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ENCYCLOPÉDIE DE LA RADIOÉLECTRONIQUE ET DU GÉNIE ÉLECTRIQUE >Système photovoltaïque domestique avec batterie. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique
Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique / Sources d'énergie alternatives Un système solaire avec des batteries peut alimenter de nombreux appareils, à condition que leur consommation d'énergie ne dépasse pas la puissance du générateur. Par conséquent, il est nécessaire de déterminer correctement la puissance du système. La première étape dans cette direction est la spécification, c'est-à-dire description technique du système.
Calcul énergétique Lors de la conception d'un système photovoltaïque domestique, vous devez d'abord dresser une liste de tous les appareils électriques de la maison, connaître leur consommation électrique et les ajouter à la liste. Le tableau ci-dessous indique la consommation électrique moyenne de certains appareils à titre de référence. Cependant, il faut se rappeler qu'il ne s'agit que d'estimations approximatives. Pour calculer la consommation électrique (E) d'un système onduleur (pour les appareils à courant alternatif), une correction doit être apportée (multiplier la consommation moyenne par un facteur C pour obtenir la puissance totale).
Pour le fonctionnement d'autres appareils électriques - réfrigérateur, fer à repasser, ventilateur, cuisinière électrique, etc. Vous aurez besoin d'un système plus grand et plus coûteux. Étant donné que ces systèmes ne sont pas soumis à des normes uniformes, mais dépendent des besoins spécifiques du consommateur, le calcul doit être effectué par un spécialiste. Deuxièmement, il est nécessaire d'estimer combien de temps pendant la journée certains appareils électriques sont utilisés. Par exemple, une ampoule dans le salon brûle 10 heures par jour et dans le garde-manger - seulement 10 minutes. Enregistrez ces données dans la deuxième colonne du tableau suivant. Faites ensuite une troisième colonne dans laquelle vous entrez vos besoins énergétiques quotidiens. Pour le déterminer, vous devez multiplier la puissance de l'appareil par le temps de son fonctionnement, par exemple : 27 W x 4 heures = 108 Wh. Écrivez le nombre obtenu dans la troisième colonne - il s'agit de votre consommation d'énergie totale par jour.
Ensuite, vous devez déterminer la quantité d'énergie solaire sur laquelle on peut compter dans une zone donnée. Ces données peuvent généralement être obtenues auprès d'un fournisseur local de panneaux solaires ou d'une station hydrométéorologique. Il est important de prendre en compte deux facteurs : le rayonnement solaire annuel moyen, ainsi que ses valeurs mensuelles moyennes dans les conditions climatiques les plus défavorables (voir informations générales dans le chapitre « Rayonnement solaire »). À l'aide de la première valeur, le système photovoltaïque peut être ajusté en fonction du rayonnement solaire annuel moyen, c'est-à-dire que certains mois, il y aura plus d'énergie que nécessaire, et moins dans d'autres. Si vous vous fiez au deuxième chiffre, vous aurez toujours au moins assez d'énergie pour subvenir à vos besoins, sauf en cas de très longues périodes de mauvais temps. Vous pouvez maintenant calculer la puissance nominale du module photovoltaïque. Multipliez la valeur de la consommation d'énergie (Wh par jour) par un facteur de 1,7 pour corriger les pertes d'énergie dans le système, puis divisez par la quantité de rayonnement solaire (Wh par jour), par exemple 280 (Wh/jour) x 1,7 / 5 (Wh/jour) = 96,2 W. Malheureusement, le choix de puissance nominale des modules photovoltaïques est limité. En utilisant des modules de 50W, vous pouvez construire un générateur de 50W, 100W, 150W, etc. Si la puissance requise est de 95 W, un système à deux modules est le mieux adapté. Si la puissance totale des modules est très différente de votre valeur calculée, vous devrez utiliser soit un générateur insuffisamment puissant, soit un générateur trop puissant. Dans le premier cas, la photocellule ne pourra pas répondre à la demande totale d'énergie. C'est à vous de décider si la prestation partielle de vos besoins vous convient. Dans le second cas, vous aurez un surplus d'électricité. Le dimensionnement de la batterie dépend des besoins en énergie et du nombre de modules PV. Dans l'exemple illustré, la capacité minimale de la batterie est de 60 Ah et l'optimum est de 100 Ah. Une telle batterie pourra stocker 1200 Wh sous 12 V. Cela suffit pour fournir de l'électricité dans le cas décrit ci-dessus, lorsque la consommation énergétique journalière est de 280 Wh.
Pression constante Dans le passé, presque tous les systèmes photovoltaïques utilisaient une tension constante de 12 V. Les appareils 12 V alimentés directement par la batterie étaient largement utilisés. Aujourd'hui, avec l'avènement d'onduleurs efficaces et fiables, les batteries utilisent de plus en plus le 24 V. De nos jours, la tension du système électrique est déterminée par l'apport d'énergie quotidien pendant la journée. Les systèmes produisant et utilisant moins de 2000 12 Wh par jour sont mieux combinés avec 2000 V. Les systèmes produisant 6000 24 à 6000 48 Wh par jour utilisent généralement XNUMX V. Les systèmes produisant plus de XNUMX XNUMX Wh par jour utilisent XNUMX V. La tension secteur est un facteur très important qui affecte les paramètres de l'onduleur, des commandes, du chargeur et du câblage. Une fois achetés, tous ces composants sont difficiles à remplacer. Certains composants du système, tels que les modules PV, peuvent être commutés de 12 V à des tensions plus élevées, d'autres - l'onduleur, le câblage et les commandes - sont conçus pour une tension spécifique et ne peuvent fonctionner que dans cette plage. Batterie La batterie stocke l'énergie générée par le module solaire. La batterie compense les périodes d'intempéries ou de surconsommation (stockage de moyenne durée).
Les plus couramment utilisées sont les batteries automobiles, qui sont abordables et disponibles partout dans le monde. Cependant, ils sont conçus pour transporter des courants importants pendant une courte période de temps. Ils ne supportent pas les longs cycles de charge-décharge typiques des systèmes solaires. L'industrie produit le soi-disant. cellules solaires qui répondent à ces exigences. Leur principale caractéristique est une faible sensibilité au fonctionnement cyclique. Malheureusement, seuls quelques pays en développement produisent de telles batteries, et celles importées sont trop chères en raison des frais d'expédition et des frais de douane. Dans une telle situation, vous pouvez utiliser des batteries de camion puissantes - c'est une option plus abordable, même si elles devront être changées plus souvent. Pour un grand système photovoltaïque, la capacité d'une batterie peut ne pas suffire. Ensuite, vous pouvez connecter plusieurs batteries en parallèle en connectant tous les pôles positifs et tous les pôles négatifs les uns aux autres. Pour la connexion, vous devez utiliser un fil de cuivre épais, de préférence pas plus de 30 cm.Lors de la charge, la batterie émet des gaz potentiellement explosifs. Par conséquent, vous devez vous méfier des flammes nues. Cependant, le dégazage est négligeable, surtout si un régulateur de charge est utilisé ; afin que le risque ne dépasse pas celui habituellement associé à l'utilisation d'une batterie dans une voiture. Pourtant, les batteries ont besoin d'une bonne ventilation. Par conséquent, ne les couvrez pas et cachez-les dans des boîtes. La capacité de la batterie est indiquée en ampères-heures. Par exemple, une batterie 100Ah, 12V peut stocker 1200Wh (12V x 100Ah). Cependant, la capacité dépend de la durée du processus de charge ou de décharge. La durée de recharge est indiquée par l'indice de capacité C, par exemple « C100 » pour 100 heures. Notez que les fabricants peuvent produire des batteries pour différentes périodes de base. Lorsque l'énergie est stockée dans une batterie, une certaine quantité est perdue pendant le stockage. Les batteries de voiture ont une efficacité d'environ 75 %, tandis que les cellules solaires sont légèrement meilleures. Une partie de la capacité de la batterie est perdue à chaque cycle de charge-décharge, jusqu'à ce qu'elle soit suffisamment réduite pour qu'elle doive être remplacée. Les batteries solaires durent plus longtemps que les batteries de voiture puissantes, qui durent 2-3 ans. Dimensionnement de la batterie Il est important que la taille de la batterie vous permette de stocker de l'énergie pendant au moins 4 jours. Imaginez un système qui consomme 2480 Wh par jour. En divisant ce chiffre par une tension de 12 volts, on obtient une consommation journalière de 206 Ah. Donc 4 jours de stockage équivalent à : 4 jours x 206 Ah par jour, soit 824 Ah. Si une batterie au plomb est utilisée, il faut ajouter 20 % à ce chiffre afin que la batterie ne soit jamais complètement déchargée. Cela signifie que la capacité de notre batterie au plomb idéale est de 989 Ah. Si une batterie cadmium-nickel ou fer-nickel est utilisée, la capacité supplémentaire de 20 % n'est pas nécessaire, car les piles alcalines ne sont pas endommagées par une décharge complète régulière. régulateur de charge La batterie ne durera plusieurs années que si elle est utilisée en conjonction avec un régulateur de charge de qualité qui protège la batterie contre les surcharges et les décharges profondes. Si la batterie est complètement chargée, le régulateur réduit le niveau de courant généré par le module solaire à une valeur qui compense la perte naturelle de charge. A l'inverse, le régulateur interrompt l'alimentation en énergie des appareils consommateurs lorsque la batterie est déchargée à un niveau critique. Ainsi, une coupure brutale de l'alimentation électrique peut ne pas être causée par une panne du système, mais le résultat de ce mécanisme de protection.
Les régulateurs de charge sont des appareils électroniques qui peuvent également souffrir de dysfonctionnements ou d'une mauvaise manipulation du système. Les modèles plus avancés sont équipés de fusibles pour éviter d'endommager le régulateur et les autres composants du système. Parmi eux se trouvent des fusibles contre les courts-circuits et l'inversion de polarité (lorsque les pôles +/- sont inversés), une diode de blocage qui empêche la batterie de se décharger la nuit. De nombreux modèles sont équipés de LED qui indiquent l'état de fonctionnement et les pannes du système. Dans certains modèles, même le niveau de la batterie est noté, bien qu'il soit très difficile à déterminer avec précision.
Инвертор L'onduleur convertit le courant continu basse tension en courant alternatif standard (120 ou 240 V, 50 ou 60 Hz). Les onduleurs vont de 250 watts (environ 300 $) à plus de 8000 6 watts (environ 000 XNUMX $). L'électricité produite par les onduleurs sinusoïdaux d'aujourd'hui est de meilleure qualité que celle fournie à votre domicile par le réseau électrique local.
Il existe également des onduleurs à onde sinusoïdale "modifiés" - ils ne sont pas aussi chers, mais ils conviennent à la plupart des tâches ménagères. Ils peuvent créer de légères interférences, du "bruit" dans les équipements électroniques et les téléphones. L'onduleur peut agir comme un "tampon" entre la maison et le réseau électrique, permettant de vendre l'excédent d'électricité au réseau public.
Câbles La meilleure façon d'éviter des pertes inutiles est d'utiliser les bons câbles électriques et de les connecter correctement aux appareils. Le câble doit être le plus court possible. Les fils reliant différents appareils doivent avoir une section d'au moins 1,6 mm2. Pour s'assurer que la chute de tension ne dépasse pas 3%, le câble entre le module solaire et la batterie doit avoir une section de 0,35mm2 (système 12V) ou 0,17mm2 (24V) par mètre par module. C'est-à-dire qu'un câble de 1 m pour deux modules ne doit pas être plus fin : 10 x 10 x 2 mm0,35 = 2 mm7. Étant donné qu'un câble de plus de 2 mm10 est difficile à manipuler et encore plus difficile à trouver, des pertes plus élevées doivent parfois être acceptées. Si une partie du câble passe à l'extérieur, elle doit être résistante aux intempéries. Sa résistance aux rayons ultraviolets est également très importante. Traqueurs solaires Les modules photovoltaïques fonctionnent mieux lorsque les cellules photovoltaïques sont perpendiculaires aux rayons du soleil. Le suivi du soleil peut entraîner une augmentation de 10 % de la production d'énergie annuelle en hiver et de 40 % en été par rapport à un module PV fixe. Le « suivi » est mis en œuvre en montant un module solaire sur une plate-forme mobile qui tourne derrière le Soleil. Tout d'abord, vous devez peser le bénéfice de l'énergie supplémentaire obtenue grâce au suivi du Soleil par rapport au coût d'installation et de maintenance d'un système de suivi. Les dispositifs de suivi ne sont pas bon marché. Dans de nombreux pays, il n'est pas économiquement judicieux d'installer un suivi solaire pour moins de huit panneaux solaires (par exemple, aux États-Unis). En utilisant huit modules photovoltaïques, nous obtiendrons plus de puissance si nous dépensons de l'argent pour augmenter le nombre de panneaux, et non pour une installation de suivi. Ce n'est qu'avec huit panneaux ou plus que le dispositif de suivi sera rentable. Il existe des exceptions à cette règle : par exemple, lorsque des panneaux photovoltaïques alimentent directement une pompe à eau, sans batterie, alors le suivi du Soleil est bénéfique pour deux ou plusieurs modules. Cela est dû à des spécifications techniques, telles que la tension maximale requise pour alimenter le moteur de la pompe. Les lampes En raison de leur rendement élevé et de leur longue durée de vie, les lampes à économie d'énergie sont recommandées pour une utilisation dans les systèmes photovoltaïques. Les lampes fluorescentes ou les nouvelles lampes fluorescentes compactes (LFC) sont applicables dans de nombreuses applications. L'ampoule fluocompacte de 18 watts remplace l'ampoule à incandescence traditionnelle de 100 watts. Si ces lampes sont alimentées par un système à courant continu, elles nécessitent un ballast électronique. La qualité du ballast peut être très différente, voire insatisfaisante. Un ballast de mauvaise qualité entraînera des coûts supplémentaires pour le remplacement constant des lampes. Le ballast doit être efficace, fournir un nombre élevé de démarrages, un allumage fiable à basse température et basse tension (10,5 V), ainsi qu'une protection contre les courts-circuits, les circuits ouverts, les inversions de polarité et les interférences radio. Bien que la plupart des lampes fluorescentes compactes fonctionnent uniquement avec du courant alternatif, certaines entreprises proposent de telles lampes alimentées en courant continu. Durée de vie et prix des composants Un facteur très important dans l'analyse économique est la durée de vie du système photovoltaïque. Les durées de vie des différents composants de l'alimentation solaire sont calculées sur la base de l'expérience acquise ces dernières années.
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