Comprendre les formules physiques d’une installation photovoltaïque en site isolé

Dimensionnement d’une installation photovoltaïque pour site isolé : une nécessité incontournable

Dans un monde toujours plus axé sur les énergies renouvelables, les installations photovoltaïques en site isolé ont acquis une importance capitale. L’autonomie énergétique devient un objectif non seulement pour les particuliers, mais aussi pour des projets plus ambitieux dans des régions éloignées des réseaux électriques. La première étape essentielle consiste à comprendre comment dimensionner correctement une installation. Ce processus implique une série d’étapes méthodiques qui permettent de s’assurer que le système installé pourra répondre aux besoins énergétiques de l’utilisateur, tout en tenant compte des contraintes techniques et environnementales.

Pour entamer ce dimensionnement, il est crucial de définir certaines données, qui serviront de fondation pour l’ensemble du système. Les différentes étapes à suivre incluent :

• Déterminer la puissance instantanée maximale de consommation
• Évaluer la tension de la batterie ou du parc de batteries
• Calculer la consommation journalière
• Déterminer le coefficient de rendement global de l’installation
• Estimer l’énergie électrique à produire chaque jour
• Définir la puissance totale des panneaux solaires à installer

Chacune de ces étapes nécessite une précision accrue, car les erreurs à ce stade peuvent engendrer des coûts supplémentaires ou des pannes imprévues. Prenons l’exemple d’un projet situé dans une région isolée de France, où il est indispensable que l’installation soit capable de fournir l’énergie requise en toutes circonstances.

Définir la puissance instantanée maximale de consommation

La première étape consiste à dresser une liste des équipements qui seront alimentés par l’installation. En effet, la puissance instantanée maximale correspond à la somme des puissances des appareils utilisés simultanément. Cela nécessite une analyse des habitudes de consommation : quels appareils sont utilisés en même temps pendant la journée ? Que ce soit des appareils électroménagers, des outils électriques ou des dispositifs d’éclairage, la prise en compte de chaque élément est cruciale.

Cette puissance se mesure en watts (W), et si l’on envisage l’installation de panneaux photovoltaïques, les calculs doivent également inclure car on estimera combien de temps chaque appareil sera utilisé durant la journée. Par exemple, l’utilisation d’un équipement de 500 W pendant 3 heures équivaut à 1,5 kWh de consommation. Pour un établissement qui fonctionne surtout durant la journée, ces éléments d’information sont nécessaires pour évaluer la taille des panneaux.

Définir la tension du parc de batteries

La seconde considération concerne la tension du parc de batteries. Cela dépend directement de la puissance totale estimée :

Il est donc impératif de choisir un modèle de batterie qui respectera ces critères, garantissant ainsi une compatibilité entre les panneaux solaires et le système de stockage d’énergie.

Déterminer la consommation journalière

La consommation journalière (Ec) est habituellement exprimée en watts-heures par jour (Wh/j). Cela implique de faire l’inventaire des équipements, combiné au nombre d’heures de fonctionnement. En multipliant la puissance de chaque appareil par le temps d’utilisation, on obtiendra une image claire de la demande énergétique. Par exemple, une radio de 5 W utilisée pendant 5 heures équivaut à 25 Wh/j.

Pour augmenter la précision, il est souvent judicieux d’établir un tableau récapitulatif pour visualiser la consommation totale. Lors de la planification, il est possible d’intégrer des marges pour les imprévus ou les pics d’utilisation, afin de garantir une autonomie optimale.

Définir le coefficient de rendement global de l’installation

Les installations photovoltaïques ne sont pas exemptes de pertes, qui peuvent être dues à diverses raisons, allant des câbles à l’orientation et à l’inclinaison des panneaux eux-mêmes. Le coefficient de rendement global (k) est calculé comme suit :

k = Énergie électrique restituée / Énergie électrique reçue

Un rendement typique pour les systèmes solaires peut varier, de sorte qu’un coefficient estimé entre 0.55 et 0.65 est généralement adopté. C’est essentiel pour prévoir l’énergie à produire chaque jour, ainsi que pour garantir que les besoins spécifiques seront comblés.

Déterminer l’énergie à produire chaque jour

La formule pour déterminer l’énergie à produire chaque jour peut être formulée comme suit :

Énergie à produire par jour (Ep) = consommation journalière (Ec) / coefficient de rendement (k)

Cela permet de garantir que les panneaux solaires auront la capacité nécessaire pour produire la totalité de l’énergie requise. En calculant ce chiffre, il est également possible d’ajuster le nombre de panneaux et leur puissance pour que le système soit aligné avec les besoins réels.

Définir la puissance totale des panneaux solaires à installer

Pour s’assurer que la puissance des panneaux solaires soit adéquate, il est nécessaire d’examiner la valeur d’ensoleillement moyen journalier (Hi) de la zone. Cela peut être déterminé par des logiciels comme PVGIS, qui prennent en compte l’orientation et l’inclinaison des panneaux.

Un calcul typique se présente comme suit :

Pc (Puissance à installer) = Ep / Hi

Ce qui permettra d’évaluer la puissance totale des panneaux (en Wc) à implanter et d’en déterminer le nombre nécessaire. En tenant compte des carences possibles dues à l’ombrage ou à d’autres facteurs, l’installation peut être ajustée pour une performance optimale.

Un exemple simple d’un système peut inclure deux panneaux de 300 Wc chacun pour atteindre le total requis.

Choix des composants essentiels pour l’installation photovoltaïque

Un bon dimensionnement ne serait pas complet sans une attention particulière aux composants critiques. En effet, ceux-ci contribuent de manière significative à l’efficacité globale de l’installation. Il est impératif de sélectionner soigneusement la batterie, le régulateur de charge et le convertisseur de tension qui assureront la longévité et la performance du système. Chaque composant joue un rôle vital et est interconnecté.

Comment choisir la(les) batterie(s) ?

Le choix des batteries doit être effectué en fonction de la consommation journalière et des jours d’autonomie souhaités. La capacité des batteries (Capa) est généralement mesurée en ampères-heures (Ah) et peut s’exprimer par la formule suivante :

Capa (Ah) = (Ec x Jours d’autonomie) / DOD

Le taux de décharge (DOD) dépend fortement du type de batterie sélectionnée. Par exemple, avec un DOD de 80%, une batterie AGM pourrait être un choix judicieux pour ce type d’utilisation. Les batteries doivent également être branchées en série ou en parallèle pour atteindre les valeurs de tension et de capacité souhaitées.

Comment choisir le régulateur de charge ?

Un régulateur de charge est crucial pour protéger les batteries tout en assurant une recharge efficace. Le dimensionnement de cet équipement doit se faire selon :

• La tension du parc de batteries (12, 24 ou 48 V)
• L’intensité de charge maximale supportée par le régulateur, qui devrait être compatible avec la puissance des panneaux

Un exemple d’un régulateur adapté pourrait être un modèle MPPT permettant une conversion d’énergie optimale, tout en ajustant l’intensité de charge selon les besoins de la batterie.

Comment choisir le convertisseur de tension ?

Le convertisseur est crucial pour transformer l’énergie stockée dans les batteries, la rendant utilisable par les appareils électriques. La sélection doit être faite en fonction :

• Du type de signal souhaité (on peut choisir entre courant continu, alternatif quasi-sinus ou pur sinus)
• De la tension souhaitée en sortie (généralement 230V/50Hz en Europe)
• De la puissance instantanée que le convertisseur doit fournir

Un bon choix pourrait être un convertisseur qui a une capacité supérieure à la puissance maximale de l’équipement, garantissant ainsi un fonctionnement efficace et sans surcharges.

Exemple pratique de dimensionnement : un projet concret

Pour illustrer ces concepts, prenons le cas d’un chalet isolé dans la région de Lille, utilisé uniquement entre avril et septembre. Ce projet présente une consommation journalière maximale de 1700 Wh/jour avec une puissance maximale instantanée de 800 W. Les détails du dimensionnement seront examinés étape par étape.

Choix de la tension de la batterie

Dans ce cas, étant donné que la puissance maximale est comprise entre 400 W et 1500 W, le choix se porte sur une tension de 24 V.

Coefficient de rendement global

Étant donné que les composants sont de haute qualité, un coefficient de rendement de 0,65 sera adopté pour cette installation.

Calcul de l’énergie à produire chaque jour

Il est essentiel de calculer la quantité d’énergie à produire pour couvrir les besoins :

Ep = 1700 Wh/j / 0,65 = 2615 Wh/j

Détermination de l’irradiation solaire

L’utilisation du logiciel PVGIS permet de définir une moyenne d’irradiation solaire pour la période d’utilisation, soit 5,2 kWh/m².j. Ce chiffre est crucial pour évaluer la puissance nécessaire des panneaux.

Calcul de la puissance à installer

Enfin, la puissance nécessaire à installer s’établit par la formule :

Pc = 2615 Wh/j / 5,2 kWh/m².j = 503 Wc

Dans ce scénario, des panneaux de 300 Wc peuvent donc être sélectionnés, soit un total de deux panneaux pour couvrir les besoins.

Conclusion sur les installations photovoltaïques en site isolé

Le dimensionnement d’une installation photovoltaïque pour un site isolé reste une démarche technique rigoureuse, mais essentielle pour garantir l’autonomie énergétique. En suivant les étapes décrites et en tenant compte des spécificités de chaque projet, il est possible d’atteindre un meilleur rendement et de s’assurer que les besoins énergétiques seront satisfaits de manière efficace. De plus, un engagement dans les pratiques durables ouvre la voie à de nouvelles opportunités dans le domaine des énergies renouvelables tant en France qu’à l’international.

Pour davantage de précisions concernant la mise en place de systèmes photovoltaïques, il est conseillé de continuer à s’informer sur les innovations et meilleures pratiques proposées par des spécialistes tels que Energix, Novénergies, ou Green Solar.