La conception d’un système photovoltaïque: toutes les informations et les exigences techniques nécessaires pour un projet correct (partie 1 de 2)

Un système photovoltaïque est composé d’un ensemble de modules (panneaux) photovoltaïque, d’un composant électrique (câbles) et un électronique (onduleur). Les modules utilisent l’énergie solaire incidente pour produire de l’électricité par l’effet photovoltaïque.
Le but du système photovoltaïque est de réaliser une économie d’énergie importante pour la structure servie. Les avantages qui sont à la base du développement cette technologie sont:
• la compatibilité avec les exigences architecturales et de la protection de l’environnement
• aucune pollution sonore
• une économie et une alternative aux combustibles fossiles
• une production d’électricité sans émissions de polluants
Cet article décrit brièvement les exigences et les caractéristiques nécessaires pour une conception correcte d’un système photovoltaïque.

La position apparente du Soleil

Vu que la Terre tourne sur elle-même de l’ouest à l’est, et parce que nous ne percevons pas ce mouvement, nous avons l’impression que ce soit la sphère céleste qui tourne dans le sens opposé, à savoir de l’est à l’ouest, en entraînant toutes les étoiles, y compris le Soleil.
En conséquence de l’axe par rapport au plan de la Terre, vous avez que le Soleil apparaît, de saison en saison, à différentes hauteurs à l’horizon.
Cette impression erronée, qui a influencé la vision du monde et du ciel depuis des milliers d’années, cependant, est la plus intuitive et reste la plus utilisée même aujourd’hui pour désigner, de façon simple et intuitive, ce qui se passe dans le ciel, aussi pour le positionnement du Soleil.

Le rayonnement solaire

Le flux d’énergie émise par le Soleil et absorbé par la croûte terrestre est défini comme le rayonnement solaire, ou plus précisément pour la conception de système photovoltaïque, comme l’énergie du rayonnement du Soleil exploitable sur un plan horizontal.

Le rayonnement au sol

Le rayonnement à terre sur le plan horizontal

Le rayonnement à terre sur le plan horizontal

Le rayonnement solaire passant à travers les couches de l’atmosphère est soumis à des effets différents, une partie est réfléchie dans l’espace, une partie est diffusée dans toutes les directions, une partie est absorbée et, enfin, une partie appelée rayonnement solaire direct atteint directement la surface de la Terre.

Le site de l’installation

Le dimensionnement en puissance productible d’énergie photovoltaïque pour le système relié au réseau , est estimable en tenant compte, en plus de la disponibilité économique, des aspects suivants:
• la disponibilité d’espace sur lequel installer le système photovoltaïque (surface disponible)
• la disponibilité de l’énergie solaire (rayonnement solaire )
• les facteurs morphologiques et environnementaux (ombrage et albédo)

Identification de l’espace sur lequel installer le système photovoltaïque

La première opération à effectuer consiste à localiser les espaces où positionner les modules photovoltaïques. En général, dans le cas des installations résidentielles, en essayant de placer les panneaux sur les pans du toit. Si possible, il est préférable de opter pour une installation intégrée dans la couverture. Nous avons donc besoin d’identifier les pans avec meilleures exposition à Sud.
L’exposition optimale est celle qui coïncide avec le plein sud; par conséquent, la productivité maximale à l’azimut égal à 0 degrés.
En outre, il est nécessaire d’identifier l’inclinaison optimale des panneaux par rapport au plan horizontal; cette valeur est définie inclinaison.
En règle générale, on obtient les valeurs maximales de la productivité à inclinaison suivante :
tilt optimal = latitude du site – 10 °.

Le champ solaire et son exposition effective

Pour évaluer correctement les gains solaires, il est nécessaire de calculer le direct et diffus du rayonnement solaire incident sur chaque surface des champs solaires (les surfaces des panneaux exposées au rayonnement), en tenant compte du plan incliné, de la radiation directe, diffuse, etc.

Disponibilité de l’énergie solaire

Azimut et angle de tilt

Azimut et angle de tilt

La disponibilité de l’énergie solaire pour le site d’installation doit être vérifiée en utilisant les données de valeurs quotidiennes moyennes mensuelles du rayonnement solaire sur le plan horizontal, en tent compte des phénomenes météo.

Azimut et angle de tilt

Graphique de la production moyenne d'énergie

Production moyenne d’énergie

Facteurs morphologiques et environnementaux (ombrage et albédo)

Les effets de masque dû à des volumes sur l’horizon, en raison des éléments naturels (collines, arbres) ou artificiels (bâtiments), déterminent la réduction des apports solaires et donc le temps de récupération de l’investissement.

Les composants d’un système photovoltaïque

Voici ci-dessous quelques composants de base du système photovoltaïque qui caractérisent le type d’installation:

• modules photovoltaïques:

dispositifs qui fournissent la transformation de l’énergie solaire en énergie électrique

• contrôleur de charge:

dispositif pour la protection des accumulateurs (règle la charge et la décharge des batteries)

• batteries:

dispositifs pour emmagasiner l’énergie du système photovoltaïques et pouvoir la fournir aux usagers quand les modules ne sont pas dans les conditions de produire à cause de l’absence de rayonnement solaire

• onduleur:

dispositif pour la transformation du courant continu en provenance des modules  en courant alternatif (220 Volt). Note: Si les équipements qui seront alimentés sont du type à courant continu, ce composant peut être exclu

• tableau électrique:

pour la distribution électrique. En cas de consommation élevée ou en absence d’énergie de la part des modules photovoltaïques, le courant est prélevé sur le réseau public. Sinon, l’énergie solaire en excès est introduiteà nouveau dans le réseau. En outre, il mesure la quantité d’énergie fournie par le système photovoltaïque au réseau.

• cellule photovoltaïque:

la cellule photovoltaïque, de la taille d’environ 10 x 10 cm, constitue le dispositif élémentaire à la base de chaque système photovoltaïque.
Nous pouvons avoir différents types de systèmes photovoltaïques: les systèmes connectés au réseau (connexion au réseau) et installation isolée du réseau (autonome).

Système photovoltaïque connecté (Grid Connected)

Système photovoltaïque connecté (Grid Connected)

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