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Parce que votre site est isolé, ou que vous voulez être en autonomie totale pour vous déconnecter du réseau (attention aux vendeurs de rêve !), vous avez besoin de stocker une part de l’électricité produite pour la nuit ou les journées sombres.

Vous allez donc devoir dimensionner votre installation en tenant compte de votre consommation journalière, mais aussi de l’énergie nécessaire pour la charge des batteries qui seront dimensionnées en fonction aussi de la consommation journalière et du nombre de jours d’autonomie.

Voici la méthodologie que nous vous proposons.


Sommaire:

  1. Définir la puissance instantanée maximale de consommation
  2. Définir la tension de la batterie ou du parc de batterie
  3. Déterminer la consommation journalière
  4. Définir le coefficient de rendement global de l’installation
  5. Déterminer l’énergie électrique à produire chaque jour
  6. Définir la puissance totale des panneaux solaires à installer
  7. Comment choisir la(les) batterie(s) ?
  8. Comment choisir le régulateur de charge ?
  9. Comment choisir le convertisseur de tension ?
  10. Exemple de dimensionnement d’une installation photovoltaïque pour un site isolé




1. Définir la puissance instantanée maximale de consommation



Pour cela il vous faut lister les équipements qui seront alimentés par l’installation.
La puissance instantanée maximale correspondra à la puissance cumulée maximale des équipements qui seront utilisés en même temps.




2. Définir la tension de la batterie ou du parc de batterie



Voici les règles d’usage :

Si Pmax < 400 W => Tension des batteries = 12V
Si Pmax < 1 500 W => Tension des batteries = 24V
Si Pmax > 1 500 W => Tension des batteries = 48V




3. Déterminer la consommation journalière



La consommation journalière (Ec) s’exprime en Wh/j.

Il suffit de lister le nombre d’heures d’utilisation par jour de chaque équipement, et de multiplier par la puissance de chaque équipement.
Une radio de puissance 5W, utilisée 5h par jour aura une consommation journalière de 25 Wh/j




4. Définir le coefficient de rendement global de l’installation



A chaque niveau de l’installation il y a des pertes d’énergie sous forme de chaleur.
Par exemple au niveau des câbles, une partie de l’électricité qui les parcours est dissipée en chaleur (effet joule).
Tous les éléments sont concernés.

k=Energie électrique restituée / Energie électrique reçue


Si vous voulez être très précis, il faut recueillir cette information sur les fiches techniques des appareils que vous envisagez d’utiliser.

Les panneaux solaires photovoltaïques
 sont aussi concernés. Il s’agit de tenir compte de l’incertitude liée à l’orientation et l’inclinaison, ainsi que l’usure, … : généralement le coefficient k des panneaux solaires est estimé à 0.9

Usuellement le coefficient de rendement global d’une installation solaire photovoltaïque pour site isolé est compris entre 0.55 et 0.65




5. Déterminer l’énergie électrique à produire chaque jour



L’énergie à produire chaque jour est :
equation de calcul de l'energie necessaire par jour pour une production photovoltaïque




6. Définir la puissance totale des panneaux solaires à installer



Pour déterminer la puissance totale des panneaux solaires à installer, il faut utiliser la valeur d’ensoleillement moyen journalier du site, Hi, en kWh/m².jour.

Hi dépend de l’orientation, de l’inclinaison des panneaux et d’éventuels ombrages.

Pour définir Hi, nous vous conseillons d’utiliser le logiciel PVGIS, onglet « données mensuelles » qui permet de tenir compte de l’inclinaison mais donne l’irradiation pour une orientation SUD.


equation de calcul de l'irradiation solaire




7. Comment choisir la(les) batterie(s) ?



Pour dimensionner les batteries, il faut définir le nombre de jour d’autonomie que vous souhaitez, de sorte à pouvoir être alimenté en cas de temps très nuageux.


L’autonomie doit être définie en fonction du risque que vous être prêt à prendre vs votre budget.

La capacité batterie (Capa) s’exprime en Ah et se calcul de la manière suivante :
equation de calcul de la capacite d'une batterie solaire photovoltaïque

Le rendement de stockage est une donnée fournie par le fabricant de la batterie. En l’absence de cette information, nous vous recommandons de prendre 0,9.


Le taux de décharge dépend du type de batterie choisi. Vous trouverez ici les informations ainsi qu'un tableau récapitulatif qui pourront vous aider à choisir le type de batterie.

L’association des batteries peut se faire en série ou en parallèle, selon les besoins d’additionner les tensions (V) ou les capacité (Ah). En effet selon les principes classiques en électricité :
schema de principe d'association de batteries solaires

En parallèle les capacités (Ah) s’additionnent, mais pas les tensions


En série les tensions (V) s’additionnent, pas les capacités





8. Comment choisir le régulateur de charge ?



Le dimensionnement d’un régulateur de charge se fait selon 2 critères :

  • La tension du parc de batteries (12, 24 ou 48 V)
  • L’intensité de charge maximale acceptée par le régulateur doit être compatible avec la puissance des panneaux et la tension du parc de batterie selon la formule Imax(A)=P(Wc)/Ubatteries (V)



Cependant bon nombre de fabricants de régulateurs indiquent la puissance maximale en Wc que peut accepter le régulateur.





9. Comment choisir le convertisseur de tension ?



Un convertisseur de tension se choisit en fonction des critères suivants :

  • Type de signal souhaité en sortie : Courant continu, alternatif quasi-sinus, alternatif pur sinus (plus d'explications ici)
  • La tension du parc de batteries
  • La tension souhaitée en sortie (230V et 50Hz pour du courant alternatif en Europe par exemple)
  • La puissance instantanée que doit être capable de fournir le convertisseur. Il est recommandé de prendre une petite marge de sécurité.




10. Exemple de dimensionnement d’une installation photovoltaïque pour un site isolé



Nous allons dimensionner une installation pour un chalet isolé ayant les caractéristiques suivantes :

  • Localisation = Lille
  • Occupation = uniquement d’Avril à Septembre
  • Consommation journalière maximale = 1 700 Wh/jour (=Ec)
  • Puissance maximale instantanée = 800 W
  • Exposition de la toiture = Sud-Est (-45°)
  • Inclinaison de la toiture = 30°
  • Pas d’ombrage sur la toiture
  • Autonomie souhaitée = 2 jours



Choix de la tension de la batterie :


Puissance maxi instantanée > 400 W et < 1500 W => Tension batterie = 24 V


Coefficient de rendement global de l’installation :


Choix de matériel de qualité, made in France, donc nous misons sur un rendement de l’installation de 0,65

Energie à produire chaque jour :


Ep = 1 700 / 0.65 = 2 615 Wh/j


Définition de l’irradiation solaire sur les mois de Avril à Septembre :



Utilisation de PVGIS
ecran de simulation PVGIS
Hi (Avril à Sept) = 158.51 + 170.25 + 154.31 + 189.08 + 181.33 + 134.34 = 988 kWh/m²
Donc Hi (journalier) = 988 / 183 jours = 5.4 kWh/m².j pour une orientation sud.
Par conséquent nous utilisons un facteur de correction de 0.96 pour convertir cette irradiation pour une orientation Sud-Est.
=> Hi = 5.2 kWh/m².j


Définition de la puissance (Wc) nécessaire :


Pc = 3 077 / 5.2 = 503 Wc
Nous choisissons donc 2 panneaux à 300 Wc LIEN chacun soit 600 Wc



Définition de la capacité batterie (Ah) nécessaire :
equation de calcul de la capacite d'une batterie
En nous référant à ce tableau nous optons pour des batteries AGM car l’utilisation sera quotidienne plusieurs mois par an.
La profondeur de décharge maxi (DOD) est de 80% (0,8).
Nous choisissons donc 4 batteries AGM de 12V et 100Ah (C20), que nous brancherons en 2 branches parallèles composées chacune de 2 batteries en série pour atteindre 24V et 200 Ah.


Choix du régulateur de charge :


Nous choisirons un régulateur de charge MPPT, avec une tension de 24 V.
Etant donné la puissance des panneaux (600Wc), le régulateur doit pouvoir accepter une intensité de 600/24=25 A
Nous choisissons donc le régulateur UNIMPPT 60/30.24S qui accepte un courant de charge jusque 30 A, et jusque 900Wc de panneaux solaires photovoltaïques.


Choix du convertisseur :


Les appareils que nous utilisons fonctionnent au 230V/50Hz mais aucun n'est considéré comme sensible (pas d'ordinateur ni TV par exemple).
Par conséquent nous choisissons un convertisseur 24V (tension du parc de batteries) Quasi sinus et 1000 W (ou VA) car1000 W estimé en puissance maxi (hors pic) UNIPOWER 1000.24 Q.

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