Coffret DC et AC
Les coffrets DC/AC courant continu et courant alternatif.
Schéma type pour boitiers de protection DC/AC d'une installation photovoltaïque avec revente totale de la production.
Deux options s'offrent à vous, la plus simple est d'acheter un coffret déjà assemblé et câblé ou d'assembler vous même les "modules".
Il est important d'étudier les caractéristiques techniques des coffrets et ne pas acheter n'importe quoi, afin que ceux-ci soient adaptés à votre champ de panneaux photovoltaïque.
Nota: Un parafoudre supplémentaire est recommandé si la distance entre vos panneaux solaires et l'onduleur est égale ou supérieure à 10 mètres.
Donc vérifiez que la boite de jonction qui permet le raccordement en parallèle des chaines de panneaux (qui doit être le plus prêt possible des panneaux) comporte bien un parafoudre, elle peut également contenir des fusibles pour chaque chaine de panneaux.
1) Partie courant continu (DC) jusqu'à l'onduleur.
2) Partie courant alternatif (AC) de l'onduleur jusqu'au réseau de distribution électrique.
Le dispositif de protection différentiel doit être de 30 mA
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Schéma type pour boitiers de protection DC/AC d'une installation photovoltaïque avec revente totale de la production.
Deux options s'offrent à vous, la plus simple est d'acheter un coffret déjà assemblé et câblé ou d'assembler vous même les "modules".
Il est important d'étudier les caractéristiques techniques des coffrets et ne pas acheter n'importe quoi, afin que ceux-ci soient adaptés à votre champ de panneaux photovoltaïque.
Nota: Un parafoudre supplémentaire est recommandé si la distance entre vos panneaux solaires et l'onduleur est égale ou supérieure à 10 mètres.
Donc vérifiez que la boite de jonction qui permet le raccordement en parallèle des chaines de panneaux (qui doit être le plus prêt possible des panneaux) comporte bien un parafoudre, elle peut également contenir des fusibles pour chaque chaine de panneaux.
1) Partie courant continu (DC) jusqu'à l'onduleur.
Cliquez les images pour agrandir.
2) Partie courant alternatif (AC) de l'onduleur jusqu'au réseau de distribution électrique.
Le dispositif de protection différentiel doit être de 30 mA
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Les deux coffrets doivent être au plus prêt de l'onduleur !
A noter qu'il existe des coffrets 2 en 1, les parties AC/DC réunies dans un seul coffret.
DC = Direct Current ou Courant Continu en Français ( CC)
AC = Alternating Current ou Courant Alternatif en Français (CA)
Illustrations réalisées avec le matériel de la marque ABB.
Installation photovoltaique pour site isole
Installation solaire autonome pour site isolé.
On entend par site isolé, une installation solaire complètement autonome et non raccordée au réseau de distribution d'électricité.
Soit il n'y a pas de raccordement possible parce que le réseau électrique est trop loin, comme un chalet à la montagne, soit parce que les besoins sont minimes comme par exemple faire fonctionner deux ou trois lampes dans un cabanon ou encore par choix personnel, l'envie d'être autonome à 100% sans passer par une régie de distribution électrique.
Quelque soit le choix d'installation il y a quelques questions à se poser pour dimensionner correctement son installation autonome:
1) L'installation en courant continu 12 V
C'est l'installation type pour une résidence secondaire et la moins onéreuse, il faut cependant que tout l'appareillage électrique fonctionne avec une tension de 12 V, ampoules, frigo, télévision...
Schéma type d'une installation pour une alimentation en 12 V.
Si le régulateur solaire est un MPPT les panneaux photovoltaïque ne doivent pas obligatoirement être en 12 V puisqu'il se cale sur la tension des batteries, donc des panneaux de plus de 12 V peuvent faire l'affaire, vérifier quand même la tension max d'entrée du régulateur.
Par contre si le régulateur solaire est un PWM (moins cher à l'achat) il faut impérativement que les panneaux solaire soient en 12 V de tension.
2) Installation en courant alternatif 220/230 V.
C'est l'installation qui permet l'utilisation des appareils ménager de tous les jours, pour ceux qui veulent s'affranchir des distributeurs d'électricité ou qui n'ont pas accès au réseau électrique pour leur résidence principale.
L'installation reste la même mais en ajoutant un onduleur qui va transformer le courant continu en courant alternatif 220/230 V utilisable sur les électro-ménagers les plus courants.
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On entend par site isolé, une installation solaire complètement autonome et non raccordée au réseau de distribution d'électricité.
Soit il n'y a pas de raccordement possible parce que le réseau électrique est trop loin, comme un chalet à la montagne, soit parce que les besoins sont minimes comme par exemple faire fonctionner deux ou trois lampes dans un cabanon ou encore par choix personnel, l'envie d'être autonome à 100% sans passer par une régie de distribution électrique.
Quelque soit le choix d'installation il y a quelques questions à se poser pour dimensionner correctement son installation autonome:
- Le site d'installation (pour l'ensoleillement).
- L'inclinaison des panneaux photovoltaïques.
- La consommation électrique quotidienne.
- La tension des appareils électrique ( courant continu 12 à 48 V alternatif 110 à 230 V).
- L'autonomie souhaitée pour la capacité des batteries.
1) L'installation en courant continu 12 V
C'est l'installation type pour une résidence secondaire et la moins onéreuse, il faut cependant que tout l'appareillage électrique fonctionne avec une tension de 12 V, ampoules, frigo, télévision...
Schéma type d'une installation pour une alimentation en 12 V.
Si le régulateur solaire est un MPPT les panneaux photovoltaïque ne doivent pas obligatoirement être en 12 V puisqu'il se cale sur la tension des batteries, donc des panneaux de plus de 12 V peuvent faire l'affaire, vérifier quand même la tension max d'entrée du régulateur.
Par contre si le régulateur solaire est un PWM (moins cher à l'achat) il faut impérativement que les panneaux solaire soient en 12 V de tension.
2) Installation en courant alternatif 220/230 V.
C'est l'installation qui permet l'utilisation des appareils ménager de tous les jours, pour ceux qui veulent s'affranchir des distributeurs d'électricité ou qui n'ont pas accès au réseau électrique pour leur résidence principale.
L'installation reste la même mais en ajoutant un onduleur qui va transformer le courant continu en courant alternatif 220/230 V utilisable sur les électro-ménagers les plus courants.
Pompes solaire pour jardin et irrigation
Pompe de surface ou pompe immergée?
En théorique la hauteur maximale d'aspiration d'une pompe de surface est de 10.33 m, mais en pratique c'est moins car une partie de la pression est nécessaire pour communiquer à l’eau la vitesse désirable, il faut également tenir compte des pertes de charge dans la conduite d’aspiration.
En conclusion si la profondeur de pompage excède 7 m à 7.50 m mieux vaut passer à la version immergée.
Nota: Le calcul pour les deux types de pompes reste cependant identique.
Débit et Hauteur Manométrique Totale (HMT)
Ces 2 données signifient la quantité d'eau d'exploitation et la hauteur à
laquelle la pompe devra refouler. Auxquels il faudra ajouter les pertes de charges et
la pression de refoulement dans la conduite.
HMT hauteur manométrique totale (mCE)
ha+hr hauteur d'aspiration + hauteur de refoulement (m)
J perte de charge fonction de la longueur du tuyau, des accessoires (vannes,coudes)
Pr pression résiduelle (mCE) pression à la sortie du tube de refoulement.
Exemple:
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En théorique la hauteur maximale d'aspiration d'une pompe de surface est de 10.33 m, mais en pratique c'est moins car une partie de la pression est nécessaire pour communiquer à l’eau la vitesse désirable, il faut également tenir compte des pertes de charge dans la conduite d’aspiration.
En conclusion si la profondeur de pompage excède 7 m à 7.50 m mieux vaut passer à la version immergée.
Nota: Le calcul pour les deux types de pompes reste cependant identique.
Débit et Hauteur Manométrique Totale (HMT)
Ces 2 données signifient la quantité d'eau d'exploitation et la hauteur à
laquelle la pompe devra refouler. Auxquels il faudra ajouter les pertes de charges et
la pression de refoulement dans la conduite.
- La formule donne :
HMT = (ha + hr ) + J + Pr
HMT hauteur manométrique totale (mCE)
ha+hr hauteur d'aspiration + hauteur de refoulement (m)
J perte de charge fonction de la longueur du tuyau, des accessoires (vannes,coudes)
Pr pression résiduelle (mCE) pression à la sortie du tube de refoulement.
Exemple:
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La pompe doit refouler l'eau à 50 m de profondeur et la refouler de 5 m supplémentaires dans le réservoir. La conduite utilisée a un diamètre intérieur de 40,8 mm (DN 50), la longueur totale de la conduite de refoulement est de 50 m et celle de la conduite d'aspiration est de 60 m, On désire une pression résiduelle de 1 bar.
Calcul de la HTM.
HMT = (50 + 5) + (110 × 3.5 %) + 10.33 + 10% ≅ 76 mCE
1 bar = 10.33 mCE dans les conditions normales de température et de pression.
3.5 % est le coefficient de pertes de charge par m de tuyau pour les conditions
énoncées (tuyau de DN 50, débit de 7m3/h).
3.5 % est le coefficient de pertes de charge par m de tuyau pour les conditions
énoncées (tuyau de DN 50, débit de 7m3/h).
Choisir la puissance de sa pompe solaire
Pour définir la puissance adéquate (dimensionner) d'une pompe, il faut connaître la HTM (se reporter au calcul de la HTM ) et sa consommation quotidienne.
Sur les graphiques des constructeurs le débit est donné en m3/h (mètre cube/heure).
Pour calculer votre débit instantané il suffit de diviser votre besoin quotidien en eau par la valeur de l'ensoleillement moyen, généralement donné en KWh/m2/jour.
Je vais reprendre l'exemple du calcul de la HTM qui était de 76 m, la consommation désirée et 30m3/jour. Pour est une ferme qui fonctionne au goutte à goutte située près de Marrakech au Maroc, l'irradiation locale est de 5.7 KWh/m².
Vous pouvez calculer la votre ici, irradiation locale
Débit quotidien / irradiation locale = 30 / 5.7 = 5.27
Il faut donc une pompe immergée capable de refouler à 76 mètres avec un débit de 5.27 m3/h
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Sur les graphiques des constructeurs le débit est donné en m3/h (mètre cube/heure).
Pour calculer votre débit instantané il suffit de diviser votre besoin quotidien en eau par la valeur de l'ensoleillement moyen, généralement donné en KWh/m2/jour.
Je vais reprendre l'exemple du calcul de la HTM qui était de 76 m, la consommation désirée et 30m3/jour. Pour est une ferme qui fonctionne au goutte à goutte située près de Marrakech au Maroc, l'irradiation locale est de 5.7 KWh/m².
Vous pouvez calculer la votre ici, irradiation locale
Débit quotidien / irradiation locale = 30 / 5.7 = 5.27
Il faut donc une pompe immergée capable de refouler à 76 mètres avec un débit de 5.27 m3/h
cliquez l'image pour l'agrandir
*J'ai pris Lorentz pour mon exemple parce qu'on peut trouver les fiches techniques de toutes ses pompes sur internet.
Dans la gamme PS4000 C, j'ai trouvé une pompe qui pourrait correspondre, la PS4000 C-SJ5-25
Attention, les fabricants donnent bien souvent des valeurs de tests pour leurs pompes qui ne sont pas valables pour la France, du 6 KWh/m2 c'est plus pour l'Afrique, ou alors tests effectués à 20° latitude nord ça doit correspondre en gros au Cameroun .
Prochain chapitre déterminer la puissance et le nombre de panneaux photovoltaïques pour faire fonctionner la pompe .
Dimensionner puissance panneaux et pompe
Dimensionner la puissance nécessaire.
Maintenant que nous avons déterminé la pompe adéquate, il reste à calculer la puissance nécessaire et donc le nombre de panneaux photovoltaique pour la faire fonctionner dans les conditions optimales.
La tension nécessaire est entre 168-192 V maximum, il faut donc brancher en série 6 panneaux, 6 x 30.12 = 180.72 V (un ensemble branché en série s'appelle un "string")
Ce string donne 6 x 250 W = 1 500 W donc trop peu pour la pompe qui à besoin de 2 650W, il suffit de brancher en PARALLÈLE un deuxième string ( un ensemble de 6 panneaux pour cet exemple) et ainsi obtenir 3 000 W
On peut voir le débit en fonction de la puissance 3 000W et d'après le graphique pour cette puissance on obtient 5.7 m3/h d'eau soit un peu plus des 30 m3/jour voulu.
Vérification mathématique:
Ensuite il faut diviser ce résultat par l'irradiation (5.7 dans cette exemple) à laquelle ont aura retiré 20% de pertes (chaleur, poussière...)
Il reste à déterminer les longueurs de câbles, tuyaux, support pour les panneaux photovoltaique, déterminer la meilleur inclinaison et les mettre à la terre, prévoir des para-surtenseurs contre les risques de foudre.
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Maintenant que nous avons déterminé la pompe adéquate, il reste à calculer la puissance nécessaire et donc le nombre de panneaux photovoltaique pour la faire fonctionner dans les conditions optimales.
- Déterminer la puissance nécessaire, dans ce cas il faudra environ Wp=2.65 KW
- Vérifier la tension nominale pour le fonctionnement du contrôleur/onduleur, ici 168-192 V DC
- Calculer le débit instantané à l’ensoleillement maxi à l’aide du graphique
donnant le débit en fonction de la puissance Wcc
La tension nécessaire est entre 168-192 V maximum, il faut donc brancher en série 6 panneaux, 6 x 30.12 = 180.72 V (un ensemble branché en série s'appelle un "string")
Ce string donne 6 x 250 W = 1 500 W donc trop peu pour la pompe qui à besoin de 2 650W, il suffit de brancher en PARALLÈLE un deuxième string ( un ensemble de 6 panneaux pour cet exemple) et ainsi obtenir 3 000 W
On peut voir le débit en fonction de la puissance 3 000W et d'après le graphique pour cette puissance on obtient 5.7 m3/h d'eau soit un peu plus des 30 m3/jour voulu.
Vérification mathématique:
CH x Q (m3/j) x HMT (m)
_____________________ = W/h
Rp
Rp
- CH = constante hydraulique (toujours égale à 2.725)
- Q = quantité d'eau en m3 par jour désirée(30 m3/jour ici)
- HMT = hauteur manométrique totale (dans cet exemple 76 m)
- Rp = rendement de la pompe et du moteur (voir fiche constructeur) ici 52%
_______________ = 11948 Watt/h
52%
Ensuite il faut diviser ce résultat par l'irradiation (5.7 dans cette exemple) à laquelle ont aura retiré 20% de pertes (chaleur, poussière...)
11948
_____________ = 2620 W/h
5.7 - 20%
On tombe pratiquement comme l'abaque du fabricant de pompe
Nota:
Il reste à déterminer les longueurs de câbles, tuyaux, support pour les panneaux photovoltaique, déterminer la meilleur inclinaison et les mettre à la terre, prévoir des para-surtenseurs contre les risques de foudre.
Diode bypass et hotspot
Fonctionnement des diodes bypass pour contrer un hot spot.
Caractéristiques d'un panneau (pris au hasard) pour illustrer l'article:
Tension en circuit ouvert (Voc) 21,6 V
Tension à puissance optimale (Vmp) 18 V
Courant de court-circuit (Isc) 4,88 A
Courant à puissance optimale (Imp) 4,44 A
Puissance maximale (Pmax) 80 Wp
1) Fonctionnement dans des conditions optimales.
D'après ce schéma les cellules reliées en série ont une tension de 18 V, le courant à puissance optimale (Imp) est de 4,44 A ce qui donne en puissance 18 V x 4.44 A = 79.92 W (arrondi a 80 W).
2) Fonctionnement avec un masque (ombre sur le panneau).
Sur ce panneau avec une seule cellule ombragée, il y a une perte générale de puissance par sous irradiation de la cellule en question, ce qui signifie une diminution de courant (intensité) de la cellule ombragée.
Comme nous savons que c'est l'intensité la plus faible qui prime sur toutes les autres, c'est une perte de puissance générale. P= UxI
Nous avions un courant à puissance optimale (Imp) de 4,44 A, si cette cellule descend par exemple à 2 A, nous obtiendrons en puissance 2 x 18 V soit 36 W.
La cellule ombragée bloquera l'intensité Imp traversant toutes les autres cellules, la tension à ses bornes augmente d’où apparition d’une surchauffe et le risque d'endommagement de la cellule et du panneau.
La cellule ira vers:
3) Fonctionnement avec diodes bypass.
Les diodes sont dans un boitier au dos des panneaux, il peut y en avoir de 2 jusqu'à 5 suivant les fabricants et le nombre de cellules, elles englobent une série ou plusieurs séries de cellules.
Leur fonctionnement consiste à isoler et donc à ne plus laisser passer le courant dans la série de cellules ombragées.
Dans ce cas de figure la diode bypass isole le sous réseau ombragé et le reste des cellules fournissent leur pleine puissance sans qu'il y ait le phénomène hot-spot.
Champ de panneaux solaire.
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Un panneau solaire est composé d' un branchement de cellules photovoltaïques en série.
comme dans tout branchement en série c'est la tension V qui s'additionne, l'intensité A ne bouge pas en sachant que c'est l'intensité la plus basse du branchement en série qui compte.
Caractéristiques d'un panneau (pris au hasard) pour illustrer l'article:
Tension en circuit ouvert (Voc) 21,6 V
Tension à puissance optimale (Vmp) 18 V
Courant de court-circuit (Isc) 4,88 A
Courant à puissance optimale (Imp) 4,44 A
Puissance maximale (Pmax) 80 Wp
1) Fonctionnement dans des conditions optimales.
2) Fonctionnement avec un masque (ombre sur le panneau).
Sur ce panneau avec une seule cellule ombragée, il y a une perte générale de puissance par sous irradiation de la cellule en question, ce qui signifie une diminution de courant (intensité) de la cellule ombragée.
Comme nous savons que c'est l'intensité la plus faible qui prime sur toutes les autres, c'est une perte de puissance générale. P= UxI
Nous avions un courant à puissance optimale (Imp) de 4,44 A, si cette cellule descend par exemple à 2 A, nous obtiendrons en puissance 2 x 18 V soit 36 W.
La cellule ombragée bloquera l'intensité Imp traversant toutes les autres cellules, la tension à ses bornes augmente d’où apparition d’une surchauffe et le risque d'endommagement de la cellule et du panneau.
La cellule ira vers:
- Vpm = Voc
3) Fonctionnement avec diodes bypass.
Les diodes sont dans un boitier au dos des panneaux, il peut y en avoir de 2 jusqu'à 5 suivant les fabricants et le nombre de cellules, elles englobent une série ou plusieurs séries de cellules.
Leur fonctionnement consiste à isoler et donc à ne plus laisser passer le courant dans la série de cellules ombragées.
Dans ce cas de figure la diode bypass isole le sous réseau ombragé et le reste des cellules fournissent leur pleine puissance sans qu'il y ait le phénomène hot-spot.
Champ de panneaux solaire.
Alors que les diodes bypass sont utilisée à l'intérieur d'un module pour compenser l'effet d'autopolarisation inverse , le même phénomène peut être observé, entre les modules eux-même, lorsque un champ est constitué de modules en strings parallèles.
Les diodes de blocage évitent que le flux de courant soit inversé entre les strings de panneaux reliés en parallèle, quand il y a un ombrage sur l'un d'entre eux.
Système sur site isolé
Les diodes de blocage empêchent le déchargement de la batterie à travers les panneaux photovoltaïques en l'absence de lumière solaire.
