERISTIQUES PHYSIQUES DU LIEU :
1. Situation géographique de l’intervention programmée :
La maison individuelle est considérée pour l’étude, comme devant être construite dans
la région lyonnaise.
D’après la carte située en annexe, elle se situe dans une zone ou le rayonnement
solaire global 1.7 kWh /m2.j
2. Inclinaison des capteurs photovoltaïques :
La maison est située à une latitude de 45°43
Pour une meilleur captation du rayonnement solaire les panneaux photovoltaïque
seront orientés au sud avec une inclinaison de 45°.
3. Situation sur la parcelle des capteurs photovoltaïques :
Il sera fait attention à l ‘intégration de cette surface de captation dans l’intégration de la
maison. C’est la raison pour laquelle, devant la forme, et l’orientation de la maison, une
position des capteur sur le bâti n’est pas envisageable. En effet les toits sont mal
orientés pour recevoir une surface de capteurs solaires. Les capteurs seront donc
placés au sol devant la surface sud de la maison. Cette façade n’ayant pas
d’ouvertures, le champ de capteur ne nuira pas à la perception de la maison. Leur
situation sur le sol nous permettra de définir sans contrainte l’inclinaison souhaité pour
les capteurs. En effet on ne sera pas contraint par une éventuelle inclinaison de toiture.
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Néanmoins la position au sol des capteurs nous amène à réfléchir sur le bien fondé du
massif d’arbuste sur ce côté de la maison. Il sera nécessaire pour éviter tout problème
de masque qui nuiraient aux performances de l’installation déplacer cette végétation.
II. ESTIMATION n°1 DES BESOINS D’ELECTRICITE :
Type de besoins
Eclairage
Eclairage
Eclairage
Eclairage
Electro-menager
Electro-menager
Outillage
Outillage
Audio-visuel
Audio-visuel
Audio-visuel
Audio-visuel
Audio-visuel
Audio-visuel
Audio-visuel
Matériel de bureau,
informatique
Matériel de bureau,
informatique
Matériel de bureau,
informatique
Matériel de bureau,
informatique
Matériel de bureau,
informatique
Matériel de bureau,
informatique
Equipement
Nbre
Lampe à incandescence
8
15 W
Lampe à incandescence
1
60 W
Lampe à incandescence
2
100 W
Lampe Fluo-compacte 9
1
W
Cafetière 24V
1
Ventilateur extracteur 3
1
m3/h
Perceuse
1
Scie sauteuse
1
Chaîne stéréo+CD 2x50
1
W
Ensemble stéréo 2x11W 1
Magnétoscope VHS
1
Radio-Cassette
1
Radio-Réveil
1
Récepteur TV satellite 1
Téléviseur couleur 56
1
cm
Consommation
(Wh/j)
360
180
400
9
36
120
300
125
192
225
180
60
120
390
378
Ecran 17 pouces
1
130
Fax
1
242
Imprimante laser
1
3740
PC de bureau sans
écran
1
50
PC Portable
1
30
Répondeur téléphonique 1
144
On obtient avec cette estimation des besoins journalier, une consommation annuel de :
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Besoins moyens (Wh/j)
Conso. Printemps (Wh/j)
Conso. Eté (Wh/j)
Conso. Automne (Wh/j)
Conso. Hiver (Wh/j)
7411
7351
7378
7351
7396
L’étude bien que réalisée avec cette consommation théorique va montrer qu’une telle installation bien
que tout à fait réalisable n’est par rentable économiquement. On devra chercher à considérer que
certains poste pris en compte lors de cette étude seront alimentés non par le photovoltaïque mais par
l’utilisation ponctuelle d’un groupe électrogène individuel par exemple.
III. RESULTAT DE LA MODELISATION n°1:
1. Profils moyen journaliers de la consommation électrique (en W) de la maison
individuelle concidérée :
Saison
AUTOMN
ETE
HIVER
PRINTE
1 2 3 4 5
6H 7H 8H 9H
H H H H H
11 16 16 50
10 10 10 10 10
1 9 9 5
14 14 50
10 10 10 10 10 97
7 7 2
13 19 19 51
10 10 10 10 10
0 7 7 0
11 16 16 50
10 10 10 10 10
1 9 9 5
10
H
49
3
50
6
48
0
49
3
11
H
49
9
52
0
48
0
49
9
12
H
50
8
53
3
48
6
50
8
13
H
45
4
46
7
44
5
45
4
14 15 16
H H H
50
29 85
5
11 53
42
1 0
48
20 64
3
50
29 85
5
17
H
49
9
52
0
48
0
49
9
18
H
51
2
51
3
51
4
51
2
19
H
81
0
79
6
82
9
81
0
20
H
80
7
79
3
82
6
80
7
21
H
43
1
40
9
45
9
43
1
22
H
38
2
36
7
40
1
38
2
23
H
33
2
32
5
34
2
33
2
24
H
5
5
5
5
2. Caractéristiques des potentialités photovoltaïques liées au climat, au site, à la saison et au
besoin :
Mois
Janvier
Février
Mars
Avril
Mai
Juin
Juillet
Août
Septembre
Octobre
Insolation
modules
(Wh/j.m2)
1620
2349
3458
4123
4364
4588
4985
4607
4465
3299
Potentiel Besoins Production
Taux
théorique (Wh/j)
groupe
couv
(Wh/j)
(Wh/j)
groupe (%)
5443
7396
2441
33
7892
7396
0
0
11618
7351
0
0
13853
7351
0
0
14663
7351
0
0
15415
7378
0
0
16749
7378
0
0
15479
7378
0
0
15002
7351
0
0
11084
7351
0
0
-3-
Potentiel
perdu
(Wh/j)
0
0
3414
5201
5849
6430
7497
6481
6121
2986
Production
solaire
(Wh/j)
5443
7892
8204
8651
8813
8985
9252
8998
8881
8097
Bruno Morel
Novembre
Décembre
Architecte Diplômé Par Le Gouvernement -Ingénieur des Travaux Publics de l’Etat
1753
1151
5890
3867
7396
7396
1882
4410
25.5
59.6
0
0
5890
3867
3. Production attendue par l’installation mise en place :
Production
annuelle
modules
(Wh/an)
Production
annuelle
groupe
(Wh/an)
Taux
couverture
solaire (%)
Production
annuelle
perdue (Wh/an)
2826222
268877
91.3
1345702
Taux
Production Production
de perte
unitaire
unitaire
(%)
(Wh/Wc.an) (Wh/Wc.j)
32.2
4. Dimensionnement de l’installation photovoltaïque :
Dimensionnement champ photovoltaïque
Puissance Crête (Wc)
Puissance 1 module (Wc)
Tension unitaire module (V)
Nombre total de modules
Orientation (°)/Sud
Inclinaison la plus favorable (°)
Nbre modules en série
Nbre de branches en parallèle
Surface approximative des modules (m2)
Intensité maximum de charge (A)
5600
50
12
112
0
60
4
28
56
81.67
Dimensionnement Batteries
Nbre jours d'autonomie
Profondeur de décharge maxi (%)
Tension batterie (V)
Tension de distribution (V)
Capacité batterie (AhC100)
Durée de recharge (h)
Taux de cyclage nominal journalier (%)
Dimensionnement Onduleur
-4-
6
70
48
230
1400
17
11.03
504
1.38
Bruno Morel
Architecte Diplômé Par Le Gouvernement -Ingénieur des Travaux Publics de l’Etat
Tension entrée onduleur (V)
Puissance installée (W)
Puissance maxi au démarrage (W)
Puissance onduleur conseillée (VA)
48
3045
5752
3200
Appoint secours
Capacité chargeur (A)
Puissance chargeur (W)
Puissance mini du groupe (VA)
70
5300
10200
5. Investissement et mise en place :
La simulation financière de Tecsol de cette installation conduirait dans la réalité à redimetionnner
l’installation. De manière itérative, on approcherait ainsi le meilleur compromis entre investissement et
consommation électrique solaire. En effet la simulation financière est de un million de franc hors taxes ...
On s’aperçoit alors de la nécessité dans le photovoltaïque de faire une étude des besoins approfondie et
colant au mieux à la réalité.
Le poste le plus gourmand en énergie de l’étude des besoins énergétiques précédente est dans un
premier temps, l’informatique de bureau. L’imprimante laser a en effet une consommation de 3740 Wh /j.
Elle représente à elle seule la moitié de la consommation globale domestique de la maison…
Soit on diminue son temps d’utilisation qui était précédemment de une heure par jour, soit on fait
l’hypothèse que ce matériel sera comme la machine à laver et le reste du gros appareil électroménager,
utilisé ponctuellement et fonctionnera grâce au groupe électrogène.
Avec cette dernière hypothèse la consommation moyenne devient 3671 Wh/j ce qui est davantage
compatible avec la rentabilité du photovoltaïque, bien qu’encore un peu cher. Il serait souhaitable
d’arriver à une consommation électrique solaire d’environ 2500 Wh/j.
Pour cela le temps d’utilisation de certains petits appareils électroménager pris dans l’étude pourrait en
fait être diminué et coller pour cela davantage à leur emploi dans la réalité.
Avec une consommation électrique solaire rectifiée de 2500Wh/j, pour une inclinaison des capteurs de
45°.on obtient avec un rayonnement solaire pour Lyon de 1.6 kWh/j.m2 (voir carte en annexe) :
5.1. Installation de captation :
PC0=2500/(0.6*1.6)=2604 W
Avec une tension de 48 V
Le nombre de module sera :
N= 2604/50=52 modules solaires
5.2 Batterie d’accumulateur :
avec :
_ une décharge profonde =70%
_un nombre de jour d’autonomie pour une maison individuelle de 5 jours
_une décharge journalière =0.7/5
_une capacité utile =5*2500=12500 Wh
_Une capacité réelle =17857 Wh
_Une capacité réelle =372 Ah
on prendra donc une capacité établit par 25 éléments stationnaires de 2V
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