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Articles avec le tag ‘calcul’

Réfrigérateur alimenté par panneau photovoltaique comment dimensionner la solution?

Vous souhaitez utiliser un frigo en site isolé; quelle puissance de panneaux photovoltaiques faut il?

Avertissement

C'est une question récurrente chez nos clients acheteurs de réfrigérateurs à gaz et électricité.

Nos clients veulent naturellement les alimenter avec une énergie low cost, et pensent alors au photovoltaique.

(qui n'est pas une solution low cost…….). Ceci étant, comment calculer à peu près le dimensionnement nécessaire à un fonctionnement photovoltaique satisfaisant? Comme d'habitude dans le photovoltaique, il faut tenir compte du où , du quand  du combien et du comment

  • Où: dans quelle région du monde. ce réfrigérateur sera t'il utilisé en Afrique , aux Antilles ou en europe, est ce Dakar ou Point à Pitre ou alors Marseille ou Lille?
  • Quand: ce frigo doit il être utilisé uniquement pendant la période estivale ou toute l'année
  • Combien: quelle est la consommation en wh par 24 heures de ce frigo
  • Comment: quelle est l'exposition des panneaux photovoltaiques, et nombre d'heures de vrai bon soleil par jour pendant la période considérée

Imaginons le contexte suivant: Endroit: Marseille, Période: été, Exposition sud, 6 heures de vrai bon soleil,  frigo RM8505, Consommation électrique 2.2kwh/24heures installation en 12 volt

Nous devons aussi avoir un oeil sur la météo locale et devons imaginer quelle est la probabilité d'avoir disons 3 jours de suite de très mauvais temps: Cela sera jugé exceptionnel et en ce cas, nous utiliserons le gaz comme énergie pour pallier au manque d'ensoleillement nécessaire au rechargement des batteries.

Nous souhaitons donc avoir une réserve d'énergie pour faire fonctionner ce réfrigérateur  48 heures sans soleil.

Calculons:

Ce frigo consomme 2200 wh par 24 heures, il faut donc que vos batteries fournissent ces 2200 wh sans se mettre en danger par une décharge profonde. Compte tenu de la perte de rendement inhérente au système mis en oeuvre et du processus même de charge/décharge au sein de la batterie, il est nécessaire de produire au moins 20% en plus d'énergie en sortie de panneau photovoltaique.

Vos panneaux devront fournir 2750wh d'énergie par jour de soleil c'est à dire en 9 heures de temps.

en considérant que l'irradiation est à peu près constante (grosse approximation) pendant la journée, ceci implique que vos panneaux aient une puissance de l'ordre 310 W pour pouvoir générer en 9 heures l'énergie  consommée en 24 heures par ce frigo.

cela est tenable en imaginant qu'il fasse beau (très beau) tous les jours.

Si malheureusement une journée est moins bonne ou carrément mauvaise, l'énergie proviendra de la réserve dans les batteries. Il faudra donc que le jour suivant (jour de beau temps on l'espère) les panneaux produisent ce qui est nécessaire à la journée de consommation à venir, MAIS ils doivent aussi produire de quoi recharger ce qui a été puisé dans la batterie (la réserve) pendant cette mauvaise journée.

Autrement dit, votre capacité à recouvrer rapidement votre réserve d'énergie dépend du surcroît de puissance photovoltaique installée sur le toit par rapport à la puissance des consommateurs.

En supposant que vous venez de subir 2 jours de mauvais temps, vos batteries commencent à rentrer dans la zone sensible de décharge, il serait bon de rapidement les recharger. il serait bon de pouvoir retrouver un état de charge nominal en 4 jours de beau temps successifs; i faut donc que vos panneaux soient capables de produire 50% en plus de ce qui est nécessaire par jour, soit 4125 wh, pour assurer une recharge rapide de vos batteries consécutive à une période de mauvais temps.

4125 wh en 6 heures utiles de temps correspond à une puissance de 680 w de panneaux photovoltaiques.

En ce qui concerne les batteries, la règle de dimensionnement est la suivante si vous voulez ne pas tuer prématurément ces batteries: ne pas descendre en dessous de 60% de sa capacité .

votre frigo consomme 2200 wh en 24 heures soit 183 Ah dont la moitié est réellement soutirée de votre batterie la nuit (24heures – 9 heures = 15 heures de fonctionnement sur batterie soit 115 Ah

vos batteries sont donc à -115 Ah de leur état nominal de charge au petit matin. Si la journée qui arrive est mauvaise avec zéro production, vous arriverez au petit matin suivant à -115 Ah + -183 Ah = -298 Ah c'est votre premier jour en autonomie batterie.

Si vous souhaitez tenir un jour de plus grâce à vos batteries, il faudra leur demander 183 Ah de plus. le déficit sera au matin du troisième jour (que l'on espère beau) de -115-183-183= 481 Ah. Si on souhaite que cette valeur n'excède pas 60% de la capacité nominale de vos batteries, ceci veut dire que vos batteries ont une capacité de 800 Ah.

En résumé, un petit frigo à absorption avec 2 jours d'autonomie sur batteries nécessite à peu près 700W de panneau photovoltaique et 800 Ah de batterie en 12 V. Au delà de 2 jours consécutifs de mauvais temps, vous basculez sur le gaz pour ne pas tuer vos batteries.

 

Bien sur cette solution peut être complètement redimensionnée à la baisse si vous basculez sur l'énergie gaz des les premières heures de mauvais temps. Mais la souplesse d'utilisation en prendra un coup.

 

Production d’electricité par photovoltaïque en site isolé

De la variabilité du rayonnement solaire

Avertissement

Vous vous êtes décidé pour électrifier votre site isolé? regardons quelle est la variabilité du rayonnement au cours de l'année.

Nous allons nous en tenir uniquement aux variations "géométriques" de rayonnement liées à la rotation de la terre sur une année, sans tenir compte aucunement de la variabilité journalière liée à la météo elle même.

Petit rappel: n'en déplaise à certains, la terre tourne autour du soleil avec une orbite légèrement elliptique accompagnée d'une légère précession, le tout générant le phénomène de saison, particulièrement marqué entre tropiques et pôles;

c'est dans cette région que les variations de rayonnement seront les plus marquées en fonction de la saison, contrairement aux régions équatoriales, où le rayonnement est quasi constant tout le long de l'année. (toujours en première approximation).

La première image représente la trajectoire du soleil au cours de la journée en fonction de la saison;

cette image est représentative d'un lieu géométrique sous latitude moyenne de l'ordre de 45°.

la figure 2 représente le diagramme d'élévation du soleil, heure par heure en fonction de la saison; on note une très grande variabilité, tant en nombre d'heures de soleil, qu'en termes d'élévation maximum à midi, heure solaire.

La différence saute aux yeux; le 21 décembre, sous une latitude équivalente à celle de la ville de lyon, le soleil est présent 8 heures (le 1/3 de la journée de 24 heures, et à midi solaire, le soleil est au plus haut à 22° d'élévation

 

Le 21 juin, au même endroit, le nombre d'heures d'ensoleillement est de 16 heures (2/3 de la journée de 24 heures), et le soleil est à une hauteur de 68° à midi solaire. Les variations sont donc énormes tant en termes de durée qu'en terme de position.

 

Ces variations de grandes amplitudes auront évidemment des répercussions importantes pour l'application qui est la notre: produire de l'énergie électrique grâce au rayonnement solaire.

Une autre façon d'exprimer la course du soleil à Ajaccio (corse) au cours d'une année pleine; le soleil est au plus haut à 72° d'élevation en été contre 25° le 21 décembre.

 

 

 

 

 

 

 

 

La course du soleil vous interesse? visitez http://ptaff.ca/soleil/

 

Gisement solaire: connaitre localement le potentiel solaire dont on dispose

Comment déterminer localement la ressource solaire dont on dispose?

Avertissement

Nous avons vu dans un article précédent la relation entre latitude et gisement solaire, étroitement lié à l'épaisseur d'atmosphère à traverser.

Il s'agit désormais de déterminer localement quelle est la ressource locale disponible.

Mettons nous dans le cas où le territoire visé est en France; la sensibilité à la latitude reste forte, près de 40% de différence entre le nord et le sud de la France.

Au delà de cette sensibilité à la latitude, il existe une forte sensibilité aussi à la longitude.

Sur une ligne Bordeaux-Gap (latitude presque identique) la différence de rayonnement annuel est de l'ordre de 20%

Plus localement encore, il peut exister de fortes variations liées à l'altitude ou a de microclimat; l'altitude permet évidemment de s'extirper des situations de brumes et brouillards d'hiver anticycloniques ou de phénomènes d'inversion de température qui peuvent chapeauter des bassins entiers comme celui de Grenoble, alors que le beau temps règne 400 à 600 m plus haut.

La connaissance fine de la réalité météorologique est donc importante pour estimer son gisement solaire et corollairement son productible.

 

Il est nécessaire de s'appuyer sur les chiffres d'ensoleillement fournis par la station météorologique locale la plus proche.

Comment déterminer le dimensionnement dune configuration photovoltaïque en site isolé

Le photovoltaique en site isolé: comment partir sur de bonnes bases de compréhension?

Habitués que nous sommes à être en "on grid", c'est à dire reliés au réseau EDF ou à ses concurrents, notre vie quotidienne ne nous pousse pas à réfléchir à la physique des choses. Le seul moment où cela se produit, c'est quand le disjoncteur saute lorsqu'une surconsommation globale de l'habitat se produit. Cette surconsommation est fixée bien entendu par rapport à l'abonnement qui est le votre (exprimé en kW). Notre réflexe est alors de rechercher les gros consommateurs, pour en interrompre au moins un, pour ne plus faire 'sauter" le disjoncteur.

 

En site isolé, il est fondamental de revenir à la physique des choses, c'est à dire prendre en considération les aspects électriques, mais aussi météorologiques et saisonniers: bref, il faut ouvrir les yeux et réfléchir un peu ou autrement….

Back to basics

(certains aspects seront volontairement gommés par désir de simplification)

Un consommateur d'énergie électrique (un élément passif, donc) se caractérise par sa tension de fonctionnement, son courant de démarrage, son courant de fonctionnement nominal. en d'autres terme il se caractérise par sa puissance consommée soit au démarrage, soit en fonctionnement.

Une lampe halogène par exemple produit de très forts appels de courant à froid, avec une stabilisation quasi immédiate vers son courant nominal. Autre exemple: un frigo, équipé de compresseur à piston, necessite de forts ampérages au démarrage pour voir rapidement son courant revenir à une valeur "de croisière" beaucoup plus faible.

Dimensionner sa solution en energie renouvelable, c'est déterminer quels sont les besoins en termes de puissance maximum consommée au cours de la journée  ET d'énergie consommée par 24 heures

Relation entre puissance et énergie

l'energie est l'intégration de la puissance consommée dans le laps de temps considéré; autrement dit, si la puissance consommée est constante, l'energie est égale à la puissance x temps.

Dans le domaine électrique, la convention veut que l'énergie s'exprime en wh, c'est à dire en watt heure (alors que le système international demanderait de parler en JOULE (1 joule = 1 ws (watt seconde)))

une ampoule d'une puissance de 100 w qui fonctionne une 1/2 heure consomme une énergie de 100 x 0.5 = 50 wh

une ampoule d'une puissance de 25 w qui fonctionne 2 heures consomme une énergie de 100 x 0.5 = 50 wh

un frigo, qui fonctionne de manière intermitente, se caractérise par sa consommation d'energie sur 24 heures; un frigo standard consomme 1500wh/24h (1500 wh par 24 heures) ou 547 kwh/an (547 kilowattheure par an)

pour bien fixer les idées, ce frigo qui consomme 1500wh/24heures, consommerait toute cette énergie en une heure s'il consommait en permanence 1500 w de puissance – ce chiffre pour vous permettre de "sentir" la physique des choses

 

la suite bientôt