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Calcul de la puissance crête d'une installation photovoltaïque autonome



Dans une installation photovoltaïque autonome, la seule source d’énergie disponible est le champ photovoltaïque.

Ainsi, pour calculer la puissance crête du champ photovoltaïque, la première condition nécessaire à satisfaire est la suivante :

L’énergie électrique journalière produite par le champ photovoltaïque doit être au minimum égale à l’énergie journalière consommée par les équipements électriques. (1)


Il est à noter que l’énergie électrique journalière produite par le champ photovoltaïque varie au cours de l’année. En effet, en hiver les jours étant plus courts, l’énergie produite par les modules photovoltaïques est moins importante qu’en été (où les jours sont plus longs), ainsi qu'illustré sur le graphe suivant :

Variation de l'irradiation solaire au cours de l'année
Variation de l'irradiation solaire au cours de l'année


Il est également à noter que l’énergie journalière consommée par les équipements électriques varie aussi selon les jours de l’année. En effet, en hiver, les nuits étant plus longues, la consommation électrique d’éclairage est plus importante qu’en été.



Par conséquent, on est en droit de se poser la question suivante : quelles "énergies" doit-on considérer afin de respecter la condition (1) précédente ?

Il convient de considérer le cas le plus défavorable, c’est-à-dire :
  • Concernant l’énergie électrique journalière produite par le champ photovoltaïque, celle-ci correspond à l'énergie solaire journalière la plus faible de l’année diminuée du rendement de l'installation photovoltaïque. On notera Ei,Min l'énergie solaire journalière la plus faible de l’année, exprimée en kWh/m²/jour.
  • Concernant l’énergie journalière consommée par les équipements électriques, celle-ci correspond à l'énergie journalière électrique consommée la plus importante de l’année. On la notera EC,Max, exprimée en kWh/Jour
Or, la production électrique potentielle d'une installation photovoltaïque autonome s'écrit de la façon suivante :

Formule donnant la production électrique d'une installation photovoltaïque


avec :
  • EELEC est l’énergie électrique journalière potentiellement produite par l’installation photovoltaïque, exprimée en kWh/jour.
  • PC est la puissance crête du champ photovoltaïque.
  • Pi est la puissance radiative dans les conditions standard de test (conditions STC), exprimée en kW/m². Donc, Pi = 1 kW/m².
  • Ei est l’irradiation solaire journalière reçue par une surface unitaire (1 m²) du champ photovoltaïque, en prenant en compte l’orientation et l’inclinaison de celui-ci.
  • PR est le ratio de performance de l’installation photovoltaïque.


Notre but étant de calculer la puissance crête PC de l’installation photovoltaïque, exprimons PC en fonction des autres paramètres :

Formule donnant la production électrique d'une installation photovoltaïque


Ainsi qu’expliqué précédemment, dans le cadre du calcul de la puissance crête PC, il convient de se placer dans la cas le plus défavorable. Il convient donc de remplacer EELEC par EC,Max (énergie électrique consommée en 1 journée la plus importante de l’année), et Ei par Ei,Min (énergie solaire journalière la plus faible de l’année) :

Formule donnant la puissance crête d'une installation photovoltaïque autonome


La formule ci-dessus permet donc de dimensionner le champ photovoltaïque d'une installation photovoltaïque autonome. Il est cepdant nécessaire de connaître la valeur des paramètres PR, EElec, Max et Ei, Min.

Que vaut PR ?

PR est le ratio de performance (Plus de détails sur le ratio de performance PR). On pourra utiliser les valeurs ci-dessous :
  • Le coefficient de température de la puissance KT(P) est semblable d’un module à un autre (ordre de grandeur : -0.4 %/°C).
  • Le rendement de charge des batteries peut être pris égal à 80 %.
  • Le rendement du régulateur est estimé à 95 %.
  • Le rendement de l’onduleur est semblable d’un onduleur à un autre (ordre de grandeur : 95%).
  • La chute de tension dans les câbles est limitée à 3%.
  • Les autres pertes diverses sont semblables d’une installation à une autre (ordre de grandeur : 2 %).
Le seul paramètre vraiment variable est le mode d’intégration. Ainsi, nous pouvons dresser un tableau général récapitulatif de la valeur du ratio de performance ratio, en fonction du mode d’intégration seulement :
Modules très peu ventilés Modules peu ventilés Modules ventilés Modules bien ventilés
Ratio de performance PR 0.55 0.60 0.65 0.70
Valeur du Ratio de Performance PR d'une installation photovoltaïque autonome en fonction de la ventilation des modules

Que vaut EElec, Max ?

La valeur de EElec, Max doit être évaluée en fonction du nombre d’équipements électriques, de leur consommation et de la durée d’usage par jour. La détermination de EElec, Max est d’autant plus fastidieuse que le nombre d’équipement est important.

Que vaut Ei, Min ?

Ei, Min est l’énergie solaire journalière la plus faible de l’année. 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.
Comment obtenir la valeur de Ei, Min sur le site de l'INES ?

Dans un premier temps, il convient de se rendre sur la page internet en question : http://ines.solaire.free.fr/gisesol_1.php

La page qui apparaît est la suivante :

L’INES met à disposition gratuitement les données d’irradiation solaire en France.


Les 3 listes déroulantes indiquées ci-dessous permettent de choisir le lieu géographique, l’inclinaison et l’orientation du champ photovoltaïque :

Les 3 listes déroulantes indiquées  permettent de choisir le lieu géographique, l’inclinaison et l’orientation du champ photovoltaïque


L’albedo du sol peut également être pris en compte ( Cliquer ici pour plus de précisions sur l’albedo) :

L’albedo du sol peut également être pris en compte.


Puis, nous cliquons simplement sur le bouton afin de lancer les calculs, ainsi qu’illustré ci-dessous :

Puis, nous cliquons simplement sur le bouton afin de lancer les calculs


Les résultats sont alors indiqués dans le deuxième tableau. Ce qui nous intéresse est l’irradiation totale journalière reçue par le champ photovoltaïque, en kWh/m²/jour. Cette donnée est fournie dans la dernière ligne du deuxième tableau, pour chacun des 12 mois de l’année :

Ce qui nous intéresse est l’irradiation totale journalière reçue par le champ photovoltaïque, en kWh/m²/jour.


Il convient ensuite d’identifier le mois de l’année correspondant à l’irradiation minimale. Dans l’exemple traité içi, il s’agit du mois de décembre avec une irradiation journalière de 0.72 kWh/m²/jour. Ainsi, dans le cadre du calcul de la puissance crête, Ei, Min = 0.72 kWh/m²/jour :

Il convient ensuite d’identifier le mois de l’année correspondant à l’irradiation minimale