Pompage Photovoltaïque au fil du soleil

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil
Association KRAING SPEU
PARTIE 1
SVAY et CHIORK – données générales
1
Pompage de l’eau au fil du soleil
Pompage de l’eau au fil du soleil
Données du site SVAY et CHIORK
Besoins et réservoir de stockage
15 litres par habitant.
900 habitants.
Soit une production journalière de 13 500 litres par jour au fil du soleil
Le volume du réservoir de stockage doit être au minimum de :
V = 13,5 x 5,64 / 4,33 = 17,6 m3
Le volume du réservoir de stockage en prévoyant 3 jours de consommation serait
de :
V = 17,6 x 3 = 52,8 m3
Choix de la pompe
Volume désiré
Débit :
Débit désiré
V = 13,5 m3/jour
Qmax = Volume journalier / 6
Qmax = 2,25 m3/h
Débit pompe PS1800 HR-14H
Qmax = 2,40 m3/h CORRECT !
Calcul des pertes de charge
De la pompe au château d’eau
Point
Tronçon
ρ
(kg/m3)
μ
Pompe
Pompechâteau d'eau
1000
1,00E-03
Qv D ou a
b
V (m/s) ε (mm) Dh (mm)
(m3/h) (mm) (mm)
1,16
5,75
41,9
0
1,16
0,05
41,9
Re
ζ
λ
L (m) j (Pa/m)
20,50
4,85E+04
0,027346
100
437,866 100 43786,6
TOTAL
Point
Tronçon
Pompechâteau d'eau
ρ
(kg/m3)
μ
1000
1,00E-03
Qv D ou a
b
V (m/s) ε (mm) Dh (mm)
(m3/h) (mm) (mm)
0,72
5,75
53,1
0
0,72
0,05
53,1
Re
ζ
λ
L (m) j (Pa/m)
ρgΔz
(Pa)
ΔP tot (Pa)
0,0
981000,0
1038540,3
981000,0
mce
1038540,3
105,9
ζ ρV²/2
(Pa)
5332,1
ρgΔz
(Pa)
ΔP tot (Pa)
3,83E+04
0,028066
100
137,477 100 13747,7
0,0
981000,0
1000079,8
981000,0
mce
1000079,8
101,9
ζ ρV²/2
(Pa)
2725,4
ρgΔz
(Pa)
ΔP tot (Pa)
0,0
981000,0
989817,3
981000,0
mce
989817,3
100,9
ζ ρV²/2
(Pa)
1881,0
ρgΔz
(Pa)
ΔP tot (Pa)
0,0
981000,0
986774,3
981000,0
mce
986774,3
100,6
13747,7 5332,1
2 pouces
Tronçon
ρ
(kg/m3)
μ
Pompe
Pompechâteau d'eau
1000
1,00E-03
Qv D ou a
b
V (m/s) ε (mm) Dh (mm)
(m3/h) (mm) (mm)
0,52
5,75
62,8
0
0,52
0,05
62,8
Re
ζ
λ
L (m) j (Pa/m)
Δz
j.L (Pa)
(m)
20,50
3,24E+04
0,028776
100
60,919 100 6091,9
TOTAL
6091,9
2725,4
2 pouces 1/4
Tronçon
ρ
(kg/m3)
μ
Pompe
Pompechâteau d'eau
TOTAL
Δz
j.L (Pa)
(m)
20,50
TOTAL
Point
ζ ρV²/2
(Pa)
13753,7
43786,6 13753,7
1 pouce 1/2
Pompe
Point
Δz
j.L (Pa)
(m)
1000
1,00E-03
Qv D ou a
b
V (m/s) ε (mm) Dh (mm)
(m3/h) (mm) (mm)
0,43
5,75
68,9
0
0,43
0,05
68,9
Re
ζ
λ
L (m) j (Pa/m)
Δz
j.L (Pa)
(m)
20,50
2,95E+04
0,029234
100
38,932 100 3893,2
3893,2
1881,0
2 pouces 1/2
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PARTIE 2
Description de l’installation de pompage
Photovoltaïque raccordé au réseau
7
Schéma de principe
Schéma de principe
Pompe
d’injection
Filtration
Eau potable
Stockage pour
mélange
Simulation: données
Champ
Module
Techno
Pmpp (25°C)
Vco (25°C)
Vmpp (25°C)
Isc (25°C)
Impp (25°C)
Coef mV/°C
Coef mA/°C
Coef %.°C
Onduleur
Tension mppt minimale
Tension mppt maximale
Consommation à vide
Rendement onduleur
Pompe
Puissance AC min (W)
Hmt (mce)
Qmax (m3/h)
Rendement
Besoins quotidiens (m3)
Volume réservoir (m3)
N
3M
Conergy 210 Wc
Poly
210
30,54
24,98
8,98
8,55
-98
5,3
-0,42
4
2520
122,16
99,92
26,94
25,65
-392
15,9
-0,42
NON
72
200
0
1
PS1800 HR-14H
180
100
2,15
0,64
14
35
Amor
Simulation: résultats
Volume d’eau dans le château d’eau au cours de l’année
Volume (m3)
40
35
30
25
20
15
10
5
0
1
521 1041 1561 2081 2601 3121 3641 4161 4681 5201 5721 6241 6761 7281 7801 8321
Calcul des câbles électriques
(NFC 15-100 norme française)
Système
Pompe
Câble
Panneaux - boite de jonction
Boite de jonction - onduleur
Onduleur - pompe
U (V)
99,92
99,92
99,92
I (A)
8,6
25,7
25,7
U/I
11,69
3,90
3,90
ΔU (V) L (m)
0,59%
6
2,41%
23
3,00% 105
Smin
1,50
4,00
4,00
Smin
4,00
11,27
6,89
S (mm²)
4
12
8
U/I
11,69
3,90
3,90
ΔU (V) L (m)
0,39%
6
2,61%
23
3,00% 105
Smin
1,50
4,00
4,00
Smin
6,06
10,41
6,89
S (mm²)
6
10
8
OU
Système
Pompe
Câble
Panneaux - boite de jonction
Boite de jonction - onduleur
Onduleur - pompe
U (V)
99,92
99,92
99,92
I (A)
8,6
25,7
25,7
Schéma de principe alimentation
photovoltaïque (général)
Schéma de
principe
alimentation
photovoltaïque
PS4000
Schéma de
principe
alimentation
photovoltaïque
PS1800
Caractéristiques des contrôleurs de pompe
Pompe solaire Lorentz PS4000 C-SJ5-25
Pompe solaire Lorentz PS1800 HR-14H
Calcul du rendement maximal :
Début de remplissage du château d’eau à
environ 180 W

Phydro 2,15  950000

 0,68  68%
Pabs
3600  840
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PARTIE 3
Partie photovoltaïque
Photovoltaïque raccordé au réseau
19
Caractéristique courant tension puissance
d’une cellule
La constitution d’un module photovoltaïque
1. Les cellules photovoltaïques
sont fragiles et sensibles à
l’environnement extérieur
 nécessité de protection
mécanique
2. La tension et la puissance d’une
cellule ne sont pas adaptées
aux applications courantes
 nécessité de les coupler
Symbole
D’où constitution de modules photovoltaïques
La constitution d’un module photovoltaïque
• Connexion
– La boîte de connexion étanche
regroupe les bornes de
raccordement, les diodes by-pass
– Les 2 câbles unipolaires y sont
raccordés
Voir rôle des diodes dans le chapitre
« sécurité des personnes et des biens »
Caractéristiques d’un module photovoltaïque
au silicium cristallin selon la température
Amorphe : 0,21%/ °C
Caractéristiques d’un module photovoltaïque
au silicium cristallin selon l’ensoleillement
Température d’un module au silicium cristallin
en fonctionnement
PV (compétence électrique) –
Chap. 3 : Cellules, modules et
systèmes photovoltaïques
Différentes tailles de cellules en polycristallin
101 x 101
Performance à 1 kW/m² et 25°C
Valeurs typiques, cellule nue
Tension circuit ouvert
Courant de court-circuit
Puissance Max. (env. 10%)
Tension à puissance Max
Courant à puissance Max
101 x 50,5
Vco
Icc
P mpp
Vmpp
Impp
(V)
(A)
(W)
(V)
(A)
50,5 x 50,5
Cellule
½ cellule
¼ cellule
0,6
3
1,3
0,47
2,7
0,6
1,5
0,65
0,47
1,36
0,6
0,75
0,32
0,47
0,68
Rendement d’un module PV
Pc
ηSTC E
STC S
module
Technologie de cellule
Rendement actuel
(2008)
Surface photovoltaïque
pour 1kWc
m Si :monocristallin
13 à 17 %
7 à 8 m²
p Si :polycristallin
9 à 15 %
9 à 11 m²
a Si :amorphe
4à9%
16 à 20 m²
m+a Si : mono + amorphe
16 à 18 %
6 à 8 m²
Autres semi-conducteurs
CdTe
(Tellurure de Cadmium )
9 à 10 %
10 à 11 m²
C.I.S
10 à 12 %
11 à 13 m²
(Diselénure de cuivre et d’indium)
PV (compétence électrique) –
Chap. 3 : Cellules, modules et
systèmes photovoltaïques
Fiches techniques de modules
PV (compétence électrique) –
Chap. 3 : Cellules, modules et
systèmes photovoltaïques
Fiches techniques de modules
PV (compétence électrique) –
Chap. 3 : Cellules, modules et
systèmes photovoltaïques
Mise en série et en parallèle de modules
Caractéristiques d’un champ PV
Les différents moyens de protection
Les risques de contacts
•
Protection
PH
contre
Protection
des personnes
et
des
intervenants
:
N
les contacts
directs
– Protection contre
Terre
les contacts directs PH
Protection
N
contre
les5 : Protection des personnes & des biens
ompétence électrique)
– Chap.
contacts
– Protection contre les contacts indirects
indirects
Terre
Ssource INRS
PV (compétence électrique) – Chap. 5 : Protection des personnes & des biens
Partie courant continu
Les risques pour les intervenants :
• Tension supérieure à la TBT
560V 520V 480V 440V 400V 360V 320V
Uco stc= 560Vdc
40V
80V
120V 160V 200V 240V 280V
• Arc électrique sur circuit PV plus difficile à interrompre
Partie coutant continu
– Arc électrique dangereux en photovoltaïque si ouverture de circuit
en charge et maintien d’une faible distance entre conducteurs
Exemples :
–
–
•
Mauvais contact au niveau des connexions (arc série)
Mauvais contact entre 2 conducteurs de polarité opposée (arc parallèle): contact direct ou double défaut
d’isolement par rapport à la terre
Risque d’incendie et de brûlure
Source SMA
Modules Conergy
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PARTIE 4
Traitement de l’eau
Photovoltaïque raccordé au réseau
36
Schéma de principe
Pompe
d’injection
Filtration
Eau potable
Stockage pour
mélange
Valeurs cibles d’analyse de l’eau
Valeurs cibles d’analyse de l’eau
Valeurs cibles d’analyse de l’eau
Traitement de l’eau
Valeurs cibles d’analyse de l’eau
Valeurs cibles d’analyse de l’eau
Traitement de l’eau: Chloration par eau de javel
(l’hypochlorite de sodium)
Si l’eau est claire, on ajoute 5 à 10 milligrammes de chlore actif dans l’eau, on laisse reposer
trente minutes dans le récipient fermé, puis l’eau peut être consommée.
Si l’eau est trouble, on la filtre ou on la décante puis on met une 10 à 20 milligrammes de chlore
actif par litre, l’eau peut être consommée au bout de trente minutes passées dans le récipient
fermé.
Le temps d’action de l’hypochlorite de sodium, est d’au moins une demi-heure, mais si la
température n’est comprise qu’entre 10 et 18 °C, le temps de contact doit être d’au moins une
heure, et davantage si la température est inférieure à 10°C.
Pour connaître le volume d’eau de Javel à ajouter pour atteindre la concentration souhaitée, il
faut connaître son degré chlorométrique, qui doit figurer sur la bouteille (attention toutefois à la
fiabilité de ces informations et aux contrefaçons dans certains pays).
Un degré chlorométrique correspond à 3,17 grammes de chlore actif par litre d’eau de Javel. Par
conséquent, si l’eau de Javel dont on dispose est à x° et si l’on souhaite obtenir une
concentration c de chlore actif dans l’eau à traiter (comprise entre 5 et 20mg/L, selon les cas), le
volume d’eau de Javel à ajouter peut être facilement calculé à l’aide de la formule suivante :
Veau de Javel = c * Veau à traiter / (x * 3,17)
Le résultat obtenu est en ml si la concentration a été exprimée en mg/L.
A titre indicatif ou de rappel, le volume d’une goutte est d’environ 0,2mL et 1ml = 0,001 litre
Chloration
Traitement par le chlore
=>DPD3
=>DPD1
Traitement de l’eau par le chlore
Traitement de l’eau
Analyse de l’eau
Schéma de principe alimentation
photovoltaïque (général)
Photovoltaïque raccordé au réseau
51
Traitement de l’eau: caractéristique de pompe doseuse
Traitement de l’eau: caractéristique de pompe doseuse
Pompage Photovoltaïque au fil du soleil
PARTIE 5
Batteries
54
Module sur batterie
SOURCE: ISBN 2-89481-006-7
55
Principe de fonctionnement d’un
accumulateur
Décharge

Pb O2  Pb  2 H2SO 4

2 Pb SO 4  2 H2O
Charge
56
Technologies des plaques positives
Plaques planes « collées »
Électrode positive tubulaire
Plaques spirales
Electrode négative toujours plaques
planes
57
Classification
Durée de vie
d'une batterie
en fonction de
la profondeur
de décharge
Source :
L'électricité Photovoltaïque,
Collection : "le point sur"1995
58
Powersafe TS ouvertes
Plaques positives tubulaires
Alliage plomb antimoine
245 à 4580 Ah (2V)
1700 cycles à 80%DOD
Varta VB
Plaques tiges
33 à 285 Ah (6 ou 12V)
Photovoltaïque raccordé au réseau
59
Powersafe OPzS ouvertes
Plaques positives tubulaires en alliage
plomb à faible taux d’antimoine
(autodécharge limitée)
Electrolyte gélifié
300 à 4620 Ah (2V)
1500 cycles à 80% DOD
60
Powersafe OPzV étanche (VRLA)
A recombinaison de gaz
Plaques positives tubulaires en alliage
plomb calcium étain
Electrolyte gélifié
270 à 3930 Ah (2V)
1400 cycles à 80% DOD
61
Powersafe XP (VRLA)
A recombinaison de gaz
Absorbed glass mat, plaques positives alliage
plomb antimoine
60 à 215 Ah (6 ou 12V)
1000 cycles à 75%DOD
62
Genesis NP-GEL
A recombinaison de gaz
Plaques positives minces alliage plomb
calcium
Electrolyte gélifié
26 à 87 Ah (6 ou 12V)
63
Powersafe VE/VEF
A recombinaison de gaz
Plaques en alliage plomb calcium étain
Absorbed glass mat
50 à 580 Ah (2, 6 ou 12V)
2000 cycles à 10%DOD
64
Typologie des sites isolés
65
Fonctionnement des chargeurs
Chargeur TOR
32
30
30 V - Fin de charge forcée
Tension batterie [V]
28,8 V - Fin de charge normale
(Régulation de charge)
28
25,8 V - Fin limitation de décharge
Fin alarme batterie basse
26
T
24
T
23,4 V - Alarme batterie basse
22,8 V - Limitation de décharge
22
20
0
Charge,
1 Charge
2
3
4
5 Décharge
6
7 et
8
9Décharge
10 11 12 13 14 Charge,
15 16 fin17
forcée
de 18
décharge et
Mise en service de la charge normale et alarme
limitation et charge
limitation de
batterie
forcée
décharge
19
20 et21décharge
22 23
Charge
normale
24Temps
66
Fonctionnement des chargeurs
Chargeur à tension constante
Photovoltaïque raccordé au réseau
67
Rendement
  moyen de 0,7 à 0,85
Source :
Satie ENS-Cachan
L'efficacité de charge d'une batterie neuve est d'environ 90%
68
tubulaires
Batteries
(AGM, gel)
VRLA
Plaques planes
Efficacité énergétique (Wh)
Batteries solaires
tubulaires
Batteries
(AGM, gel)
VRLA
Plaques planes
Batteries solaires
Rendement des batteries neuves
Efficacité capacitive (Ah)
69
Réglage du contrôleur de batteries
Déconnexion des charges
Reconnexion des charges
Durée de vie en fonction de la
tension de floating
73
Capacité disponible en fonction du
courant de décharge et de la température
La capacité diminue
avec la température
Correction de la capacité en fonction de la température
74
Durée de vie en fonction de la température
La durée de vie diminue avec l’augmentation de la température
Photovoltaïque raccordé au réseau
75
Auto-décharge en fonction de la température
1,25 % / mois
7,1 % / mois
3,3 % / mois
L’auto-décharge augmente avec la
température
76
Capacité initiale
Au cours des premiers cycles il a a
augmentation de la capacité de la
batterie. Un bon formatage de départ
conditionne la durée de vie et les
performances.
77
Manutention, entretien et stockage
des batteries
V < 100V
Eau non
ferreuse
78
Maintenance des batteries
• Les personnes intervenant sur les batteries doivent être habilitées au travail sous
tension (selon l’UTE C 18-510 en France).
• Ne jamais court-circuiter les bornes. Utiliser des outils isolés conformes.
• Les batteries ne doivent pas être utilisées dans une enceinte étanche, une
ventilation naturelle est nécessaire en conformité avec la norme EN50272-2 ou NFC15100.
• Vérifier la propreté des batteries et de la connectique (resserrer la visserie).
• Nettoyer les batteries avec un chiffon humide, pas de solvant.
• Vérifier tous les trois mois que la tension totale des batteries est bien égale à 2.275V
x N éléments en série pour une température de 20°C. Contrôler visuellement le niveau
d’électrolyte. Contrôler l’état du fusible de batterie.
• Vérifier annuellement les tensions individuelles de chaque monobloc, une dispersion
due à la recombinaison des gaz de + ou – 2% peut être observée. Contrôle de l’état de
charge grâce à un pèse acide.
• Un contrôle d’autonomie peut être effectué une fois par an soit par décharge ou par
contrôle des impédances.
79
Maintenance des batteries
La capacité restante des batteries peut être empiriquement déterminée en mesurant
leur tension à vide après 24h minimum de repos.
80
Capacité restante en fonction de
la durée de vie
A la fin de sa vie la
capacité de la
batterie diminue
81
Régime de décharge
Le régime de décharge est le temps donné de décharge de la batterie de capacité C
(Ah) au courant donné.
C Ah   I (A) x t (h)
Exemple: Une décharge à C/10 avec une batterie de 400 Ah correspond à un courant de
décharge de 400 / 10 = 40 A
Un même régime de décharge peut être noté indifféremment C/20 ou 0,05C ou C0,05
(sachant que 1/20 = 0,05).
Exercice: quel est le régime de décharge d’une batterie de 300 Ah pour un courant de
décharge de 30 A?
Réponse:
Exercice: quelle est la capacité d’une batterie qui se décharge à 5 A en 0,01C?
Réponse:
82
Régime de décharge
Le régime de décharge est le temps donné de décharge de la batterie de capacité C
(Ah) au courant donné.
C Ah   I (A) x t (h)
Exemple: Une décharge à C/10 avec une batterie de 400 Ah correspond à un courant de
décharge de 400 / 10 = 40 A
Un même régime de décharge peut être noté indifféremment C/20 ou 0,05C ou C0,05
(sachant que 1/20 = 0,05).
Exercice: quel est le régime de décharge d’une batterie de 300 Ah pour un courant de
décharge de 30 A?
Réponse: 300 / 30 = 10 h, cela correspond à C/10 ou bien 0,1C
Exercice: quelle est la capacité d’une batterie qui se décharge à 5 A en 0,01C?
Réponse: 0,01C correspond à C/100 d’où C(Ah) = 5 x 100 = 500 Ah
83
Caractéristiques de décharge
La capacité diminue lorsque l’on augmente le courant de décharge
I = 0,005 Cn
I = 0,1 Cn
I = Cn
190 h
25 Min
42 Ah
10 h
100 Ah
Photovoltaïque raccordé au réseau
150 Ah
84
Les batteries
Les fusibles DC
Ω
Ω
Photovoltaïque raccordé au réseau
85
Les batteries
Les fusibles DC
Ω
Photovoltaïque raccordé au réseau
86
Photovoltaïque raccordé au réseau
87
Analyse de schéma
Photovoltaïque raccordé au réseau
88