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Before sizing a photovoltaic electrical installation, it is necessary to consider several questions: | Before sizing a photovoltaic electrical installation, it is necessary to consider several questions: | ||
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Le détail de ces questionnements appliqués au cas de notre Festival est disponible dans l'onglet "Fichiers" ci-dessus. | Le détail de ces questionnements appliqués au cas de notre Festival est disponible dans l'onglet "Fichiers" ci-dessus. |
Tutorial de Scholar Grid Project | Catégories : Énergie
This tutorial presents the sizing and construction of an electrical system for a solar generator (1 kWp or ‘kilowatt peak’) which can be moved by bicycle. This structure was designed to fit on the CHARRETTE, an assisted trailer designed by the Véloma association whose plans are freely available.
This tutorial presents the sizing and construction of an electrical system for a solar generator (1 kWp or ‘kilowatt peak’) which can be moved by bicycle. This structure was designed to fit on the CHARRETTE, an assisted trailer designed by the Véloma association whose plans are freely available.
générateur, remorque, remorque solaire, générateur mobile, panneaux solaires, photovoltaique, seconde main
This trailer is a functional demonstration designed as a part of the Scholar Grid project.
Supported and piloted by the Fondation Schneider Electric in partnership with these associations Low-tech Lab,Énergies sans Frontières and Atelier 21, this project intends to investigate innovative solutions to provide affordable and clean electric energy to training centers that train future electricians. The energy systems created by the technical experts and the teachers of the training centers, will be implemented by students and serve as a pedagogical base.
The fields of investigation of this project were the following:
To test these techniques in real conditions, Low-tech Lab constructed a mobile generator trailer. With the power of 1kW, it combines the repaired second hand solar panels and the regenerated lead batteries. This was designed on the basis of concrete needs: to provide electricity for the Festival Low-tech organized in Concarneau in July of 2022.
Beginning with this concrete case, "the tutorial details the general steps of sizing a photovoltaic installation in self-consumption". The context, the preliminary evaluation of needs and the choice of adapted energy sources are explained in detail in the document "An energy-autonomous Festival?’ In the ‘Files’ section".
This tutorial is addressed to people with a basic level of knowledge in electricity and in the components of photovoltaic installation. If that is not your case, do not hesitate to release the basics via E-leaning of INES (in English) or via the GuidEnR Photovoltaic website. (Links in the ‘Notes and references’ section). Warning: This tutorial does not cover the basic notions of electricity and the associated safety instructions. These manipulations can become very dangerous! It is your responsibility to ensure you work safely.
Quantity | Designation | New Material Price | Project Material Price (donation, second-hand, reclaimed) | ||||
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3 | Peimar 330W Solar Pannel | 500 | 105 | ||||
1 | Victor Energy Phoenix 24V/1200VA Inverter | 503 | 200 | ||||
1 | Schneider Electric Connext 60A/150V MPPT charge controller | 650 | 0 | 12 | Hawker 4PzS240 traction battery - 2V 240Ah | 1980 | 650 |
1 | Victron Energy BMV700 battery controller + crimped cable + wall bracket + VE Direct Bluetooth Smart Dongle | 250 | 250 | ||||
1 | Fuse MEGA-Fuse 125A / 32V (x5) + Fuse holder MEGA Victron Energy | 33 | 33 | ||||
1 | Schneider Electric C120N 125A Circuit Breaker | 320 | 0 | ||||
2 | Schneider Electric iC60N 63A Circuit Breaker | 25 | 0 | ||||
1 | Schneider Electric Resi9 10A Circuit Breaker | 15 | 0 | ||||
1 | Schneider Electric 30mA/40A differential Circuit Breaker | 90 | 0 | ||||
16m | 1x4mm² red/black solar cable with MC4 connector | 24 | 0 | ||||
1 | Male MC4 Connector | 4 | 0 | ||||
1 | Female MC4 Connector | 4 | 0 | ||||
6m | Red / blue / green-yellow cable 1x16mm² | 16 | 16 | ||||
6 | Tubular battery terminal 16mm²-12 | 4 | 4 | ||||
2 | Tubular battery terminal 35mm² - 10 | 2,6 | 2,6 | ||||
6 | Gray PG16 cable gland + Washer | 11,5 | 11,5 | ||||
6 | Gray PG11 cable gland + Washer | 9,5 | 9,5 | 1 | Bloc multiprise extérieur IP44 | 14 | 14 |
TOTAL | 4442 € (~4,764.22 $USD) | 1282 € (~1,375.00 $USD) |
The cheapest and cleanest energy is that which we do not produce/consume!
In line with this principle, this approachnégaWatt proposes to rethink our vision of energy by applying a three step approach: Sobriety, Efficiency, then renewable energy. Before sizing a photovoltaic electrical installation, it is necessary to consider several questions:
What are my needs? Which are essential and incompressible? Is electricity the most efficient way to meet all these needs?
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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