Comment calculer le système de production d'énergie par panneaux solaires ?

Concevoir un système de production d’énergie solaire ne consiste pas seulement à rassembler des composants ; il s’agit de créer une configuration équilibrée et efficace qui répond à vos besoins énergétiques spécifiques. Ce guide vous guide à travers les étapes clés, vous assurant une compréhension complète de chaque aspect.

1. Sélection des composants du système solaire photovoltaïque

Calcul de la puissance des panneaux solaires :

L’énergie générée par les panneaux solaires est l’épine dorsale de votre système. Pour vous assurer de produire suffisamment d’électricité, vous devez calculer la puissance requise des panneaux solaires (Po). La formule de ce calcul est :

Où :

P (puissance de charge) : la consommation électrique totale de tous les appareils connectés (en watts). Cela inclut les appareils tels que les lampes, les réfrigérateurs et les climatiseurs.

t (temps d'utilisation) : la durée de fonctionnement quotidienne de ces appareils (en heures).

n1 (efficacité) : efficacité de conversion du système, généralement d'environ 85 %. Cela tient compte des pertes d'énergie lors de la conversion du courant continu au courant alternatif.

T (heures d'ensoleillement) : le nombre moyen d'heures d'ensoleillement maximal dans votre région. Ce facteur est crucial car il varie considérablement selon la géographie.

Q (facteur météorologique) : un facteur permettant de tenir compte des conditions météorologiques moins qu'idéales, comme les jours nuageux ou pluvieux. Il se situe généralement entre 1,2 et 2, selon le climat.

Pourquoi c'est important : un calcul précis de la puissance des panneaux solaires est crucial. Une sous-estimation peut entraîner une production d'énergie insuffisante, tandis qu'une surestimation peut augmenter les coûts inutilement. Dans les régions où la météo est imprévisible, le choix d'une valeur Q plus élevée garantit la fiabilité.

Exemple : si vous êtes à Guangzhou, en Chine, et que votre charge quotidienne est de 5 kW avec 4 heures de fonctionnement, et que vous choisissez un facteur Q de 1,5, vous aurez besoin d’environ 9 437 W de panneaux solaires pour assurer une production d’énergie constante.

2. Calcul de la capacité de la batterie

La batterie est le cœur de votre système solaire, stockant l’énergie pour l’utiliser lorsque le soleil ne brille pas. Le calcul de la capacité correcte de la batterie (C) implique :

Where:

C (Capacity): The required battery capacity in ampere-hours (Ah).

V (Voltage): The system’s voltage, often 12V, 24V, or 48V, depending on your setup.

K (Discharge Coefficient): Reflects the depth of discharge, battery efficiency, and environmental factors. Typically ranges from 0.4 to 0.7. Higher values mean deeper discharges and smaller batteries, but at the cost of battery life.

Key Insight: The choice of battery capacity is a balance between cost and reliability. While larger batteries offer more backup during bad weather, they increase the system’s cost. It’s important to find a middle ground based on your specific needs and budget.

Example: For a system with a 5kW load and a single day of cloudy weather, you might calculate a need for a battery capacity of around 200Ah at 48V, assuming a discharge coefficient of 0.5 and an inverter efficiency of 0.9.

3. Sélection du contrôleur de charge solaire

Le contrôleur de charge solaire régule la tension et le courant des panneaux solaires vers les batteries, évitant ainsi toute surcharge. Pour sélectionner le bon contrôleur :

Où :

Io (courant du contrôleur) : le courant nominal requis pour le contrôleur (en ampères).

V (tension) : la tension du système, correspondant à la tension de la batterie.

Élément important à prendre en compte : dans les régions à haute altitude, l'intensité de la lumière du soleil peut être plus élevée, dépassant potentiellement la capacité du contrôleur. Dans de tels cas, il est judicieux de sélectionner un contrôleur avec un courant nominal plus élevé pour garantir une durabilité à long terme.

Conseil d'intégration : les systèmes modernes combinent souvent le contrôleur de charge avec l'onduleur, ce qui simplifie le processus d'installation. Cependant, assurez-vous que l'unité combinée répond à tous vos besoins en énergie.

4. Sélection de l'onduleur

L'onduleur convertit le courant continu des panneaux solaires ou des batteries en courant alternatif pour les appareils électroménagers. Une sélection appropriée de l'onduleur (Pn) implique :

Où :

Pn (capacité de l'onduleur) : capacité de l'onduleur en VA.

CosX (facteur de puissance) : généralement autour de 0,8, reflétant l'efficacité de la conversion de puissance CA.

Q (marge de sécurité) : facteur permettant de prendre en compte les surtensions au démarrage, en particulier avec des charges inductives telles que des moteurs et des compresseurs. Cette valeur se situe généralement entre 1,1 et 1,3.

Pourquoi c'est crucial : le choix d'un onduleur avec une capacité insuffisante peut entraîner des défaillances du système, en particulier lorsqu'il s'agit de charges inductives telles que des climatiseurs ou des pompes. Prévoyez toujours une marge de sécurité pour faire face à ces surtensions.

Exemple : pour un climatiseur de 1,3 kW, en tenant compte d'une surtension 3x pour la charge inductive et d'une marge de sécurité de 1,1, la capacité requise de l'onduleur serait d'environ 5,36 kW.

5. Configuration du système

En réunissant tous ces calculs, vous pouvez configurer un système qui répond à vos besoins spécifiques.

Exemple de configuration :

Emplacement : Abuja, avec une moyenne de 5,45 heures d'ensoleillement par jour.

Puissance de charge totale : 1 965 W, y compris une charge inductive (climatiseur).

Stockage d'énergie : 15 635 Wh, suffisant pour au moins une journée de secours.

Type de système : Hors réseau, sans dépendance à des sources d'alimentation externes comme un générateur ou le réseau.

Type de batterie : Lithium-ion, privilégié pour sa longue durée de vie et ses capacités de décharge profonde.

Aperçu pratique : Cette configuration est idéale pour les emplacements avec un ensoleillement constant et une infrastructure minimale, garantissant une alimentation électrique fiable même pendant les périodes nuageuses.

6. Schéma de câblage du système

La dernière étape consiste à créer un schéma de câblage détaillé. Celui-ci doit clairement montrer les connexions entre les panneaux solaires, les batteries, l'onduleur, le contrôleur de charge et les charges. Un schéma de câblage bien dessiné est essentiel pour l'installation et la maintenance du système, garantissant que tous les composants sont correctement connectés et protégés.

Pourquoi c'est important : Un schéma de câblage clair minimise les erreurs d'installation qui peuvent entraîner des inefficacités du système, voire des pannes. Il sert également de référence précieuse pour le dépannage et les futures mises à niveau.

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