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Exemple simple de dimensionnement du champ PV d'une installation photovoltaïque autonome

Soit un petit abri de jardin, situé aux alentours de Rennes, dont les équipements électriques sont uniquement constitués de 4 ampoules à technologie LED d’une puissance électrique de 6 W chacune, soit une puissance totale de 24 W. On souhaite mettre en œuvre une installation photovoltaïque autonome permettant d’alimenter le système d’éclairage.

Les modules photovoltaïques seront implantés sur la toiture de l’abri de jardin. La toiture est orienté 15°EST et incliné à 20°.



Calcul de l'énergie journalière consommée EBesoins


L'énergie journalière consommée (kWh/jour) se calcule simplement en multipliant la puissance électrique par la durée d'utilisation des équipements électriques. Dans cet exemple, il s'agit uniquement de l'éclairage. Or la durée journalière d'éclairage varie en fonction des saisons et nous pouvons dresser le tableau suivant :
Période de l'année Durée d'éclairage Energie journalière consommée
Novembre → Janvier 8 h/jour EBesoins = 0.192 kWh/jour
Février → Avril 6 h/jour EBesoins = 0.144 kWh/jour
Mai → Juillet 4 h/jour EBesoins = 0.096 kWh/jour
Août → Octobre 6 h/jour EBesoins = 0.144 kWh/jour
(1) L'énergie d'appoint est déterminée en calculant dans un 1er temps l'énergie produite par le champ photovoltaïque de 2.2 kWc par la formule EElec=(Pc × Ei × PR)/Pi. La différence avec les besoins (ici 5.05 kWh/jour) représente alors l'énergie d'appoint.
(2) Ratio : 9.7 kWh/litres, rendement de conversion électrique : 90%
(3) Ratio : 1.5 € TTC/litres


Détermination de l'irradiation solaire journalière Ei


L’installation est située aux alentours de Rennes. Les données d’irradiation solaire, issue du site de l’INES, nous indique les chiffres suivants :

Données d’irradiation solaire à Rennes
Données d’irradiation solaire à Rennes (inclinaison 20°, orientation : 15° Est), d’après le site http://ines.solaire.free.fr/gisesol_1.php


Calcul du ratio de performance PR


Comme les modules seront posés en surimposition, nous considérons que le champ photovoltaïque sera normalement ventilé. Par ailleurs, le régulateur ne disposera pas de MPPT.

Ainsi, nous évaluons le ratio performance PR = 0.65.

Calcul de la puissance crête nécessaire


Nous pouvons à présent appliquer la formule permettant de calculer la puissance crête nécessaire, mois par mois :

Formule de calcul de la puissance crête photovoltaïque en site isolé


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


On constate qu'une puissance crête de 70 Wc est suffisante pour assurer les besoins électriques pendant les mois de mars à septembre. Par contre, durant le mois de décembre, la puissance crête nécessaire est de 320 Wc.

En conclusion, compte-tenu des faibles puissances calculées, il convient de mettre en place un champ photovoltaïque de 320 Wc qui permettra de couvrir 100 % des besoins électriques tout-au-long de l'année. Cela représente un seul module photovoltaïque.

Changements de paramètres


Le lecteur pourra se familiariser avec la formule de calcul du champ photovoltaïque en changeant la localisation géographique ou bien en modifiant la technologie de l'éclairage.

Par exemple, considérons que l'éclairage n'est plus assuré par des ampoules LED mais par des lampes fluo compactes classiques. Nous rappelons ci-après les équivalences en terme de puissance des différentes technologie d'éclairage :
Technologie d’éclairage Puissance électrique Economie d’énergie*
Incandescent 80 W + 567 %
Fluorescent classique 12 W 0 %
Fluorescent haute performance 9 W - 25%
LED 6 W -50%
*Nous considérons qu’en 2013, l’éclairage classique réglementaire correspond à la technologie fluorescente classique (tube fluorescent T8)
Ainsi, en remplaçant les ampoules LED de 6 W par 4 lampes fluo compactes de 12 W, on a multiplié par 2 les besoins électriques. Par conséquent, la puissance crête nécessaire a également été multipliée par 2. Il conviendrait donc de mettre en place un champ photovoltaïque de 640 Wc.

D'un point de vue économique, les lampes fluo compactes sont moins chère que les ampoules LED (à hauteur de 6 € par ampoule), mais le doublement de la puissance crête induit un coût supplémentaire de près de 600 €. Par conséquent, il apparaît clairement qu'il convient de privilégier les ampoules LED aux lampes fluo compactes. De façon générale, il est conseillé de toujours choisir des appareils électriques sobres en énergie.