Dimensionnement d'une installation PV

Énergies Renouvelables

• Les énergies renouvelables sont des sources d'énergie qui peuvent être renouvelées naturellement, comme l'énergie solaire, l'énergie éolienne, l'énergie hydraulique, l'énergie géothermique et l'énergie biomasse.

Rayonnement Solaire

• Le rayonnement solaire est la forme d'énergie provenant du soleil.
• La quantité d'énergie disponible dépend de la latitude, de la saison et de la météo.
• Le rayonnement solaire est composé de trois parties :
  • Irradiation directe : qui provient directement du soleil.
  • Irradiation diffuse : qui correspond au rayonnement reçu de la voûte céleste.
  • Irradiation réfléchie : qui correspond au rayonnement renvoyé par le sol et l'environnement.

Cellules Solaires

• Les cellules solaires convertissent l'énergie solaire en énergie électrique.
• Les cellules solaires sont composées de matériaux semi-conducteurs, comme le silicium.
• Les électrons sont excités par les photons du rayonnement solaire et créent un courant électrique.

Semi-Conducteurs, Conducteurs et Isolants

• Les conducteurs sont des matériaux qui conduisent aisément le courant électrique.
• Les isolants sont des matériaux qui ne conduisent pas le courant électrique.
• Les semi-conducteurs sont des matériaux qui se situent entre les conducteurs et les isolants.
• Les semi-conducteurs ont un écart énergétique plus restreint, permettant à quelques électrons de sauter vers la bande de conduction.

Jonction P-N

• La jonction p-n est la base de la fabrication des cellules solaires.
• La jonction p-n est composée de deux parties :
  • La zone p : dopée avec des impuretés positives (trous).
  • La zone n : dopée avec des impuretés négatives (électrons).
• La zone de transition (déplétion) est la zone où les propriétés de la zone p et de la zone n se rencontrent.

Caractéristiques Courant-Tension

• La courbe caractéristique d'une diode au silicium dans l'obscurité et sous illumination montre le comportement de la diode en fonction de la tension et du courant.
• La diode illumine génère un courant de court-circuit (Icc) et une tension de circuit ouvert (Vco).### Effet Photovoltaïque
• L'effet photovoltaïque est utilisé dans les cellules solaires pour convertir l'énergie du rayonnement solaire en énergie électrique.
• La jonction est exposée à un rayonnement, les photons incidents créent des paires électrons-trous dans les zones N et P.
• L'électron se déplace du côté N tandis que le trou migre du côté P sous l'effet du champ électrique.

Modèle Électrique de la Cellule Photovoltaïque

• La résistance série Rs décrit les pertes ohmiques au niveau des contacts avant de la cellule solaire et à l'interface métal-semi-conducteur.
• La résistance shunt Rsh modélise les fuites et les court-circuits ponctuels de la jonction p-n.

Paramètres du Circuit Équivalent

• Le courant de court-circuit ISC est délivré par les cellules solaires lorsqu'elles sont court-circuitées.
• La tension du circuit ouvert VOC est la tension maximale que peut produire la cellule photovoltaïque.
• La résistance shunt Rsh et la résistance série Rs peuvent être déterminées à partir de la courbe I-V.

Dimensionnement d'une Installation PV

• La dimension du système PV dépend de la puissance nécessaire et de la surface disponible.
• Le nombre de panneaux solaires nécessaires est fonction de la puissance de chaque panneau et de la surface totale.

Batterie Solaire

• La capacité d'une batterie solaire est exprimée en ampères heure (Ah).
• La vitesse de décharge de la batterie affecte la capacité réelle.
• L'état de charge (SOC) et la profondeur de décharge (DOD) sont deux concepts importants pour la gestion de la batterie.
• Le cyclage, la température et la profondeur de décharge affectent la durée de vie d'une batterie.

Régulateur Solaire

• Le régulateur solaire maintient l'état de charge des batteries à un niveau élevé tout en les protégeant contre la surcharge et la décharge excessive.
• Les régulateurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) sont plus efficaces que les régulateurs PWM (Pulse Width Modulation).

Onduleur PV

• L'onduleur transforme le courant continu issu des panneaux solaires en courant alternatif utilisable par les appareils domestiques.
• Les critères de choix et d'achat d'un onduleur sont la compatibilité en puissance, en tension et en courant.
• Les onduleurs peuvent avoir des options de supervision en ligne et des trackers multi-MPP pour exploiter les champs photovoltaïques avec des ensoleillements différents.### Technologie de l'onduleur
• L'onduleur est une solution complète pour l'autoconsommation avec les panneaux photovoltaïques, les batteries solaires et le réseau électrique.
• La durée de vie statistique d'un onduleur est de 10 ans, avec une garantie variable de 5 à 20 ans.

Rendement de l'onduleur photovoltaïque

• L'onduleur convertit le courant continu en courant alternatif, avec des composants électriques qui chauffent et dissipent de la puissance.
• Le rendement de l'onduleur est défini comme le rapport de la puissance de sortie sur la puissance d'entrée.
• Les rendements actuels atteignent autour de 95-98%.

Schéma d'un onduleur double tracker

• Les onduleurs Double Tracker ont deux régulateurs MPPT, permettant la recherche de deux points maximum de puissance.
• Ils permettent de gérer des séries de panneaux solaires avec des orientations et inclinaisons différentes.

Configurations et concepts des onduleurs

• La puissance de l'onduleur (P) doit être comprise entre 80% et 100% de la puissance crête.
• La tension de l'onduleur (U) doit être comprise entre les valeurs minimale et maximale des tensions des panneaux solaires.
• L'intensité de l'onduleur (I) doit être comprise entre les valeurs minimale et maximale des intensités des panneaux solaires.

Effet de la température sur l'onduleur

• La température maximale de fonctionnement de l'onduleur ne doit pas être dépassée.
• La plage de température de fonctionnement d'un onduleur est comprise entre -25°C et 60°C.
• La température a une forte influence sur la durée de vie de l'onduleur.

Choix des paramètres de l'onduleur

• La puissance de l'onduleur doit être compatible avec la puissance totale du champ photovoltaïque.
• La tension d'entrée doit être comprise entre les valeurs minimale et maximale des tensions des panneaux solaires.
• Le courant d'entrée doit être compris entre les valeurs minimale et maximale des intensités des panneaux solaires.

Câbles PV

• La section des câbles DC est calculée en fonction de la longueur du câble et de la résistivité du matériau.
• La chute de tension dans la partie DC doit être inférieure à 3%, idéalement 1%.
• La section du câble est calculée en fonction de la chute de tension admissible et de la longueur du câble.

Exemple d'installation PV

• L'installation PV a une puissance totale de 2300 W.
• La batterie a une capacité de 500 Ah.
• Le système a une autonomie de 1 jour.
• Les batteries sont connectées en série et en parallèle pour obtenir la tension et la capacité nécessaires.
• L'onduleur a une puissance de démarrage compatible avec la puissance totale de l'installation.