formation énergie solaire photovoltaïque...qu’est-ce que l’énergie solaire? trois types de...

Formationénergie solaire photovoltaïque

Par: François Boivin, [email protected]

Introduction

Qu’est-ce que l’énergie solaire?

1. Énergie thermique1. Production de chaleur2. Rendement ~80%3. Coût d’achat bas4. Coût d’installation élevé

2. Énergie photovoltaïque1. Production d’électricité2. Rendement ~13 à 17%3. Coût d’achat moyen (sur réseau) à élevé (hors réseau)4. Coût d’installation bas

Introduction


Avantages Inconvénients

Silencieux Plus coûteux qu’Hydro-Québec

Non-polluants Impossible de chauffer

Indépendance énergétique Limité en puissance (W)

Aucune émission de gaz Limité en énergie (Wh)

Entretien réduit

Introduction


Trois types de système1. Autonome

1. Production 100% photovoltaïque2. Avec ou sans batteries3. Petits systèmes4. Interruptions possibles5. Utilisation saisonnière

2. Hybride1. 1-99% autonome2. Dispose d’une 2e source d’énergie3. Moyens à grands systèmes4. Aucune interruption5. Utilisation annuelle

3. Connectés au réseau1. Avec ou sans batteries2. Avec ou sans mesurage net

Introduction


Types d’usages possibles

1. Lampes, téléviseur2. Pompage d’eau3. Camp de chasse, pêche et trappe4. Pourvoiries5. Gîtes touristiques6. Érablières7. Véhicules récréatif8. Éclairage extérieur

Introduction

Quelles applications pour l’énergie solaire?

1. Chalets (<1kWc)1. Autonomes ou hybrides2. Élimination / réduction de l’usage de la génératrice3. Avec ou sans onduleur

Panneaux solaires

Régulateur de charge

Batteries

Charges CC

Charges CAOnduleurchargeur

Introduction

Quelles applications pour l’énergie solaire?

2. Chalets/Maisons hors réseau (>1kWc)1. Hybrides2. Réduction de l’usage de la génératrice3. Avec onduleur

Panneaux solaires


Batteries

Charges CC

Charges CAOnduleurchargeur

Génératrice Charges CAdédies

Composants

Panneaux solaires

Fonction:• Convertir le rayonnement solaire en courant continu (CC)

Durée de vie • 80% de la puissance garantie après 20 ou 25 ans (sauf

amorphes) • Les études montrent des résultats supérieurs• Un climat froid est favorable aux panneaux

photovoltaïques

Types• Monocristallin

• Efficacité de 14 à 17%• Plus dispendieux

• Polycristallin• Efficacité de 13-16%• Plus économique

Composants

Panneaux solaires

Quels sont les critères importants?

STC: Standard Test Conditions• 1000W/m2 • Température des cellules: 25°C• A-M 1.5

Source: http://www.greenrhinoenergy.com/solar/radiation/geometry.php

Composants

Panneaux solaires

Quels sont les critères importants?

Source: http://www.dekloo.net/projets/photovoltaique-autoconsommation/caracteristiques-panneau-photovoltaique/689

Composants


Fonction:1. Protéger les batteries d’une surcharge2. Réguler/optimiser la charge des batteries selon le type

de batteries, la température et l’état de charge (option)

3. Protéger les batteries d’une décharge excessive (option)

Durée de vie • 1 à 30 ans

Types• PWM

• Technologie désuète• Rendement médiocre• Moins coûteux

• MPPT• Rendement optimal• Plus coûteux• Augmente la production annuelle d’environ 10 à 30%

Composants

Batteries

Fonction:• Stocke l’énergie produite

Caractéristiques principales• Capacité nominale (Ampères.Heures)

• Niveau de décharge• Acide-plomb: 40-60%• Lithium: 80-90%

• Quantité de cycle

• Différents types de batteries• Démarrage• Marine• Décharge profonde (liquide, AGM, Gel)

• Les batteries utilisées doivent toutes être identiques!

Composants

Batteries

• Différents types de batteries

• Démarrage• Fort courant, courte durée

• Marine• Modèle intermédiaire• Courte durée de vie (~3 ans)

• Décharge profonde (liquide, AGM, Gel)• Plus coûteuse (plus de plomb)• 7 à 10+ ans

Composants

Batteries

• Décharge profonde (liquide, AGM, Gel)• Liquide

• Plus grande durée de vie• Entretien au 3 mois• Ventilation de l’espace obligatoire

(dégazage)

• AGM• Électrolyte absorbée par fibre de

verre• Presqu’aucun entretien• Plus couteuse que Liquide• Durée de vie réduite

• Gel• Intensité inférieure• Non-recommandée

Composants

Batteries

Source: https://www.blueboxbatteries.co.uk/blog/lead-acid-batteries-for-cycling-applications-49

Composants

Batteries

Source: https://pbase.com/mainecruising/image/159174792

Composants

Fonction:• Convertit le CC en CA• Charge les batteries• Protège les batteries• 3 types d’onduleurs

Courant continu (CC)• Il est utilisé dans les

voitures, téléphones, etc.

Courant alternatif (CA)• Il est utilisé dans le

réseau d’HQ. Toutes lescharges domestiques sonten CA

• AVERTISSEMENT:Ne pas utiliser des appareils CC sur un réseau CA ou l’inverse!!

Source: https://www.ecohabitation.com/guides/2520/londuleur-dans-une-maison-autonome-cest-quoi/

Onduleur

Composants

Onduleur

L’onduleur doit être dimensionné de façon à:

• Puissance (Watts): Être capable de supporter la puissance demandée• Ex: La puissance minimal requise est de 1000W

• Tension (Volts): Supporter la tension des batteries• Ex: les batteries ont une tension de 12V

• Autres critères• Efficacité: au moins 90%• Puissance max: peut affecter la capacité à démarrer

des moteurs électriques• Température

** Prévoir l’ajout futur d’équipement **

Composants

Génératrice

Types

• Propane• Assez rare• Très petits systèmes

• Essence• Mobile• Petits systèmes

• Diesel• Puissance• Stationnaire

Achat d’un système photovoltaïque

Étapes

1. Se préparer2. Établir ses besoins3. Choisir son type de système (autonome/hybride/réseau)4. Trouver un fournisseur5. Installer le système OU trouver un installateur


Étapes

1. Se préparer1. Quel type d’application?2. Quels appareils?3. Est-ce que ce sont des appareils efficace (energy

star ou autre)4. Autonome, hybride ou réseau?5. Est-ce que le système peut-être réalisé en plusieurs

étapes?


Étapes

2. Établir ses besoins1. Faire une liste des charges et de leur utilisation2. Prendre en compte que certains usages sont ponctuels

(ex. outils)3. Déterminer l’énergie (kWh/jour) ainsi que la

puissance instantané(W) nécessaire

AppareilCC ou

CA Qté. WattsHeures /

jourkW-h /

jour (CC)kW-h /

jour (CA)AC - LumièresEclairage à LED (éq 60W) CA 1 8,5 5 0 43 Lampes fluorescentes (éq 60W) 13 5 0 0 Lumières incandescentes 60 5 0 0

0 0


Étapes

3. Choisir son type de système (autonome/hybride/réseau)

Critères Autonome PV/Génératrice Génératrice

Coût d'achat

Coût d'exploitation x durée de vie

Coût d'entretien

x durée de vie

Autres

Total

Sélection du système


Étapes

4. Trouver un fournisseur1. Expérience2. Compétences en efficacité énergétique3. Domaine d’expertise4. Qualité des produits vendus5. Garantie6. Service d’installation7. Service après-vente8. Prix


Étapes

5. Installer le système OU trouver un installateur1. Faire appel à un installateur compétent et certifié2. S’assurer que:

1. Les fusibles/disjoncteurs sont de calibre appropriés pour le câble

2. Le système est mis à la terre correctement3. Des interrupteurs sont installés entre les

composants du système

3. Toujours consulter un installateur/électricien pour déterminer le calibre des câbles, fusibles et disjoncteurs à utiliser

Dimensionnement

Estimation des besoins

AppareilCC ou

CA Qté. WattsHeures /

jourkW-h /

jour (CC)kW-h /

jour (CA) LumièresEclairage à LED (éq 60W) CA 1 8,5 5 0 43 Lampes fluorescentes (éq 60W) 13 5 0 0 Lumières incandescentes 60 5 0 0

0 0 Réfrigération7 pi³ Mini-réfrigérateur 70 4 0 0 18 pi³ Réfrigérateur Efficace 125 9 0 0 Réfrigérateur Non-Efficace 200 12 0 0 10 pi³ Congélateur 125 7 0 0

0 0 CuisineMixeur 350 0 0 Cafetière régulière 800 0 0 Four micro-onde 900 0 0 Grile-Pain 600 0 0 Machine à Pain 700 0 0 Lave-vaisselle 700 0 0 Four Grille-Pain 1400 0 0

Calculer le total de ces deux

colonnes

Qté x Watts x Heures/jour = kWh/jour

Dimensionnement

Estimation des besoins

# Catégorie Calcul à effectuer Petit DC Frigo DC Frigo CA UnitéA ParamètresA1 Rendement de l'onduleur (~0,80-0,95) 1 1 0,9A2 Rendement des batteries (~0,9) 0,9 0,9 0,9A3 Rendement du système (~0,98) 0,98 0,98 0,98A4 Ensoleillement moyen (~2,5-4,5 Hr/J) 4,5 4,5 4,5 Hr/JA5 Correction saisonnière (1=été, 0.5=hiver) 0,5 0,5 0,5A6 Jours d'autonomie 2 2 2 JoursA7 Décharge maximale (~50-60%) 0,5 0,5 0,5A8 Tension du système CC (12, 24 ou 48) 12 12 12 VA9 Puissance des panneau 285 285 285 W

A10 Tension des batteries 6 6 6 VA11 Capacité des batteries 220 220 220 Ah

B Calcul de la puissance nécessaireB1 Charge CC 400 1500 0 WhB2 Charge CA 0 0 1500 WhB3 Charge CA totale B2 ÷ A1 0 0 1667 WhB4 Charge totale (B1+ B3)/A2/A3 454 1701 1890 WhB5 Puissance PV requise B4 ÷ (A4 x A5) 202 756 840 W

C Dimensionnement des modules solairesC1 Qtée minimum de panneaux B5 ÷ A9 0,71 2,65 2,95C2 Qtée choisie de panneaux 1 2 3C3 Puissance PV choisie C2 x A9 285 570 855 W

D Stockage de l'énergieD1 Capacité requise (B4 x A6) ÷ ( A8*A7) 151 567 630 AhD2 Qtée minimum de batteries D1 ÷ A11 x A8 ÷ A10 1,37 5,15 5,73D3 Qtée choisie de batteries 2 4 6D4 Énergie disponible D3 x A11 x A10 x A7 1320 2640 3960 Wh

Dimensionnement d'un système photovoltaïque

Selon le système

Choisir composants

Dimensionnement

Comparaison budgétaire

Dimensionnement

Comparaison budgétaire (mai 2019)

Panneaux solaires 285W 225 $ 570W 450 $ 855W 675 $Régulateur de charge 301 $ 431 $ 783 $Divers PV 196 $ 198 $ 244 $Batteries 2,64kWh 355 $ 5,28kWh 710 $ 7,92kWh 1 065 $Afficheur à distance 101 $ 101 $ 101 $Divers Batterie 37 $ 89 $ 198 $Battery protect 53 $ 53 $ 53 $Onduleur 0 $ 0 $ 377 $Autres 234 $ 201 $ 283 $Refrigerateur 1 389 $ 500 $

Coût total (sans frigo) 1 501 $ 2 233 $ 3 780 $Coût total (avec frigo) 3 622 $ 4 280 $

Estimation des coûtsBase AC + réfrigérateurRéfrigérateur DC

Méthode d’installation

Angle d’installation


Effet de l’ombrage


Installation sur le toit


Installation sur poteau

Source: http://hespv.ca/residential-solar-energy-systems/solar-off-grid-canada/off-grid-mounts


Installation au sol

Source: http://hespv.ca/residential-solar-energy-systems/solar-off-grid-canada/off-grid-mounts


Installation des panneaux


Installation des batteries

Installation

Obtenir et comprendre les plans

Agencement des composants:

• Série: additionner la tension. Deux batteries 6 volts en série = 12 volts

• Parallèle: additionner les courants. Deux courants de 20A en // = 40A

• Capacités: la réserve d’énergie est décrite en Ah (amp.heure) ou Wh (Watt.heure). Elle s’additionne en série et/ou en parallèle.• Ampère.heure: 1 amp pendant 1h• Watt.heure: 1 Watt pendant 1h

• V = R x I: Voltage = Résistance x Courant• Plus la tension est

élevé, plus le courant est bas

• Plus le courant est élevé, plus le câble est gros et coûteux

Installation

Agencement des composants:

• Tension en série: Additionner les tension. Deux panneaux 24V en série = 48 volts

• Courant: Constant. Deux courants de 1,99A en série = 1,99A

• Puissance: La puissance des deux panneaux s’additionne. Deux panneaux 35W = 70W

Installation

Régulateur de charge:

• Tension: tension maximale des panneaux. Dans ce cas, le tension maximale est de 75V, ou 3 panneaux de 24V en série

• Courant: courant maximal admissible. Dans ce cas-ci, il est de 15A.

Installation

Mesurage et affichage de l’énergie

• Fonction: Mesurer l’énergie consommée, afficher l’énergie consommée et débrancher les charges lorsque la batteries est déchargée

Affichage distant

Câble télécomShunt

Installation

Disjoncteurs

• Fonction: protéger les câbles et équipements contre les courants trop élevés (dommages et feu)

• Doivent être installé sur le conducteur positif (rouge)

Installation

Régulateur CC Charges CC

Onduleur Charges CA

Régulateur CC• Fonction: débrancher les charges

lorsque la batteries est déchargée

Charges CC• Fonction: Alimenter les charges à

courant continu

Onduleur• Fonction: Convertir le courant

continu en courant alternatif (domestique)

Charges CA• Fonction: Alimenter les charges à

courant alternatif

Installation

Mise à la terre

Fonction:La mise à la terre des panneaux solaire est essentielle et doit être effectuée selon les normes afin de protéger les équipements, bâtiments ainsi que les personnes.

Installation

Branchement sur réseau

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