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elektor – publitronic
Production électrique photovoltaïque en site isolé
(dossier pédagogique destiné aux enseignants)
Objectifs :
•
S’INFORMER des différentes structures de générateurs photovoltaïques isolés et
ANALYSER les schémas types en précisant le rôle des différents constituants
•
S’INFORMER des technologies des batteries de stockage et JUSTIFIER les associations
possibles argumentées par des calculs d’électrotechnique
•
DIMENSIONNER et CHOISIR les constituants d’un site de production isolé (panneaux
photovoltaïques, batteries, régulateur de charge, onduleur, câbles)
•
CHOISIR et JUSTIFIER les moyens de protection à mettre en oeuvre (foudre, personnes,
matériels)
•
S’INFORMER des aspects administratifs et financiers pour concrétiser un projet domestique.
Élèves et filières concernés :
•
Elèves des formations de niveau 4 des filières de l’électrotechnique et de l’électronique
(baccalauréats technologiques et professionnels).
Supports didactiques recommandés :
•
Ouvrage de la collection Technique Pratique : « Comprendre et dimensionner les installations domestiques à énergies renouvelables » (www.elektor.fr/e-choppe)
•
Diaporama « Production électrique photovoltaïque en site isolé » téléchargeable en ligne
sur www.elektor.fr/NRJ
Évaluation (questionnaire) :
E1 – DESIGNER les trois matériels qui constituent la structure d’une installation domestique de
production électrique photovoltaïque en site isolé de faible puissance (inférieure à 200 W) :
E2 – Dans le cadre de centrales photovoltaïques isolées de moyenne puissance (de 1 à 5 kW),
quels générateurs autres que les panneaux photovoltaïques peuvent assurer la charge des batteries et l’alimentation de l’onduleur raccordé aux récepteurs 230 V ?
© - elektor – publitronic
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Évaluation (questionnaire – suite) :
E3 – Dans le cadre d’installations hybrides, les constructeurs proposent des kits qui facilitent le raccordement des matériels et l’exploitation d’une centrale isolée. Ainsi, le constructeur SMART
POWERSYSTEMS INTERNATIONAL GmbH propose un produit désigné SMART 1000 dont la mise
en œuvre repose sur la structure est la suivante :
RÉDIGER un commentaire explicatif qui justifie l’organisation du schéma ci-dessus :
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Évaluation (questionnaire – suite) :
E4 – Le constructeur Enersol propose des batteries et des éléments de batteries qui se caractérisent par leur tension nominale et leur capacité nominale (se reporter à l’information technique ciaprès).
41 – DÉFINIR le nombre et le mode de raccordement des éléments de 2 V pour composer un parc de
batteries dont les caractéristiques nominales doivent être : 24 V – 900 Ah :
42 – Le parc de batteries précité est raccordé à un onduleur STUDER C2324 dont la sortie 230 V alimente une installation dont la consommation électrique journalière est de 2 kWh. CALCULER en heures
l’autonomie de l’installation si l’on considère un taux maximal de décharge des batteries de 80 % :
NOTA : rendement de l’onduleur : 95 %.
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Évaluation (corrigé du questionnaire – suite) :
E5 :
51 – CALCULER la puissance maximale demandée par l’installation en tenant compte des récepteurs qui peuvent fonctionner simultanément :
Puissance maximale = somme des puissances des différents récepteurs
= 90 + 100 + 180 + 700 + 800
= 1 870 W
52 – CALCULER l’énergie électrique demandée par l’installation sur une durée de 24 heures et en
DÉDUIRE l’énergie électrique moyenne consommée par heure :
Énergie journalière globale = somme des énergies journalières des différents récepteurs
W globale = (90 x 8) + (100 x 1) + (180 x 4) + (700 x 0,33) + (800 x 0,25) = 1 971 Wh
= 1,97 kWh
Energie moyenne par heure = énergie journalière globale / 24
= 1 971 / 24 = 82,1 Wh
53 – CHOISIR l’onduleur chargeur STUDER de la gamme Compact qui répond aux besoins de l’installation (se reporter à la ressource documentaire qui figure à la page suivante) et en DÉDUIRE la
tension des panneaux photovoltaïques et des batteries à associer à l’onduleur :
Le modèle retenu est l’onduleur chargeur C 2324 dont la puissance nominale de 2 300 VA est
supérieure à la puissance maximale de 1 870 W demandée par l’installation. De plus, cet onduleur
chargeur sera associé à des panneaux photovoltaïques et à des batteries de 24 V CC.
54 – DÉTERMINER la puissance des panneaux photovoltaïques si on considère que ceux-ci seront
positionnés sur un châssis orienté vers le sud et dont l’inclinaison est fixée à 60° pendant la période
hivernale :
Puissance des panneaux = Energie journalière / (irradiation solaire minimale x rendement)
P panneaux = 1,97 / (1,31 x 0,65) = 2,31 kW
55 – CALCULER la capacité de la batterie pour répondre aux besoins de l’installation lors du mois
le plus critique (décembre) et en DÉDUIRE la composition du parc de batteries par usage d’éléments de 2 V du constructeur Enersol (voir évaluation précédente E4) :
NOTA : On admettra un taux de décharge maximal de 80 %.
Capacité des batteries :
C (Ah) = (1 971 x 5) / (0,8 x 0,95 x 24) = 540 Ah
Le parc de batteries sera composé de 12 éléments de 2 V Enersol T 550 d’une capacité unitaire de 542
Ah raccordés en série pour une durée de décharge de 120 heures.
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