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Les étapes de
dimensionnement d’une
installation photovoltaïque
autonome
2015
Réaliser par : BERRA El Mehdi
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I)
INTRODUCTION :
Il ya six étapes de dimensionnement d’une installation photovoltaïque autonome :
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Evaluation du besoin en électricité (Bj)
Calcul de la puissance crête du champ photovoltaïque (Pc)
Le choix des panneaux
Dimensionnement des batteries
Dimensionnement de l’onduleur et du régulateur
Dimensionnement des câbles
II)
Les étapes de dimensionnement :
On prend par exemple une maison d’un client qui habite à Casablanca et qui a les appareils
suivant :
Deux lampes dans le salon, une lampe à la chambre, TV, PC, Réfrigérateur.
L’autonomie de 3jours.
1) Evaluation du besoin :
On évalue le besoin journalière, c'est-à-dire la consommation du client pendant une journée.
Donc :



Appareils
électriques
: l’énergie consommée par jour (Wh/j)
: la puissance unitaire d’un appareil quelconque
: la durée d’utilisation de cet appareil dans une journée
Puissance unitaire
La durée
d’utilisation
la quantité
La consommation
journalière
Lampe 1
30 W
1
5h
150 Wh
Lampe 2
30 W
1
3h
90 Wh
Lampe 3
60 W
1
5h
300 Wh
T.V
60 W
1
4h
240 Wh
P.C
50 W
1
4h
200 Wh
Réfrigérateur
120 W
1
6h
720 Wh
La puissance
totale
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Remarque :
L’énergie consommée (Ec) est une grandeur qu’on appelle aussi le besoin journalière
(Bj) ou la consommation moyenne par jour.
2) Calcul de la puissance crête :
 Le calcul de la puissance crête :



: puissance crête du champ photovoltaïque (Wc)
: l’énergie consommée par jour (Wh/j)
: Coefficient correcteur ou le rendement du système photovoltaïque
[
on prend comme valeur de K=0.65]

: l’irradiation journalière moyenne ou les heures crête hC (kWh/m².j)
Pour la ville de Casablanca l’inclinaison optimale des panneaux est de 33° on prend
Donc :
 La tension de fonctionnement du système :
0 – 500 Wc
500 Wc – 2kWc
2 kWc – 10 kWc
Tension
recommandée
>10 kWc
>
Donc la tension de fonctionnement de notre système est de
Remarque :


Le watt crête (Wc) est différent du watt qu’on connait déjà, c’est un watt produite par les
panneaux photovoltaïque dans les conditions standard (STC).
S.T.C (Standard Test Conditions): T=25°C ; I= 1000 W/m² ; AM=1.5 (La masse d’air)
3) Le choix des panneaux :
-N : le nombre des panneaux photovoltaïque
-Pc (système) : la puissance crête du système
-Pc (panneau) : la puissance crête d’un panneau
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 Le choix des panneaux :
On choisit un panneau photovoltaïque d’une puissance crête de 150 W C de type polycristallin
et d’une tension de 12VDC .
 La fiche technique du panneau :
PC=150 Wc
Uoc=22.5 V Tension à vide (circuit ouvert)
Umpp=18.3 V Tension au point de puissance maximale
Icc=8.81 A
Courant de court-circuit
Impp=8.27 A Courant au point de puissance maximale
Remarque :
Le choix du panneau dépend de
ce qu’on a dans le marché.
Donc :
Pour notre installation on prend 4 panneaux de 150 WC
 Le câblage des panneaux :
On dispose de 4 panneaux, on câble les 4 sous la forme suivant :

Le nombre de panneaux en série :
La tension
du système
La tension
d’un panneau
Donc on cable deux panneaux en série

Le nombre de panneaux parallèles :
Le nombre de
panneaux en série
Le nombre total
des panneaux
Puis les deux panneaux en série on les câble en parallèle.
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 Le schéma du câblage :
24 VDC , 600 WC
4) Dimensionnement des batteries :
 Le calcul de la capacité de stockage de la batterie :
 C : capacite de stockage dans les batteries (Ah).
 EC : L’énergie consommée par jour (Wh/j).
 D : décharge maximale des batteries (0.8 pour les batteries au plomb) on peut l’appeler
aussi PDD (profondeur de décharge).
 Usys : La tension du système.

N : Le nombre des jours d’autonomie.
 Le choix des batteries :
On choisit une batterie solaire de (12 V/ 100 Ah), (C20=100 Ah)
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 Le nombre des batteries :





NBatt : Le nombre des batteries
Usys : La tension du système (24V)
UBatt : La tension de la batterie (12V)
Csys : La capacité de stockage du système
CBatt : La capacité d’une batterie (100Ah)
2 batteries en
série (bloc)
Bloc : deux batteries en série
On câble 3 blocs
en parallèle
Remarque :


La batterie est caractérisée par C20=100Ah ou plus généralement CTd=X ou
X=100Ah : La capacité de la batterie ; Td=20h: le temps de décharge de la batterie.
Donc C20=100Ah signifie que la batterie fournit 5A (
) pendant 20h, mais ça ne
signifie pas que la batterie fournit 10A (
) pendant 10h
La relation n’est pas linéaire
 Le schéma du câblage des batteries :
24V, 300Ah
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5) Dimensionnement de l’onduleur et du régulateur :
 Le choix de l’onduleur :
L’onduleur permet de convertir le courant D.C (courant continu) en A.C (courant alternatif),
pour le choix de l’onduleur (des sites isolés) on tient compte de deux paramètres :
 La compatibilité de la puissance :
Il faut que la puissance de l’onduleur (Pond) soit supérieure à la puissance totale de tous les
appareils qui marche avec le courant alternatif A.C (PT).
Ponduleur > Ptotal
Donc :
 La compatibilité de la tension :
Il faut que la tension D.C de la sortie des panneaux (US) appartient à la plage de la tension
d’entrée de l’onduleur, ou des fois il y a des onduleurs qui ont une tension d’entrée fixe, donc
il faut que US (panneaux)=La tension d’entrée de l’onduleur.
Pour notre cas la tension de la sortie des panneaux : US=24V
Donc il faut que US appartient à la plage de tension d’entrée de l’onduleur [U1 ; U2]
On choisit un onduleur pur sinus de marque CRISTEC SOLO48 d’une puissance de 400 VA
 La fiche technique de l’onduleur :
-Tension nominale d’entrée : 12, 24 ou 48VDC : [12 ; 48]
-La puissance : 400 VA
-le rendement : 93%
Remarque :

Le réfrigérateur lors du démarrage consomme un courant appeler courant de démarrage (Id) (Id=3 fois
jusqu’à 5 fois le courant nominal).
Le courant Id est instantanée pendant 2S jusqu’à 4S donc il faut assurer que l’onduleur donne une
puissance nécessaire pendant 3S ou 4S sans perturber le fonctionnement des autres appareils.
 Il y a deux types des onduleurs : les onduleurs PUR SINUS et les onduleurs QUASI SINUS
Le signal électrique émis par un onduleur quasi sinus est moins régulier que pour un pur sinus.
Cela implique que l'utilisation d'un onduleur QUASI SINUS est possible avec les appareils
électriques qui ne sont ni inductifs ni électroniques comme l'éclairage à incandescence, un fer à
repasser basique, cafetière, plaques, four, convecteur simple, radio, TV cathodique...
Pour les autres appareils inductifs, sensibles ou nécessitant un fort courant au démarrage
(réfrigérateur/congélateur, pompe, machine à laver, écran plasma ou LCD, ordinateurs, matériel
de mesure, …) nous recommandons fortement l'utilisation d'un convertisseur PUR SINUS.

Pour le choix de la puissance de l’onduleur et pour être bien sécurise on fait :
Ponduleur= PT +0,5 PT c'est-à-dire on ajout la moitié de la puissance totale des appareils à la
puissance de cette dernière.
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 Le choix du régulateur :
Le régulateur solaire permet de contrôler la charge et la décharge de la batterie.
Le régulateur solaire a le rôle de réguler l’énergie accumulée dans la batterie, en évitant toute
surcharge ou décharge trop importante, pendant la décharge profonde le régulateur diminue
l’intensité de la décharge, ou il y a des régulateurs qu’il arrête complètement la décharge pour
protéger la batterie.
 Les types des régulateurs :
Il y a quatre types principaux des régulateurs solaires :
Le régulateur shunt : Le régulateur shunt est bien adapté aux petits systèmes. En fin de charge, il
court-circuite le module afin que la batterie ne reçoive plus de courant et ne soit pas en surcharge. Elle
ne permet pas de recharger la batterie à plus de 70% de sa capacité.
Le régulateur série : le régulateur série stoppe la circulation du courant en ouvrant le circuit
électrique. Les modules restent sous tension, mais les batteries sont à l'abri de la surcharge. Il s'agit
également d'une technologie ancienne peu performante. Elle ne permet pas non plus de recharger les
batteries au delà de 70% de leur capacité.
Le régulateur PWM : Les régulateurs PWM (Pulse With Modulation)= (modulation de largeur
d’impulsion) permettent d'améliorer la recharge des batteries, ils séparent le courant fournis par les
panneaux et l'envoie vers les batteries sous forme d'impulsions. Ces impulsions sont modulées (+oulongues, +ou- fréquentes) par la lecture précise du régulateur aux bornes de la batterie. Cela lui permet
de connaitre son niveau de charge.
Le régulateur MPPT : Les régulateurs MPPT (Maximum Power Point Tracking) possèdent une
technologie avancée qui recherche en permanence le point de puissance maximum. Ce qui permet de
tirer les meilleures performances des panneaux photovoltaïques avec un rendement presque 100%
c'est-à-dire PENTREE=PSORTIE.
En plus de fournir une augmentation d'énergie à une installation, ils optimisent la charge de la batterie
et prolonge leur durée de vie. Les régulateurs MPPT balayent la tension du panneau pour trouver le
point de sortie de puissance maximum.
Remarque :
Les régulateurs shunt et série sont des anciennes technologies indisponibles dans le marche
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 Les critères du choix du régulateur :
On choisit le régulateur selon la tension et le courant de sortie des panneaux, donc pour notre
installation les 4 panneaux délivrent :
Donc il y a deux critères de choix, il faut que le courant du régulateur soit superieur à IS
(Irégulateur > 16,5 A) et il fonctionne avec 24V. Irég > IS
Alors on choisit un régulateur de marque STECA Solarix (20A / 12-24V) donc le régulateur
choisi fonctionne avec une tension de 12V à 24V et le courant du régulateur Irégulateur=20A
Remarque :

Toujours la tension de sortie du régulateur égale la tension d’entrée des batteries (=24V) et
le courant de sortie du régulateur est égale le courant d’entrée (Ie=IS).

La plupart des régulateurs qui se trouvent dans le marché sont des régulateurs de charge
c'est-à-dire ils contrôlent juste la charge de la batterie et pour la décharge il y a juste une
protection contre la décharge profonde, et des fois dans d’autres régulateurs il n’y a pas de
protection contre la décharge profonde.
6) Dimensionnement des câbles :
5m
10m
2m
A.C
Le régulateur
La batterie
PV
Les données :
.
L’onduleur
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 Déterminez la section des conducteurs entre les panneaux et le régulateur :
U=36,6V
I=16,54 A
Remarque :
Dans les grandes installations
industrielles ΔU=8%
On a
et
On calcul
Les deux relations donnent
Application numérique :
Alors on choisi des câbles avec une section de 6 mm² (le marché exige ce choix)
Remarque :
Dans la relation
on multiplie toujours la longueur du câble fois 2 (L= l
)
 Déterminer la section des câbles entre le régulateur et les batteries :
 Déterminer le courant et la tension entre le régulateur et les batteries :
On sait que la tension de la sortie du régulateur est égale à la tension d’entrée des batteries
(24V).
Et le courant de la sortie du régulateur est égal au courant de la sortie des panneaux.
U=24V
I=16,54 A

Déterminer la section des câbles :
On calcul
On a la relation
:
Donc :
Alors on choisi des câbles avec une section de 4 mm² (le marché exige ce choix)
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 Déterminer la section des câbles entre les batteries et l’onduleur :
 Déterminer le courant entre les batteries et l’onduleur : (le courant d’entrée de
l’onduleur)
On a le rendement de notre onduleur est : η=93%
PS : la puissance de la sortie de l’onduleur (A.C)
Pe : la puissance d’entrée de l’onduleur et c’est une
puissance continu (D.C)
On sait que :
Donc on a : PS=350W et Pe=Ue Ie
Alors :
U=24V
I=15,68 A

Déterminer la section des câbles :
On calcul
On a la relation
:
Donc :
Alors on choisi des câbles avec une section de 1,5 mm² (le marché exige ce choix)
Fin De
Dimensionnement
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ANNEXES
Les trois générations des technologies photovoltaïques :
Caractéristiques
Générations
Technologies
Le Pourcentage
dans le marché
Le rendement
Silicium monocristallin
16- 20 %
er
1 génération:
Silicium cristallin
Silicium polycristallin
87 %
15-16 %
Silicium amorphe (a-Si)
13 %
2
éme
génération:
Couches minces
3éme génération:
Le reste
Tellure de cadmium
(CdTe)
Diséléniure de cuivre et
indium ou gallium (CIS
ou CIGS)
cellules organiques,
cellules multi et triple
jonction
CPV
8-10 %
10-12 %
12-13%
<<< 1%
Du 10% à
44,7%
(dépend des
technologies)
‫نسأل هللا لكم التوفيق إن شاء هللا‬