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Application de la formule de calcul de la puissance crête PV

Rappelons la formule de calcul de la puissance crête d'une installation photovoltaïque autonome :

Formule de calcul de la puissance crête d'une installation photovoltaïque autonome




=> Que vaut PR ?
PR est le ratio de performance présenté dans le chapitre XX. On pourra utiliser les valeurs ci-dessous :
Modules très peu ventilés Modules peu ventilés Modules ventilés Modules bien ventilés
Ratio de performance PR Absence du MPPT 0.55 0.60 0.65 0.70
Présence du MPPT 0.60 0.65 0.70 0.75
Valeur du Ratio de Performance PR en fonction de la ventilation des modules


=> Que vaut EBesoin ?
EBesoin est l’énergie journalière consommée par les appareils électriques, exprimée en kWh/jour. La méthodologie permettant de calculer ce paramètre est indiquée dans le chapitre Définition du besoin électrique.

=> Que vaut Ei ?
Ei est l'irradiation solaire journalière, exprimée en kWh/m²/jour, reçue par le champ photovoltaïque. Celle-ci dépend du lieu géographique mais doit également prendre en compte l’orientation et l’inclinaison du champ photovoltaïque. Pour cela, il est nécessaire de se procurer les données d’irradiation solaire du site en question. Nous conseillons au lecteur soucieux de mettre en application les calculs présentés dans cette partie de se référer au site internet de l’Institut National de l’Energie Solaire (INES) à l’adresse suivante : http://ines.solaire.free.fr/gisesol_1.php.



Fluctuations de l'énergie solaire et des besoins L'exploitation de cette formule vis-à-vis du dimensionnement du champ photovoltaïque reste délicate.

En effet, l’énergie électrique journalière produite par le champ photovoltaïque fluctue au gré des saisons. De même, l'énergie journalière consommée par les appareils électriques varie en fonction de la période de l'année.

De ce fait, la puissance crête calculée par le règle mentionné précédemment, varie également au cours de l'année.















A titre d'exemple, considérons un site à Reims présentant une consommation journalière standard et une irradiation solaire journalière définies comme ci-dessous :

Evolution de l'énergie journalière consommée EBesoin, kWh/jour Evolution de l'irradiation solaire journalière Ei, en kWh/m²/jour (localisation : Reims)
A gauche : Evolution de l'énergie journalière consommée EBesoin, kWh/jour
A droite : Evolution de l'irradiation solaire journalière Ei, en kWh/m²/jour (localisation : Reims)


Si nous calculons la puissance crête nécessaire au bon fonctionnement de l'installation, mois par mois, nous obtenons le graphique suivant :

Evolution de le puissance crête nécessaire au bon fonctionnement de l'installation, en kWc
Evolution de le puissance crête nécessaire au bon fonctionnement de l'installation, en kWc


Sur cet exemple, on constate qu'une puissance crête de 1 kWc est suffisante pour assurer les besoins électriques pendant les mois d'été (mai, juin, juillet, août).

Par contre, durant le mois de décembre (mois pendant lequel les besoins électriques sont les plus importants et le gisement solaire est le plus faible), la puissance crête nécessaire est de l'ordre de 16 kWc.

Ainsi, si nous souhaitons couvrir 100% des besoins électriques quelque soit le mois de l'année, il conviendrait de se placer dans le cas le plus défavorable, c'est-à-dire mettre en place un champ photovoltaïque de 16 kWc. Mais cela pose un problème d'efficience, car une telle puissance est surdimensionnée pendant les autres mois de l'année. En d'autres mots, on surinvestit de l'argent.

On se trouve alors dans le cadre d'un dilemme cornélien entre d'une part, réduire le coût relatif au modules photovoltaïques, et d'autre part, couvrir la totalité des besoins électriques.

La source du problème provient du fait qu'on consomme plus pendant les périodes où l'irradiation solaire est la plus faible, généralement en hiver. De ce fait, en été, on se retrouve avec 4 jusqu'à 16 fois trop de puissance crête installée.

Quels sont les leviers d'action ?

1) Réduire la disparité des besoins entre l'hiver et l'été


L'idéal serait que les besoins électriques suivent la même courbe que l'irradiation solaire : consommer plus en été qu'en hiver. Cela semble difficile car c'est bien en hiver qu'on consomme le plus. On peut néanmoins mentionner les règles de bonne conception suivantes :
  • Le chauffage est un poste de consommation important en hiver, qu'on ne retrouve pas en été. Ainsi, il convient de privilégier un mode de chauffage sans recours à l'électricité photovoltaïque (par exemple au fioul, au gaz, ou au bois).
  • L'éclairage représente également une consommation plus importante en hiver qu'en été. Il est donc important de choisir une technologie la moins énergivore possible. En ce sens, la technologie des Diodes Electroluminescente (DEL ou LED en anglais) est la plus adaptée.


2) Ajout d'une source d'énergie d'appoint


Il est possible de coupler le champ photovoltaïque à une source d'énergie d'appoint, tel qu'un groupe électrogène.

En reprenant l'exemple précédent, avec une puissance de 5 kWc, les besoins électriques sont totalement couverts pendant la période allant de mars à octobre.

Pour les autres mois de l'année (novembre → février), le champ photovoltaïque de 5 kWc ne suffit pas. C'est là que l'appoint par le groupe électrogène intervient.

Nous calculons alors que le groupe électrogène devra fournir l'énergie d'appoint suivante :
Mois Energie d'appoint (1)(kWh/jour) Carburant Litres/mois (2) € TTC/mois (3)
Janvier 4.2 kWh/jour 14.9 litres/mois
22 €/mois
Février 1.3 kWh/jour 5 litres/mois
7.5 €/mois
Novembre 3.1 kWh/jour 11 litres/mois
16.5 €/mois
Décembre 4.8 kWh/jour 17 litres/mois
25.5 €/mois
(1) L'énergie d'appoint est déterminée en calculant dans un 1er temps l'énergie produite par le champ photovoltaïque de 5 kWc par la formule EElec=(Pc × Ei × PR)/Pi. La différence avec les besoins représente alors l'énergie d'appoint.
(2) Ratio : 9.7 kWh/litres, rendement de conversion électrique : 90%
(3) Ratio : 1.5 € TTC/litres


Un groupe électrogène de 3 kW ou 5 kW (en fonction des équipements électriques présents) serait suffisant, ce qui représente un investissement de l'ordre de 2 000 €. Egalement, la présence du groupe électrogène induit un surcout de carburant d'environ 70 € par an. Néanmoins, cela nous a permis de baisser la puissance du champ photovoltaïque de 16 kWc à 5 kWc, soit une économie de près de 16 000 €.