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− | |Notes=<translate>*Pour reprendre en détail les bases, le fonctionnement et le dimensionnement d'une installation solaire autonome, le '''très bon [https://e-learning.ines-solaire.org/course/index.php?categoryid=194 e-learning]''' [https://e-learning.ines-solaire.org/course/index.php?categoryid=194 de l'INES], l'Institut National de l'Energie Solaire (en anglais) ou le site [http://www.photovoltaique.guidenr.fr/informations_techniques/ GuidEnR Photovoltaïque] (en français) | + | |Notes=<translate>Document rédigé par Guénolé Conrad dans le cadre du projet Scholar Grid. Un projet à l'initiative de la [https://www.se.com/fr/fr/about-us/sustainability/foundation/ Fondation Schneider Electric] avec le support technique d'[http://www.energies-sans-frontieres.org/ Energie Sans Frontières], [https://www.atelier21.org Atelier 21] et du [https://lowtechlab.org/fr Low-tech Lab] |
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+ | *Pour reprendre en détail les bases, le fonctionnement et le dimensionnement d'une installation solaire autonome, le '''très bon [https://e-learning.ines-solaire.org/course/index.php?categoryid=194 e-learning]''' [https://e-learning.ines-solaire.org/course/index.php?categoryid=194 de l'INES], l'Institut National de l'Energie Solaire (en anglais) ou le site [http://www.photovoltaique.guidenr.fr/informations_techniques/ GuidEnR Photovoltaïque] (en français) | ||
*[https://fr.wikibooks.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9/Notions_de_s%C3%A9curit%C3%A9_%C3%A9lectrique#Les_effets_sur_le_corps_humain Notions de sécurité électrique] et effets sur le corps humain. | *[https://fr.wikibooks.org/wiki/%C3%89lectricit%C3%A9/Notions_de_s%C3%A9curit%C3%A9_%C3%A9lectrique#Les_effets_sur_le_corps_humain Notions de sécurité électrique] et effets sur le corps humain. | ||
*Outil de prédimensionnement d'installation solaire photovoltaïque en autoconsommation conçu par l'INES: [https://autocalsol.ines-solaire.org/ AutoCalSol] | *Outil de prédimensionnement d'installation solaire photovoltaïque en autoconsommation conçu par l'INES: [https://autocalsol.ines-solaire.org/ AutoCalSol] |
Tutorial de Scholar Grid Project | Catégories : Énergie
Ce tutoriel présente le dimensionnement et la construction du système électrique d'un générateur solaire (1kWc) déplaçable à vélo. Cette structure a été conçue pour s'adapter sur la CHARRETTE, une remorque assistée conçue par l'association Véloma et dont les plans sont disponibles librement.
Ce tutoriel présente le dimensionnement et la construction du système électrique d'un générateur solaire (1kWc) déplaçable à vélo. Cette structure a été conçue pour s'adapter sur la CHARRETTE, une remorque assistée conçue par l'association Véloma et dont les plans sont disponibles librement.
générateur, remorque, remorque solaire, générateur mobile, panneaux solaires, photovoltaique, seconde main
Cette remorque est un démonstrateur fonctionnel conçu dans le cadre du projet Scholar Grid.
Soutenu et piloté par la Fondation Schneider Electric en partenariat avec les associations Low-tech Lab, Énergies sans Frontières et Atelier 21, ce projet a pour ambition d'investiguer des solutions innovantes pour fournir de l’énergie électrique abordable et propre à des centres de formation qui forment de futurs électriciens. Les systèmes énergétiques imaginés par les experts techniques et les professeurs des centres de formation, seront mises en œuvre par des étudiants et serviront de base pédagogique.
Les champs d'investigation de ce projet ont été les suivants :
Pour tester ces techniques en conditions réelles, le Low-tech Lab a construit une remorque génératrice mobile. D’une puissance de 1kW, elle combine des panneaux solaires de seconde main réparés et des batteries plomb régénérées. Elle a été conçue sur la base de besoins concrets: fournir l'électricité du Festival Low-tech organisé à Concarneau en juillet 2022.
En partant de ce cas concret, le tutoriel détaille les étapes générales de dimensionnement d'une installation photovoltaïque en autoconsommation. Le contexte, la démarche préalable d'évaluation des besoins et le choix de sources d'énergie adaptées sont expliquées en détails dans le document "Un Festival autonome en énergie ?" dans la partie "Fichiers".
Quantité | Désignation | Prix matériel neuf | Prix matériel projet (don/occasion/récupération) |
---|---|---|---|
3 | Panneau solaire Peimar 330W | 500 | 105 |
1 | Onduleur Victron EnergyPhoenix 24V / 1200VA | 503 | 200 |
1 | Régulateur de charge MPPT Schneider Electric Conext 60A / 150V | 650 | 0 |
12 | Batterie de traction Hawker4PzS240 - 2V 240Ah | 1980 | 650 |
1 | Contrôleur batterie Victron Energy BMV700 + câble serti + support mural + VE Direct Bluetooth Smart Dongle | 250 | 250 |
1 | Fusible MEGA-Fuse 125A / 32V (x5) + Porte fusible MEGA Victron Energy | 33 | 33 |
1 | Disjoncteur Schneider Electric C120N 125A | 320 | 0 |
2 | Disjoncteur Schneider Electric iC60N 63A | 25 | 0 |
1 | Disjoncteur Schneider Electric Resi9 10A | 15 | 0 |
1 | Disjoncteur différentiel Schneider Electric 30mA / 40A | 90 | 0 |
16m | Câble solaire rouge / noir 1x4mm² avec connecteur MC4 | 24 | 0 |
1 | Connecteur MC4 mâle | 4 | 0 |
1 | Connecteur MC4 femelle | 4 | 0 |
6m | Câble rouge / bleu / vert-jaune 1x16mm² | 16 | 16 |
6 | Cosse tubulaire batterie 16mm²-12 | 4 | 4 |
2 | Cosse tubulaire batterie 35mm² - 10 | 2,6 | 2,6 |
6 | Presse étoupe PG16 Grise + Rondelle | 11,5 | 11,5 |
6 | Presse étoupe PG11 Grise + Rondelle | 9,5 | 9,5 |
1 | Bloc multiprise extérieur IP44 | 14 | 14 |
TOTAL | 4442 € | 1282 € |
L'énergie la moins chère et la plus propre est celle qu'on ne produit / consomme pas !
Partant de ce principe, la démarche négaWatt propose de repenser notre vision de l’énergie en s’appuyant sur une démarche en trois étapes: Sobriété, Efficacité puis Énergies Renouvelables. Avant de dimensionner une installation électrique photovoltaïque, il est essentiel de se poser plusieurs questions:
Le détail de ces questionnements appliqués au cas de notre Festival est disponible dans l'onglet "Fichiers" ci-dessus.
Pour matérialiser les consommations électriques des équipements du quotidien et pourvoir éventuellement prioriser, le jeu open-source REVOLT traduit ces consommations en temps de pédalage.
Cette étape est la plus importante d'un dimensionnement photovoltaïque autonome. Elle aura une grande influence sur le prix, l'autonomie et la durabilité de l'installation.
Cette étape vous permettra également de voir où se trouvent vos gros postes de consommation électriques et de faire des choix en conséquence (Ex: Un four électrique demande 5000W de puissance. L'énergie électrique est-elle la plus pertinente pour répondre à ce besoin ?)
Exemple: Une journée pluvieuse, pendant un week-end, en hiver. Toute la famille est présente. Les lumières sont allumées 9h par jour. On a envie de manger chaud. Beaucoup d'activités se passent en intérieur.
Plusieurs logiciels peuvent vous aider au dimensionnement d'une installation solaire. Nous avons utilisé le logiciel libre CalcPvAutonome développé par David Mercereau. Une interface dédiée vous permet de calculer vos besoins électriques journaliers. On réalise ce qu'on appelle un audit énergétique (simplifié).
Le principe est simple :
Nous avons volontairement choisi de ne pas alimenté des appareils électriques gourmands en énergie par de l'électricité !
>La cuisine (pour 100 personnes) a été réalisé à l'aide d'un réchaud à bois.
> Pour servir des boissons fraiches, nous avons convenu d'un partenariat avec la criée de Concarneau qui produit de la glace en permanence et l'avons stocké dans un congélateur débranché (vs 4800Wh/j). De même, les tireuses à bières sont gelés directement avec de la glace et restent débranchées (vs 5600Wh/j).
Une fois les besoins énergétiques entrés dans CalcPVAutonome, il va falloir entrer quelques paramètres importants pour le dimensionnement.
Une fois les paramètres entrés, on lance le calcul !
CalcPVAutonome propose un dimensionnement du matériel nécessaire en accord avec ces paramètres. Celui-ci est donné à titre indicatif et demande à être analysé. Dans notre cas, nous avons réajuster en fonction du matériel déjà disponible dont nous disposions.
Pour satisfaire nos besoins journaliers de 4080Wh/j, une puissance minimale de PV de 937W est nécessaire (calcul détaillé par le logiciel). Le logiciel nous indique que 5 panneaux monocristallins de 190W pourraient convenir.
Mais 5 panneaux étant trop encombrants pour notre remorque + nous avions déjà 1 panneau solaire de 330W. Nous avons choisi 3 panneaux de 330W pour une puissance totale de 990W.
Généralement, la tension d'un parc batterie est déterminée en fonction de la puissance des PV:
Dans notre cas, nous avons 990W de PV, donc la tension finale de notre parc batterie sera de 24V.
Pour permettre une autonomie de 8h (~0,3j), le logiciel calcule la capacité nominale des batteries de 170Ah en C10. (Voir détail calcul en image)
Or, pour assurer la longévité du parc batteries, le courant de charge de celui-ci ne doit pas dépasser 20% de sa capacité nominale. (Voir Fonctionnement, entretien et régénération de batteries au plomb)
Soit: 170 x 20% = 34A.
Or avec 990W de PV le courant de charge est de 990 / 24 = 41,25A.
On peut choisir de brider la production des PV grâce au régulateur de charge, mais généralement on conseille d'augmenter la capacité du parc batteries en conséquence. Donc ici, 41,25 x 100 / 20 = 206Ah.
Ayant trouvé une bonne occasion, nous avons finalement opté pour l'achat d'un parc de batteries de traction régénérées de 240Ah. Il consiste en 12 batteries de 240Ah-2V assemblées en série pour avoir une tension de 24V. Cela fait augmenter notre autonomie à 10h.
Les caractéristiques du régulateur de charge sont déterminées en fonction des caractéristiques de courant maximum sortant des PV. Nous avons donc besoin des caractéristiques des PV données par leur fiche technique ou à l'arrière des panneaux. Il faut connaître la "Tension en Circuit Ouvert" (Voc) et l' "Intensité de Court-Circuit" (Isc) des PV.
Dans notre cas, pour chaque panneau : Voc= 40,49V et Isc= 10,25A
Lorsqu'on ajoute les panneaux en série: Voc_tot= 121,5V et Isc_tot= 10,25A
En prenant des marges de sécurité de 20%, un régulateur MPPT 150V 20A aurait pu convenir.
Ayant eu l'occasion de récupérer un régulateur Conext MPPT 150V/60A, nous avons opté pour ce modèle.
Le choix du convertisseur s'effectue en fonction de la puissance que doit délivrée l'installation (en AC) et en fonction de la tension du parc batterie.
Nous souhaitions pouvoir ponctuellement alimenter des appareils allant jusqu'à 1000W.
Nous avons opté pour un convertisseur Victron 24V/1200VA qui monte en puissance maximum de sortie à 1200W avec des pointes possibles à 2400W.
Pour connaitre l'état de charge de nos batteries et en prolonger la durée de vie, nous avons choisi d'utiliser un contrôleur batterie (fortement conseillé).
Ces dispositifs se placent sur les 2 polarités (+ et -)
Entre les PV et le régulateur de charge :
Entre le régulateur de charge, l'onduleur et les batteries:
Iop étant le courant en opération. Il diffère si on est en mode charge ou décharge des batteries :
On choisit la valeur maximale donc Ifuse>104 A. Nous avons choisi un fusible MEGA 125A 32V de chez Victron Energy.
Pour éviter des pertes par échauffement, voire des risques d'incendie, il est important de bien dimensionner tous les câbles de l'installation. C'est-à-dire, calculer la section minimale (en mm²) du câble.
La formule est la suivante :
S > ρ*2*L*I / ε*U
Pour cela il faut connaître:
Entre les PV et le régulateur de charge | Entre le régulateur de charge et les batteries | Entre les batteries et l'onduleur |
---|---|---|
S > 0,023*2*4* 10,25 / 121,5*0,01 | S > 0,023*2*1* 1000 / 24*24*0,01 | S > 0,023*2*0,5* 2400 / 24*24*0,01 |
S> 1,55mm² | S>7,9mm² | S>9,5mm² |
A partir des sections calculées, il convient ensuite de choisir la section commerciale supérieure :
Entre les PV et le régulateur de charge | Entre le régulateur de charge et les batteries | Entre les batteries et l'onduleur |
---|---|---|
S = 2,5mm² | S= 10mm² | S=10 ou 16 mm² |
On peut vérifier les valeurs d'intensité maximale admissible correspondant à ces sections dans des abaques (voir image).
Document rédigé par Guénolé Conrad dans le cadre du projet Scholar Grid. Un projet à l'initiative de la Fondation Schneider Electric avec le support technique d'Energie Sans Frontières, Atelier 21 et du Low-tech Lab
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