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Dimensionnement des installations photovoltaïques raccordées au réseau électriq

Dimensionnement des installations photovoltaïques raccordées au réseau électrique : Une installation photovoltaïque raccordée au réseau est une installation qui produit de l'électricité grâce au soleil et pour laquelle tout ou partie de l’électricité produite est injectée sur le réseau électrique. Elle est constituée essentiellement de modules photovoltaïques et onduleurs. « Dimensionner », c’est fixer la « taille », les caractéristiques optimales de chaque élément d’un système dont on connait la configuration. En effet, le dimensionnement peut amener finalement à changer le système, par exemple s’il s’avère que des éléments « optimaux » sur le plan technique sont très chers, ou indisponible, etc... La méthode de dimensionnement consiste à déterminer d’abord la puissance crête qui fournit l’énergie électrique nécessaire pendant le mois le moins ensoleillé (généralement décembre). Elle consiste à déterminer le moment où vous avez besoin d'électricité, et à mesurer votre consommation. Cette étape comporte peu de calculs, mais demande relativement beaucoup de réflexion car une erreur à ce stade faussera vos résultats jusqu'à la fin. 1. Calculer la puissance crête : Il y trois méthodes pour la détermination de la puissance crête selon le type d’installation d’injection :  Détermination à travers la surface disponible pour l’installation photovoltaïque.  Détermination à travers le budget du client.  Détermination à travers la consommation journalière de la maison. a) La puissance crête à partir de la surface d’installation : i. L’installation des panneaux intégrée à la toiture (inclinaison 0°) Figure : installation photovoltaïques non-incliné. La surface totale de la toiture est égale à St = L × l et les dimensions du panneau sont sa longueur Lp et largeur lp. La surface du panneau vaut : Sp = Lp × lp Donc le nombre des panneaux (Np) pour couvrir la totalité de la surface est : Np = St/Sp Et la puissance totale crête à installer sera : Pc = Np × Pp,c Avec : Pp,c : La puissance crête d’un panneau unitaire . ii. Installation des panneaux non-intégrée au toit (inclinée) Figure : installation photovoltaïque incliné On peut calculer la surface totale de toiture par la relation suivante : St = L × l Une mauvaise conception du système peut provoquer l’ombrage de modules placés derrière d’autres modules. En règle générale, il faut effectuer une séparation (d) obtenue entre les rangées de modules garantit l’absence de l’ombrage mutuel, même au pire jour d’irradiation (jour ou le soleil au zénith est le moins haut). Figure : Représentation de la distance entre les rangées des panneaux photovoltaïques La distance d entre deux rangées des panneaux est déterminée par la relation : b + d = L × (sin(α)/ tan(β) + cos(α))  L : la hauteur du champ de module (la longueur d’un panneau).  α : L’inclinaison des panneaux = (30°).  β : La hauteur du soleil au plus mauvais jour d’irradiation (21 Décembre) (= 25°). La surface des panneaux photovoltaïques installés dans les deux rangées : Sactive = (L × L’) × N  L : La hauteur du champ de module (la longueur d’un panneau).  L’ : La longueur de la surface d’installation.  N : nombre de range. Donc Le nombre des panneaux est égal : Np = Sactive/ Spanneau Et la puissance crête de l’installation sera : Pc = Np × Pc,p b) La puissance crête à partir de la consommation journalière : Dans le cas du photovoltaïque connecté réseau, l’estimation des besoins énergétiques sert à déterminer une puissance à développer, mais la surface disponible et le budget sont deux critères à tenir en compte durant cette étape. Cette étape du calcul comporte peu de calculs, mais demande relativement beaucoup de réflexion car une erreur à ce stade faussera vos résultats jusqu’à la fin. Il s’agit d’estimer la consommation d’équipements supposés connus. L’objectif est d’obtenir la consommation totale moyenne par jour et par période (été, hivers, vacances...) L’énergie totale moyenne nécessaire chaque jour E (W h/j) est la somme des consommations énergétiques des divers équipements constituant le système à étudier, à savoir la télévision, les lampes d’éclairage, les appareils électroniques, etc… Elle est donnée par la loi suivante : ∑Ei=Pi*T Avec :  Ei : L’énergie consommée par le dispositif en (Wh).  Pi : La puissance nominale de l’appareil en (W).  T : Durée d’utilisation en (h/jour). La puissance crête totale à installer dans ce cas est : Pc = Ec /(Ir,moy × K) Avec :  Pc : Puissance crête du champ photovoltaïque (W C).  Ec : L’énergie consommée par jour (W h/j).  Ir, moy : L’irradiation journalière horizontale moyenne (kW h/m2j).  K : Coefficient correcteur ou le rendement du système photovoltaïque K ∈ [0.55, 0.75] On prend comme valeur moyenne de K = 0.65. c) La puissance crête à partir du budget du client : A ce stade, la détermination la puissance crête en se base sur le budget du client et non sur le besoin parce que le but du client est d’investir le maximum possible. 2. Dimensionnement d’onduleur : En phase de conception de l’installation et de choix des composants qui constituent le système photovoltaïque, il est nécessaire de vérifier la compatibilité entre les caractéristiques électriques du générateur photovoltaïque et celles du convertisseur DC/AC, c’est-à-dire de l’onduleur. Les principaux paramètres dont nous devons disposer sont, pour le générateur photovoltaïque, la puissance, la tension et le courant produit par celui-ci dans les différentes conditions de fonctionnement. Le dimensionnement de l’onduleur photovoltaïque repose sur trois critères : La compatibilité en puissance. La compatibilité en courant. la compatibilité en tension. a) Compatibilité en puissance : La puissance de l’onduleur doit être adaptée à la puissance crêtes des modules P V. Les limites devant être respectées en la matière, dépendent des directives du fabricant de l’onduleur. Si la puissance de l’onduleur est égale à la puissance des modules P V dans les conditions CTS, alors en cas d’ensoleillement plus intense et/ou de température de cellule inférieure, l’onduleur ne pourra pas convertir toute l’énergie (sous-dimensionnement). Un bon dimensionnement donc entre l’onduleur et le champ photovoltaïque s’avère nécessaire. En règle générale, il faudra plutôt choisir un dimensionnement à 80% de la puissance crête du champ PV lorsque les conditions d’inclinaison et d’orientation sont défavorables (verticale, est ou ouest), les températures moyennes plutôt élevées et les conditions d’irradiation médiocre. De même, il faudra plutôt choisir un dimensionnement à 100% de la puissance crête du champ PV lorsque les conditions d’inclinaison et d’orientation sont favorables, les températures moyennes plutôt basses et de bonnes conditions d’irradiation. La puissance de l’onduleur doit être adaptée à la puissance crêtes des modules PV. Les limites devant être respectées en la matière, dépendent des directives du fabricant de l’onduleur. La puissance nominale de l’onduleur donc doit comprise entre : 80 % × PPV crête < P1C < 100 % × PPV crête b) Compatibilité en courant : Un onduleur est caractérisé par un courant maximal admissible en entrée. Ce courant d’entrée limite correspond au courant maximal que peut supporter l’onduleur coté DC. Lorsque le courant d’entrée de l’onduleur coté DC est supérieur au courant maximal admissible par l’onduleur, il s’agit d’un cas critique qui peut endommager irréversiblement l’onduleur. Nombre maximale de chaine en parallèles = E-(Imax /Impp) Avec :  E- (x) : est la partie entière inférieure du nombre X.  Imax : est le courant maximal admissible par l’onduleur.  Impp : est le courant de puissance maximale des modules. c) Compatibilité en tension : Chaque onduleur photovoltaïque contient une plage de tension MPPT et une tension d’entrée maximale, pour la compatibilité de la tension il faut que la tension du champ 50 photovoltaïque appartienne à la plage de tension MPPT de l’onduleur pour assurer le fonctionnement au point maximum de puissance. Pour cela il est nécessaire de déterminer le nombre de modules en série compatible à la plage de tension MPPT de l’onduleur. La fiche technique de l’onduleur nous renseigne sur les paramètres suivants : - La tension maximale admissible en entrée de l’onduleur Umax. - La plage de tension MPPT en entrée de l’onduleur est [Umppt, min − Umppt, max]. Alors le nombre des panneaux P V qu’on peut raccorder en série à l’entrée d’onduleur vaut : Nombre maximal de modules en série = E+ (U(mptt, max) /Umppt )× k Nombre minimal de modules en série = E-(U(mptt, min) /(Umppt × 0.85)) Avec :  E+ : est la partie entière supérieure du nombre.  U (mppt, min) : est la valeur minimale de la tension pour laquelle le tracker (MPPT) fonctionne.  U (mppt, max) : est la valeur maximale de la tension pour laquelle le tracker (MPPT) fonctionne.  Umpp : est la tension de puissance maximale des modules photovoltaïques  K : est un coefficient de sécurité imposé par le guide de l’UTE C15 − 712 − 1, et qui prend en compte l’élévation de la tension délivrée par les modules lorsque la température des cellules diminue.  0.85 est un coefficient de minoration permettant de calculer la tension MP P à uploads/s3/ pfe3.pdf