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24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE

24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 1/27 BEI ERE 2009 - 2010 Bureau d'Etudes Industrielles Energies Renouvelables et Environnement Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques 1. Les objectif des notre étude sur l'éco-quartier : Le premier objectif est d'évaluer le nombre de panneaux photovoltaïques nécessaires pour produire la consommation annuelle d'électricité (hors chauffage) et donc rendre autonome en électricité chaque logement de notre éco-quartier. Nous dinstinguerons deux types de logement. Nous nous situerons uniquement dans le cas où chaque installation est raccordée au réseau. De plus, nous autoconsommerons la production sans produire d'excédent. L'autre objectif est d'évaluer la viabilité du projet pour les 2 types d'habitation en faisant l'évaluation économique et en rapprochant cela du budget énergie pour faire ainsi l'évaluation des temps de retour sur investissement. La validation de ces objectifs sera atteinte pour chaque type de logement par : - L'évaluation de la consommation moyenne annuelle d'électricité - L'évaluation du budget énergie en fonction de la consommation en énergie - L'évaluation du nombre de panneaux photovoltaïques nécessaire - L'évaluation économique - La comparaison entre l'évaluation économique et le budget énergie pour déterminer les temps de retour sur investissement XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 2. La composition de l’éco-quartier : L'éco-quartier a été prévu pour comprendre quatre types d'habitation : - 1 maison de retraite - 10 logements de type lot libre - 10 logements de type accessions social - 20 logements de type locatif 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 2/27 XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 3. Les hypothèses de travail : a. Les 40 logements : i. La composition des logements : Chaque logement sera composé d'un couple avec 2 enfants. ii. La consommation annuelle moyenne d'électricité : La consommation annuelle moyenne d'électricité d'un couple avec 2 enfants se situe entre 2500 et 3100 kWh (hors chauffage). Source : http://www.solairedirect.fr/faq.html?view=faq&idc=3&idq=31#reponse_31/ (http://www.solairedirect.fr/faq.html?view=faq&idc=3&idq=31#reponse_31/) La consommation annuelle d'électricité d'un ménage moyen (hors chauffage, eau chaude et cuisson) est d'environ 3000 kWh. En chassant les gaspillages, elle peut atteindre environ 2300 kWh. Source : http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/reseau/rub2.htm/ (http://www.ademe.fr/particuliers/fiches/reseau/rub2.htm/) Pour notre étude, nous partirons donc sur une consommation annuelle en électricité de 3000 kWh par logement. Les 40 logements sont identiques. Nous partirons sur cette consommation annuelle pour déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques pour un logement. b. La maison de retraite : i. La composition : La maison de retraite sera composée d'un bâtiment de 62 lits et 10 salles communes. ii. La consommation annuelle moyenne d'électricité : Les consommations électriques unitaires des chambres et des espaces collectifs : - Chambre : 335 kWh / chambre - Espaces collectifs : 1565 kWh / chambre Source : Le projet EL-EFF Electicity Efficiency : Programme européen de sensibilisation à l'économie d'électricité La consommation annuelle d’électricité est donc de 36 420 kWh. 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 3/27 Nous partirons sur cette consommation pour déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques pour la maison de retraite. c. Les conditions climatiques : i. L'ensoleillement : - Le nombre d’heures d’ensoleillement : Nous ne disposons pas de la donnée sur le nombre d'heures d'ensoleillement sur Champeix. Nous prendrons donc la donnée de la grande ville la plus proche : Clermont Ferrand. Le nombre d’heures d’ensoleillement est de 1898 h. Source : http://www.linternaute.com/ville/classement/nb_heure_soleil/36566/4/1/0/0/moyenne_nationale.shtml/ (http://www.linternaute.com/ville/classement/nb_heure_soleil/36566/4/1/0/0/moyenne_nationale.shtml/) - Le nombre d’heures d’équivalent plein soleil : Cependant dans une journée, même sans nuage, la production électrique du panneau photovoltaïque varie en permanence en fonction de la position du soleil et n'est à son maximum que pendant un bref passage au plein midi. Le nombre d'heures d'équivalent plein soleil est la valeur qui concerne le producteur d'électricité photovoltaïque. Cette valeur est inférieur au nombre d'heures d'ensoleillement par an. 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 4/27 Nous considérons donc d'après la carte ci-dessus que le nombre d'heures d'équivalent plein soleil est de 1000 h. - La constante solaire : Pour la production d'électricité photovoltaïque, nous devons considérer la constante solaire. La constante solaire exprime la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface de 1 m2 située à une distance de 1 ua (distance moyenne Terre-Soleil), exposée perpendiculairement aux rayons du Soleil, en l'absence d’atmosphère. Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_solaire/ (http://fr.wikipedia.org/wiki/Constante_solaire/) La valeur de la constante solaire au niveau du sol (avec atmosphère) est de 1 kW/m2. Cette valeur est également considérée comme rayonnement solaire maximum ou irradiance. ii. La température : La température d'utilisation est un paramètre important dans le comportement des modules photovoltaïques. 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 5/27 La conversion des cellules photovoltaïques de l'énergie solaire en énergie électrique est de l'ordre de 15%. Le reste de l'énergie est à 80% dissipé sous forme de chaleur et à 5% réfléchi. La variation de la température se traduit par la variation de la puissance maximale de crête (Wc). Ainsi, une hausse de température se traduit par une baisse de la puissance maximale. La puissance crête (Wc) d’un système photovoltaïque correspond à la puissance électrique délivrée par ce même système dans des conditions standards d’ensoleillement (1000 W/m²), de température (25°C) et de standardisation du spectre de la lumière (AM 1,5). Source : http://www.ef4.be/fr/photovoltaique/aspects-techniques/kw-kwh-kwc-kva.html/ (http://www.ef4.be/fr/photovoltaique/aspects-techniques/kw-kwh-kwc-kva.html/) Nous avons utilisé la condition standard de température pour l’ensemble de l’année pour obtenir la production d'énergie photovoltaïque. Celle-ci sera la production maximale. En pratique, nous devrions utiliser des coefficients de correction données par les constructeurs liés à la température pour la tension, le courant et la puissance. De plus, des masques éventuels comme des ombres portées, des mousses peuvent abaisser notre production (et en particulier le niveau de rayonnement), nous considérerons que nous n'en avons pas. Pour notre étude, nous considérerons donc qu’à tout moment le rayonnement solaire est maximum. iii. L'exposition : La production brute de panneaux photovoltaïques dépend de plusieurs facteurs. Comme nous avons pu le voir précédemment, cela dépend de la situation géographique (latitude, longitude et altitude) et des conditions climatiques. Nous pouvons également citer l'orientation et l'inclinaison (angle/horizontale).des panneaux photovoltaïques. 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 6/27 Comme nous pouvons le voir dans le tableau ci dessus, à chaque orientation et à chaque inclinaison de notre système photovoltaïque correspondent un facteur de correction de la production. Pour notre étude, nous considérerons que nous sommes dans la configuration suivante : orientation sud et inclinaison de 30°. d. Le choix du type de producteur d'énergie photovoltaïque : 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 7/27 Dans notre approche d'écoquartier, nous sommes partis sur l'option 1. Notre installation sera raccordée au réseau. De plus, la totalité de la production d’électricité sera consommée, nous ne produirons donc pas d’excédent de production. Il n’y aura donc pas d’injection dans le réseau public et de revente d’électricité. e. Les principaux types et caractéristiques de cellule photovoltaïque : Il existe 3 principaux types de cellules photovoltaïques. 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 8/27 (Sources : http://www.ecosources.info/dossiers/Types_de_cellules_photovoltaiques/ (http://www.ecosources.info/dossiers/Types_de_cellules_photovoltaiques/) http//www.ideesmaison.com/Energies/Solaire/Photovoltaique/Cellule-photovoltaique.html/ (http://www.ideesmaison.com/Energies/Solaire/Photovoltaique/Cellule-photovoltaique.html/) ) Le rendement de conversion correspond au ratio de la puissance fournie par la cellule sur la puissance lumineuse qu'elle reçoit. Nous partirons sur des panneaux photovoltaïques composés de cellules à silicium polycristallin, car ce type de cellule offre le meilleur compromis. XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX 4. La détermination de notre installation de panneaux photovoltaïques par logement : a. Les données constructeur : Nous sommes partis sur l'utilisation de panneau polycristallin de type PV-TD 185MFS et de marque Mitsubishi d'une puissance de crête de 185Wc ayant les caractéristiques suivantes : - Caractéristiques électriques : 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 9/27 Ces valeurs sont fournies aux conditions standards de test (SIC). - Dimensions : Il est à noter que ces dimensions représentent les dimensions hors tout d'un panneau photovoltaïque. - Donnée caractéristique : 24/01/2020 Etude pour le dimensionnement de panneaux photovoltaïques | BEI ERE 2009 - 2010 hmf.enseeiht.fr/travaux/CD0910/bei/beiere/groupe1/node/114.html 10/27 En considérant des cellules photovoltaïques de forme carré et le nombre de cellules nous avons pu déterminer l'épaisseur du cadre et les dimensions des cellules. L'épaisseur du cadre serait donc de 5mm et les dimensions d’une cellule seraient de 165mm par 165mm. b. La détermination de l'énergie électrique annuelle produite par m2 : Le rendement de conversion h d’une cellule est de 15,2%. L'énergie électrique annuelle s'exprime par la formule suivante : Ee = h x Puissance rayonnée maximale par m2 x nombre d'heures de plein soleil Ee = 0,152 x 1kW/m2 x 1000h = 152kWh/m2.an c. La détermination de la surface minimale d’installation photovoltaïque : La consommation moyenne électrique par logement pour un foyer a été fixée à 3000 kWh par an. La surface minimale Smin s'exprime donc par : Smin = Conso / Ee = 3000 / 152 = 19,7m2 Source : Techniques de l'ingénieur. Electricité photovoltaïque Disponible sur : http://www.techniques-ingenieur.fr/home.html;jsessionid=V3HwLfVPpJPpvQL2Tljz6Fv29FX8jv9fQ3nXmTRQ6lRmvy7SdRhT!1523501734 (http://www.techniques- ingenieur.fr/home.html;jsessionid=V3HwLfVPpJPpvQL2Tljz6Fv29FX8jv9fQ3nXmTRQ6lRmvy7SdRhT!1523501734) Il uploads/Geographie/ etude-pour-le-dimensionnement-de-panneaux-photovoltaiques-bei-ere-2009-2010.pdf