CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT DES SYSTEMES SOLAIRE

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Ahmed O BAGRE 1
CHAPITRE 4
CONCEPTION ET DIMENSIONNEMENT
DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES
AVEC BATTERIE

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1. REGLES GENERALES DE CONCEPTION
Compte tenu du coût d'investissement des générateurs photovoltaïques, il convient d’intégrer
depuis la conception (choix des appareils, autres composants) le concept d’efficacité
énergétique par le choix systématiquement d’appareils à haut rendement étudiés pour un
usage photovoltaïque, de préférence utilisant le courant continu sans convertisseurs CC, ni
onduleurs pour éviter les pertes d'énergies et le risque de remplacement d'un appareil à haut
rendement par un appareil standard en courant alternatif et de mauvais rendement.
1.1. Principe de base
• Réduire les consommations sans réduire le service rendu
1.2. Application de ce principe
• N'utiliser le générateur PV que pour l'électricité spécifique:
• éclairage,
• information (audio-TV-vidéo)
• force motrice (petites puissances, temps de fonctionnement limité)
• Rejeter les applications thermiques de l'électricité (chauffage, cuisson) à l’exception
de : • production du froid: force motrice (réfrigérateur à compression),
• ventilation (brasseur d’air en CC)
1.3. Chaîne de puissance
• Choisir les chaînes (schéma synoptique) les plus courtes :
• éviter le plus possible les onduleurs
• unifier le plus possible les tensions CC

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1.4. Récepteurs
Choisir et préconiser les récepteurs à haut rendement
• éclairage fluorescent, fluo compact
• réfrigérateurs et conservateurs sur isolés à groupe moto-compresseur CC
optimisé
Eliminer ceux à faible rendement:
• - éclairage à incandescence, lampe à halogène
• - réfrigérateurs mal isolés
Eliminer les charges fantômes (appareils en veille)
2. DIMENSIONNEMENT
Le dimensionnement a pour but la détermination des composantes de l’installation
photovoltaïque à partir des données météorologiques (ensoleillement) du site et des besoins
électriques de l’utilisateur tout en intégrant le concept d’efficacité énergétique. Le choix des
composantes du système solaire doit permettre à l’usager d’utiliser les équipements requis
durant la période demandée (c’est-à-dire tout au long de l’année ou pour une période
déterminée), et ce avec une disponibilité prédéterminée.
Le dimensionnement précis d'un système photovoltaïque est relativement complexe, car il y a
de nombreux paramètres à prendre en compte. On le réalise en fait par itérations. La méthode
présentée ci-dessous est un pré-dimensionnement dont les différentes étapes sont les
suivantes :
Etape 1 : Choix de la tension nominale du système
• recenser les différents appareils de l’installation, leurs caractéristiques électriques
(puissance, tension, type de courant CC ou CA) et le temps susceptible d’utilisation
journalière préconisé par le bénéficiaire (client).
• Dresser un bilan de puissance estimatif en prenant comme rendements (convertisseur,
onduleur), les valeurs les plus faibles de la plage des rendements existants.
• Choisir la tension du générateur PV et dresser le schéma synoptique de l’installation
Le tableau 4.1 représente les tensions recommandées pour les systèmes photovoltaïques en
fonction de leur puissance :

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Puissance du champ photovoltaïque (kW) 0-0,5 0,5-2 2-10 >10
Tension recommandée (VDC) 12 24 48 >48
Tableau 4.1 – Tension générateur en fonction de la puissance
Une fois cette tension déterminée, il faut encore vérifier que l’on dispose de récepteurs pour la
tension choisie. Le cas échéant, on pourra toujours utiliser un convertisseur DC/DC.
Exemple 1: Bilan de puissance
Tableau 4.2
Equipements P(W) Rendement
Pr(W)
1 Lampe fluo compacte 9W/12Vcc 9,9
(1)
1 9,9
1 Lampe fluorescente standard 13W/12Vcc 16,25
(1)
1 16,25
1 Lampe fluo compacte 9W/12Vcc 9,9
(1)
1 9,9
1Ventilateur de 25W/12 Vcc 25 1 25
1 TV Couleur 50W/220V Cosphi = 0,8; η =0,85 50 0,85 58,82
(2)
1 Magnétoscope 20W/220V Cosphi = 0,8; η =0,85 20 0,85 23,53
(2)
143,4
(1)
Multiplier la puissance indiquée sur les lampes par 1,25 s’il s’agit des lampes
fluorescentes standard et par 1,1 pour les lampes fluo - compactes (lampes à
économie d’énergie).
Les charges alimentées à travers un convertisseur CC ou un onduleur CA doivent tenir
compte des pertes dues à ces appareils. Les rendements courant de ces appareils sont :
•
Onduleur : 85% à 95% (0,85 à 0,95)
•
Convertisseur : 80% à 85%
(2)
La puissance rectifiée (Pr) en W =
)(Renou Ren (CC)ou CA recepteurs des Puissance
CC/CCCC/CA
,
La valeur de 0,85 a été retenue pour RenCC/CA dans cette partie pour le bilan de puissance.
Nous choisissons une tension de 12 Vcc comme tension du générateur photovoltaïque car P
(143,4 W) < 500 W.

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Figure 4.1 – Schéma synoptique de l’installation
Etape 2 : Choix du convertisseur (CC/CC) et Onduleur (CC/CA)
• Déterminer la puissance totale rectifiée en aval du convertisseur et de l’onduleur
• Choisir le convertisseur ou/et l’onduleur dans le catalogue fournisseur sur la base de :
Convertisseur CC/CC : I
n
(A) ≥ I
aval calculé
(A)
Onduleur CC/CA : P
n
(VA) ≥ k x P
2
(VA)
K facteur compris entre 2 et 3 pour tenir compte des appels de courant au
démarrage des appareils (si l’installation comporte des moteurs, il est
préférable de prendre k=3).
Attention
Certains onduleurs admettent une surcharge pendant quelques secondes. Dans
ce cas, comparer l’expression k x P
2
à la puissance de surcharge (P
sur
) de cet
onduleur. On doit avoir P
sur
> k x P
2
.
Exemple 2 : Choix d’un onduleur
Sur le schéma synoptique nous n’avons qu’un seul onduleur qui alimente deux récepteurs. La
puissance totale apparente en aval de l’onduleur est égal à:
93,75VA
0,8
25
0,8
50
Magneto
Cosphi
Magnéto
P
TV
Cosphi
TV
P
1
S=+=+=
La puissance minimale de l’onduleur sera de : 2 x 93,75 = 187,5 VA. On choisira un
onduleur de puissance nominale (secondaire) ≥ 187,5 VA. Remarquer que ce choix est basé
sur un onduleur qui ne supporte pas de surcharge.
Etape 3 : Estimation des besoins journaliers d’électricité (Wh/j)
Cette étape consiste à :
• Estimer le besoin énergétique (énergie consommée) journalier de l’installation. On
rappelle que :
) x t(hP(W)(Wh)B
J
=
Générateur
PV
Régulateur
Batterie
Charge CC
12V
Onduleur Charge CA
220
V
12 V
12 V
S
1
S
2
12 V