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ESSAIS SYSTÈMES
Système autonome – installation solaire
ELEMENT DE CORRECTION
E2
I.
Préliminaire
-
Que signifie par le terme « Photovoltaïque »
Photo de photon (énergie lumineuse) et voltaïque de volt (tension électrique).
Si le matériau est semi conducteur, alors une partie de l’énergie lumineuse absorbée est
convertie en électricité.
Les photons transmettent leur énergie aux électrons afin qu’ils se libèrent de l’atome
(passage de la bande de valence à celle de conduction) et puissent circuler.
L’énergie Eg minimale à fournir pour libérer les électrons du matériau est moins
importante pour le silicium cristallin que pour le silicium amorphe :
Cristallin : sa largeur de bande interdite (gap) est légèrement trop faible pour le spectre solaire
et le caractère indirect des transitions – en raison de sa structure atomique – donnent un faible
coefficient de transmission nécessitant par conséquent une forte épaisseur de matériau pour
absorber tout le spectre.
-
Quels types de cellules solaires distingue-t-on ? Indiquez le rendement correspondant à
chacune d’elles.
3 grandes familles de silicium :
- monocristalin ( 18 %)
- Polycristalin (15%)
- Couche mince, Amorphe ( 7%)
L’amorphe répond mieux dans le bleu (faibles longueurs d’onde) : éclairages artificiels, zone
ombragé.
Le cristallin est plus performant dans le rouge et le proche IR (700-1100nm) : extérieurs, tres
sensible a la température
-
Définir ce qu’on appelle « Albedo » ?
Le coefficient de réflexion des rayons du soleil sur le sol
-
Quelles sont les conséquences de l’ombrage ou de l’obscurcissement partiel d’un panneau
solaire ?
Chute de la production, notamment le courant baisse énormément, création de
pont chaud et de surtension sur les cellules restées au soleil.
-
Quelle est, en Europe centrale, l’inclinaison qui permet d’avoir le meilleur rendement annuel?
Inclinaison de 33 à 37 °
1
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ELEMENT DE CORRECTION
En utilisant la fiche constructeur du panneau KD135GH 2PU, déterminé :
-
Le nombre de cellule constituant le panneau. : 36 cellules
-
Quelle est la valeur de la tension d’un panneau pour le point puissance maximale (MPP –
Maximum Power Point)?
17,7 V
-
Ce qu’on appelle « Diode Bypass » ? Rôle, schéma, etc.. ?
Ce sont des diodes en anti parallèle servant a protéger le reste de l’installation en cas
d’ombrage partiel
-
Vérifiez la valeur de la puissance maximale indiquée sur la fiche signalétique : 135 W
-
Qu’entend- on par « Conditions de test standard » (STC) ?
Une irradiation de 1000W/m², une masse d’air AM de 1,5 et une température de 25°C
-
En considérant que la puissance du rayonnement solaire est de 1000W/m2 et que cela
correspond à un éclairement de 130 kLux. Calculer le coefficient qui permet de calculer
approximativement la puissance du rayonnement en fonction de l’éclairement
W/m²= 1000 * lux /130 000
-
puissance lumineuse = 0,0077 l’éclairement
Quelle est la valeur de la puissance maximal a 800W/m2 avec une température de 40°C
Facteur de température :-0,46 %/K d’ou P = 97 *( 1-0,0046*(40-20))
2
P = 88 W
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-
II.
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ELEMENT DE CORRECTION
Sachant que la batterie a une tension de 24 V Les 2 panneaux sont ils monté en série ou en
parallèle ?
En série sinon on n’atteindrait jamais la tension de la batterie
Les besoins énergétiques de l’installation en travaux pratiques
Remplir le tableau « cout energetique »
Energie en W.mn = puissance (W) * temps( secondes)/60
Energie en W.h = Energie en W.mn/60
Nb de cycle= (durée TP – temps d’arrêt)/ temps total hors arrêt
Total énergie = Energie hors arret*nb de cycle+Energie arrêt+ énergie compresseur*durée TP
Puissance moyenne (W) = Energie (W.h) / durée (h)
Courant max = courant compresseur + courant phase 1(max des 6 phases)
Courant moyen(A) = puissance moyenne (W)/ 230 (v) on considère cosφ=1
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Etampes : 48°26’31’’ North
III. Dimensionnement solaire
2°10’1’’ Est
A votre disposition pour cette partie, les formules dans le fichier ressource.
Pour une inclinaison de 45° orienté plein sud sans masque avec un Albedo de 0.2 et une autonomie de
5 jours
Les panneaux :
Puissance champs photovoltaïque (Wc) =
251*0,785/(0,8*0,9*2,16) = 127 Wc
Les Batteries :
C=251*5/(0,8*12*0,8)= 164 Ah
L’onduleur
Puissance = charge/(rendement*nb d’heure de fonctionnement)
CALCUL
Charge
Onduleur
Courant (A)
tension (V)
Puissance (W)
0,27
230
63
BesoinWh/j
251
tension
puissance
230
>78W
Batterie
tension
Capacité(Ah)
nb jour auton
Prof. Décharg
P > 251/(0,8*4)
régulateur
12
164
5
80%
Besoin I
5,02
efficacité
90%
P > 78 W
Panneau
Besoin corrigé
Puiss. Crête
Heure ensoleil max
Inclinaison
IGH (kWh/m²)
Avec CALSOL
Effonduleur*Effregulateur
4
349
127
10,45
0,785
2,16
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En considerant qu’Etampes est située entre ces 2 ville, On fait la moyenne des 2 resultats,
CALSOL
Charge
Batterie
Courant (A)
tension (V)
Puissance (W)
0,27
230
63
BesoinWh/j
251
tension
Capacité(Ah)
nb jour auton
Avec PVsys :
Choisir la ville Paris Montsouris
5
Panneau
12
145
5
Puiss. Crête
Heure ensoleil max
173
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PVSYS
Charge
Onduleur
Courant (A)
tension (V)
Puissance (W)
0,27
230
63
BesoinWh/j
251
Batterie
tension
Capacité(Ah)
nb jour auton
tension
puissance
Panneau
116
5
Puiss. Crête
Heure ensoleil max
161
IV. Choix du materiel
Q5 : Avec les documents et tarifs fournis, compléter la section CHOIX (les marques sont imposées)
Des résultats précédents, on choisie en fonction des calculs le plus défavorables :
TARIF
CHOIX
Marque
Victron Ener
Modèle
12/180 Phoe
Puissance
175W
Tension (V)
12V
efficacité
87%
DEVIS =
TVA 19,6%
PRIX
1490 HT
292,04
1782 TTC
Marque
Victron Ener
Modèle
GEL
Référence
BAT412201100
Tension (V)
12
Capacité (Ah)
200
Poids (kg)
66
130
Marque
Modèle
485
Phocos
CML10-2
Marque
Modèle
Puissance crête
courant nom (A)
tension
autre
nombre
85
KYOCERA
KC180GX
180
7,63
23,6
polycristal
1
790
L’installation fournie par FESTO (facturée 5288 € TTC), comprend :
 Panneaux (2) 135 Wc
 Régulateur CML 15-2
 Batteries (2) 12V – 100Ah Deep Cycle AGM
 Onduleur Phoenix 24/750
Q7 : Commenter les choix retenus par la société FESTO. Indiquer les caractéristiques maximales de la charge
en sortie.
. Le matériel n'est pas choisit pour le système Recycl'H2O mais une pour charge quelconque (750VA)
dans ce cas : mauvais choix de Batteries,
V. Vérification de performances de l’installation mise à disposition :
Q8 : Installer une résistance de charge d’une puissance de 600W (calculer au préalable, la résistance ainsi que
son courant nominal) en sortie de l’onduleur.
Puissance total charge : 4 kW
Tension théorique 230 V
on veut 600 W
d’ou 0,6/4 =0,15
Courant efficace théorique I= P/U
charge réglée a 15%
I= 2,6 A
R = 88 Ω
Q9 et Q10 : Installation en fonctionnement, mesurer les tension/courant dans les différents éléments essentiels
de l’installation (panneaux, …). Effectuer les mêmes mesures onduleur à vide.
On place un voltmètre aux bornes de la charge (AC) et des panneaux (DC), une pince amperemetrique pour
relevé le courant sortant des panneaux ( DC) et une pince ampèremétrique (conversion 100mV/A) relier a
l’oscilloscope (régler avec une sonde de 10, pour avoir une conversion 1V=1A) pour vérifier la sortie de
l’onduleur
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Le courant est bien de forme sinusoïdale et de
fréquence 50 Hz ( 49,9)
Un courant efficace de 2,88 A (2,6 calculé)
Une tension de 228,5 V (théorie 230)
On en déduit que la charge fait un peu plus de
600W (658) mais on reste inferieur au 750 W
inscrit sur l’onduleur
Calcul courant théorique a l’entrée de l’onduleur : 658/(24×0,93)= 29,5 A
A l’entrée de l’onduleur on mesure 30,1 A On en déduit que les batteries fournissent 27,6 A ( Ionduleur - Ipanneaux )
La différence provient du rendement de l’onduleur qui n’est pas de 0,93 comme l’annonce le constructeur, nous
ne sommes pas au même point de fonctionnement.
Pour les panneaux
En charge
A vide
24,8 V
26,3 V
2,5A
2,6 A
On note la baisse de tension lorsque l’onduleur fonctionne, la tension du panneaux devient alors dépendant de la
tension de la batterie ( ils fonctionnent en parallèle, c’est la batterie qui impose la tension 24 V))
Si on supprime la charge, la tension aux bornes de l’onduleur est nulle, on en déduit que pour fonctionner
l’onduleur a besoin d’être charger (il doit fournir un courant)
Q11 : Selon les conditions d’ensoleillement, mesurer l’influence sur la tension et le courant en sortie des
panneaux ; modifier l’inclinaison, l’orientation et l’ombrage
Remarque : l’onduleur étant éteint, les panneaux ne sont chargés que par la batterie
orientation
Sud
sud
sud
est
Tension (V)
26,3
26,2
26,3
26,4
Courant (A)
2,3
0,1
1,7
1,1
Ombre partiel
nuageux
fonctionnement
637 000 lux
90 000 lux
465 000 lux
280 000 lux
15°C
16°C
16,2°C
12°C
La tension est peut sensible a l’éclairement et a
l’orientation, par contre le courant baisse fortement avec
l’orientation et devient très faible si le panneau est a
l’ombre
On note aussi aucune différence ente l’ombre partiel et
l’ombre totale, ce sont les cellules a l’ombre qui impose le
courant a l’ensemble (les panneaux sont en série)
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la météo n’étant pas favorable, Nous n’avons pas put tester
l’influence de la température sur la tension,
Théoriquement la température a peut d’influence sur le
courant (légère augmentation) mais entraine une grosse
chute de tension quand elle augmente.
Q12 : Expliquer avec des schémas le sens de l’énergie.
A vide
en charge
A vide, les panneaux fournissent de l’énergie à la batterie seule. En charge les panneaux fournissent de l’énergie
à l’onduleur avec la batterie
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