Donnees Alimentation Photovoltaique

Electriciens sans frontières

Délégation Pays de la Loire

1 bis rue Mellier

44100 NANTES

Tél. : 02 40 74 70 21

[email protected]

Données alimentation photovoltaïque (B. Duchêne)

DONNEES ALIMENTATION PHOTOVOLTAÏQUE Document initial du 17 janvier 2007 Mis à jour le 06 janvier 2012

SOMMAIRE 1 – Description du système 11 – Schéma 1 12 – Schéma 2 13 – Couplage avec d'autres sources d'énergie 2 – Caractéristiques des panneaux solaires 21 – Fonction, dimensionnement 22 – Demande d'énergie journalière 23 – Installation 24 – Données techniques 3 – Caractéristiques de la batterie 31 – Fonction, dimensionnement 32 – Installation 33 – Données techniques 4 – Caractéristiques du régulateur de charge 41 – Fonction, dimensionnement 42 – Données techniques 5 – Caractéristiques de l'onduleur 51 – Fonction, dimensionnement 52 – Comparaison des alimentations sans et avec onduleur 53 – Données techniques 6 – Générateur photovoltaïque 61 – Principes de mise en œuvre 62 – Evaluation financière 7 – Lampadaire solaire 8 – Lampe solaire portable Annexe – Décomposition des coûts d'un générateur photovoltaïque. Références bibliographiques

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1 – DESCRIPTION DU SYSTEME

La fonction d'une alimentation photovoltaïque est de constituer une source d'alimentation électrique à partir de l'énergie solaire. Une telle alimentation comporte, dans tous les cas, des modules photovoltaïques (panneaux solaires), qui produisent de l'électricité à partir du rayonnement solaire. Plusieurs schémas sont utilisés.

11 – SCHEMA 1 Les modules photovoltaïques alimentent les récepteurs, soit directement, soit à travers un convertisseur d'adaptation. Les récepteurs ne sont alimentés que pendant les périodes d'ensoleillement. Ce schéma correspond à un fonctionnement "au fil du soleil", il est utilisé, par exemple, pour alimenter la pompe de remplissage d'un réservoir d'eau.

modules photovoltaïques convertisseur (éventuel) récepteurs

Iph Ir

12 – SCHEMA 2

Les modules photovoltaïques chargent une batterie à travers un régulateur de charge pendant les périodes d'ensoleillement. Les récepteurs sont alimentés par la batterie, donc par une tension continue, y compris en dehors des périodes d'ensoleillement. Ce schéma est celui d'un générateur photovoltaïque classique.

modules photovoltaïques régulateur de charge récepteurs

Iph Ir

Ib

batterie

Pendant les périodes d'ensoleillement, Iph = Ib + Ir, les panneaux solaires chargent la batterie et, éventuellement, alimentent les récepteurs, ce qui implique Iph > Ib En l'absence d'ensoleillement, Iph = 0 et Ir = - Ib, la batterie assure, seule, l'alimentation des récepteurs. Utilisation d'un onduleur On peut utiliser un onduleur, alimenté par la batterie, pour constituer une source d'alimentation en tension alternative de tout ou partie des récepteurs, l'autre partie des récepteurs étant alimentée directement par la batterie, en tension continue.

13 – COUPLAGE AVEC D'AUTRES SOURCES D'ENERGIE Une alimentation photovoltaïque, de type schéma 2, peut être couplée avec d'autres sources d'électricité, via un onduleur :

- Couplage avec d'autres sources locales d'énergie (groupe électrogène, éolienne). Cela conduit à la réalisation de systèmes "hybrides", ayant des performances différentes.

- Couplage avec le réseau de distribution.

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2 – CARACTERISTIQUES DES PANNEAUX SOLAIRES

21 – FONCTION, DIMENSIONNEMENT

Les panneaux solaires, composés de modules photovoltaïques, apportent l'énergie au système, en transformant une partie du rayonnement solaire en électricité. Le rayonnement solaire dépend des éléments suivants :

- L'énergie envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, ponctuelles), - La position géographique des panneaux (latitude, altitude, etc.), - La nébulosité (nuages, brouillards, etc.), - La hauteur du soleil au dessus de l'horizon suivant l'heure de la journée et la saison.

L'irradiation solaire, définie comme la quantité de rayonnement reçue par un panneau, détermine l'énergie électrique qui sera fournie. Cette irradiation est le résultat du rayonnement solaire et du positionnement du panneau vis-à-vis du Soleil (inclinaison par rapport au plan horizontal, orientation vers le Soleil).

On caractérise l'irradiation solaire en un lieu donné par l'énergie reçue pendant une journée, par unité de surface (Wh/m

2/j). Pour s'affranchir des fluctuations de cette énergie journalière,

on utilise sa valeur moyenne sur un an ou bien, pour plus de précision, sa valeur moyenne pour chaque mois.

211 – Estimation de l'ensoleillement en un lieu donné

Les valeurs d'irradiation solaire proviennent des mesures effectuées au sol en différents points géographiques, ainsi que de données satellitaires. Elles sont regroupées dans des bases de données concernant différentes régions du monde (Europe, Afrique, etc.). Beaucoup de ces bases de données sont propres aux entreprises spécialisées (Tenesol par exemple). D'autres sont accessibles au public, par exemple :

- les cartes interactives du système d'information géographique PVGIS du portail internet de l'Union Européenne (site "re.jrc.ec.europa.eu/pvgis")

- les données climatiques accessibles via le logiciel d'analyse de projets d'énergies propres RETScreen mis à disposition par le gouvernement du Canada (site "www.retscreen.net")

Un exemple des informations fournies est donné par le tableau ci-dessous des valeurs de l'irradiation journalière au point de mesure TAMBACOUNDA (SENEGAL). Le tableau compare les valeurs issues de trois sources : une étude Tenesol de dimensionnement d'une installation, le système d'information européen PVGIS, le logiciel canadien d'analyse de projets RETScreen.

Irradiation journalière globale sur le plan horizontal

Moyenne mensuelle

étude Tenesol

système PVGIS logiciel RETScreen

Irradiation (Wh/m

2/jour)

Irradiation (Wh/m

2/jour)

Ecart avec Tenesol

Irradiation (Wh/m

2/jour)

Ecart avec Tenesol

janvier 5.520 4.580 (2) - 17% 5.110 - 7 %

février 6.550 5.860 - 11% 5.630 - 14%

mars 7.020 6.390 - 9% 6.370 - 9%

avril 7.100 (1) 6.370 - 10% 6.740 (1) - 5%

mai 6.980 6.690 (1) - 4% 6.500 - 7%

juin 6.550 6.340 - 3% 5.970 - 9%

juillet 5.050 (2) 5.420 +7% 5.540 + 10%

août 5.310 4.740 - 4% 5.270 - 1%

septembre 5.380 4.610 - 14% 5.240 - 3%

octobre 5.540 5.180 - 6% 5.380 - 3%

novembre 5.570 5.210 - 6% 5.340 - 4%

décembre 5.180 4.830 - 7% 4.860 (2) - 6%

Moyenne annuelle

5.979 5.550 - 7% 5.660 - 5%

(1) Ensoleillement maximum (2) Ensoleillement minimum

http://www.retscreen.net/

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Le tableau montre que la dispersion des valeurs d'irradiation en fonction de la base de données

utilisée est, sauf exception, inférieure ou égale à 10%, ce qui correspond à une bonne convergence entre les trois bases. Cela donne l'ordre de grandeur de la précision avec laquelle il est possible, aujourd'hui, de connaître l'irradiation journalière.

212 – Dimensionnement des panneaux solaires : Calcul de la puissance de crête du champ photovoltaïque

Les constructeurs identifient les panneaux par leur "puissance de crête", qui est la puissance maximale obtenue pour un éclairement de 1.000 W/m

2, une température de jonction de 25°C et un

spectre solaire de 1,5 (cette valeur correspond à une hauteur de référence du soleil au dessus de l’horizon). On est alors conduit à définir une durée Ei d'ensoleillement à 1.000 W/m

2, équivalente à

l'énergie d'irradiation sur une journée :

Ei (h/j) = Irradiation (Wh/m

2/j) / 1000 (W/m

2)

Les panneaux solaires sont dimensionnés par :

- L'ensoleillement : Celui-ci correspond à l'énergie journalière reçue par les panneaux. - Les besoins en énergie électrique journalière Ej : Ceux-ci sont définis en répondant à la

question "quelle puissance sur quelle période de la journée ? " L'énergie journalière Em fournie par les panneaux solaires s'écrit :

Em (Wh/j) = Pc x Ei x K avec Pc = Puissance de crête du champ photovoltaïque, en W Ei = Nombre d'heures d'ensoleillement à 1000 W/m

2 dans la journée, en h/j

K = Rendement du système, sans unité L'énergie Em fournie en une journée par les panneaux doit être au moins égale à l'énergie journalière demandée Ej :

Em (Wh/j) ≥ Ej (Wh/j) On en déduit la puissance de crête minimale, nécessaire pour répondre aux besoins :

Pc (W) = Ej / [ Ei x K ]

avec Ej = Besoins en énergie électrique journalière, en Wh/j Ei = Nombre d'heures d'ensoleillement à 1000 W/m

2 dans la journée, en h/j

K = Rendement du système d'alimentation des consommations. K est compris entre 0,55 et 0,70 Règles de calcul On considère l'ensoleillement le plus défavorable de l'année pour calculer la puissance

de crête : L'ensoleillement est alors minimum et correspondant à la valeur la plus faible du nombre d'heures d'ensoleillement Ei.

Les constructeurs identifient les modules par leur puissance de crête pour une température de cellule de 25°C, alors que la température des cellules en fonctionnement est de l'ordre de 45 °C. La valeur de la puissance de crête doit donc être majorée en fonction du coefficient de température des panneaux.

Exemples : A titre d'exemple, le tableau ci-dessous donne la puissance de crête et la surface

du champ photovoltaïque correspondant à une énergie journalière demandée Ej = 1000 Wh/j, pour K = 0,6. Le champ est supposé être composé de modules de 100W (surface 0,7 m

2).

Bamako (Mali) France sud France nord

Ensoleillement minimum Ei 4,27 h/j (octobre) 2,80 h/j (hiver) 0,93 h/j (hiver)

Puissance crête Pc 390 W 595 W 1.792 W

Nombre de modules 5 7 19

Surface du champ 3,5 m2 4,9 m

2 13,3m

2

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Remarques - L'énergie journalière fournie par 1 m

2 de panneau solaire dépend du lieu d'installation. Un

panneau de 1 m2 fournit 286 Wh à Bamako, 204 Wh en France sud et 75 Wh en France nord.

- Une énergie journalière de 1.000 Wh, soit 365 kWh par an, correspond à une consommation

très faible par rapport aux habitudes françaises. Cela correspond, par exemple, à l'utilisation de 5 lampes de 60 W à incandescence (soit 300 W) un peu plus de 3 heures par jour.

Nota – La puissance crête du champ photovoltaïque est indépendante du montage série et/ou

parallèle des modules. Le montage permet simplement d'adapter la tension du champ à la tension de la batterie.

22 – DEMANDE D'ENERGIE JOURNALIERE

Le plus souvent, l'énergie demandée est la même chaque jour et elle donne simplement sa valeur à l'énergie journalière demandée Ej utilisée dans les calculs. Cas d'une demande d'énergie journalière irrégulière Lorsque la demande d'énergie journalière varie en fonction du jour considéré, on peut décrire la consommation en définissant les différents types de jours d'utilisation : n0 jours sans consommation, n1 jours avec une énergie consommée Ej1, n2 jours avec une énergie consommée Ej2, ..., n max jours avec une énergie consommée Ej max, avec Ej1 < Ej2 < ... < Ej max. Les panneaux solaires sont susceptibles de fournir chaque jour une énergie Em, comme indiqué précédemment, sauf pendant les jours sans soleil. Dès le retour du soleil, l'énergie journalière fournie par les panneaux doit permettre la recharge de la batterie quelle que soit la consommation de ce jour, ce qui nécessite que l'on ait Em > Ej max. L'énergie journalière demandée à prendre en compte est Ej max, énergie journalière demandée la plus forte.

23 – INSTALLATION Les panneaux solaires sont généralement installés au sol, en toiture, sur un mur, ou sur un mât. Localisation

Dans une zone sans ombres portées quelle que soit la saison

Orientation face au sud dans l'hémisphère nord, face au nord dans l'hémisphère sud, à + ou – 10 degrés

Inclinaison des panneaux par rapport à l'horizontale : - inclinaison = latitude pour les latitudes inférieures à 20 degrés (minimum 15 degrés pour

assurer l'auto-nettoyage) - inclinaison = latitude + 10 degrés pour les latitudes de 20 à 35 degrés - inclinaison = latitude + 15 degrés pour les latitudes de 35 à 40 degrés

Localisation facile d'accès pour faciliter l'entretien Dispositions mécaniques

Bas des modules à au moins 50 cm du sol pour éviter les projections de cailloux, les herbes etc.

Fixation suffisamment solide pour résister au vent et aux intempéries (structures en aluminium traité, matériels d'assemblage inox, bonne étanchéité des presses étoupe et des boîtes de jonction). Des dispositions particulières sont à prendre en zone cyclonique.

Installation à l'abri du vol et du vandalisme (enclos fermé, discrétion, utilisation d'écrous antivol, cadre métallique de protection, système de signalisation)

Autres contraintes

Ventilation de la face arrière pour éviter un échauffement parasite des cellules ("lame d'air" d'au moins 15 cm)

Localisation le plus près possible de la batterie et des récepteurs pour limiter les chutes de tension dans les câbles de liaison (veiller à ce que ceux-ci aient une section suffisante)

Parties métalliques à la terre

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24 – DONNEES TECHNIQUES 241 – Définition des panneaux solaires

Les panneaux solaires constituent un champ photovoltaïque, composé de modules, eux même formés de cellules. Cellule photovoltaïque La cellule photovoltaïque est l'élément de base des panneaux solaires. Chaque cellule est équivalente à un générateur de courant, celui-ci étant proportionnel à la quantité de lumière reçue. La caractéristique V = f (I) de la cellule est légèrement sensible à la température. Il existe plusieurs types de cellules : celles au silicium cristallin (silicium mono-cristallin, silicium poly-cristallin), celles au silicium amorphe. Exemple : Caractéristiques d'une cellule au silicium poly-cristallin de 100 cm

2, pour un

ensoleillement de 1000 W /m2 et une température de jonction de 25 °C (cf Transénergie) :

- Puissance max = 1,3 W - Courant de court-circuit = 3 A - Tension en circuit ouvert = 0,6 V - Dimensions = 10 cm x 10 cm Module photovoltaïque Un module photovoltaïque est un assemblage d'un certain nombre de cellules photovoltaïques identiques, généralement montées en série. Exemple : Caractéristiques d'un module composé de 36 cellules en série (cf Transénergie) :

- Puissance max = 1,3 W x 36 = 46,8 W - Courant de court-circuit = 3 A - Tension en circuit ouvert = 0,6 V x 36 = 21,6 V - Dimensions (avec cadre) = 100 cm x 46 cm Champ photovoltaïque Un champ photovoltaïque est un montage de modules, en série et/ou en parallèle. Il nécessite l'utilisation de diodes anti-retour (pour éviter qu'un module à l'ombre ne soit le siège d'un débit de la batterie ou d'un autre module) et de diodes "bypass".

242 – Principales caractéristiques intervenant dans le choix d'un module

Puissance crête = Puissance maximale, pour un éclairement de 1000 W /m2, une température de

jonction de 25 °C, un spectre solaire AM de 1,5. Dimensions = Un peu moins de 1 m

2 pour 100 W.

Tension nominale = Tension de la batterie susceptible d'être associée au module (12 V, 24 V, 48V). Elle est inférieure à la tension en circuit ouvert (près de la moitié de celle-ci). Courant de court-circuit = Quelques ampères. Durée de vie = De l'ordre de 25 ans (10 ans en environnement maritime et tropical).

243 – Autres caractéristiques NOCT (nominal operating cell temperature) = Température de jonction des cellules, pour un ensoleillement de 800 W /m

2, une température ambiante de 20 °C, une vitesse de vent inférieure à 1

m /s. AM (air mass) = Influence de l'augmentation de l'épaisseur de l'atmosphère traversée par le rayonnement solaire lorsque le soleil s'éloigne du zénith (AM = 1 lorsque le soleil est au zénith, AM = 1,5 lorsque le soleil est à 42 d°).

244 – Normes Françaises : génériques NF C57-100, modules à utiliser en climats équatoriaux NF C57-101, tropicaux NF C57-102, tempérés NF C57-103. Européennes : spécifications ISPRA n° 501, 502, 503.

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3 – CARACTERISTIQUES DE LA BATTERIE


La batterie stocke l'énergie pour la restituer pendant les périodes sans soleil, en fonction de la demande.

311 – Choix de la tension de batterie Le choix de la tension de batterie correspond aux valeurs normalisées (12V, 24V, 48V) et est fonction de la charge à alimenter : Ce choix suppose que la chute de tension dans les câbles entre batterie et utilisation est limitée, compte tenu de la puissance à délivrer par la batterie, et compte tenu de la section et de la longueur des câbles. La chute de tension s'écrit :

I x (ρ x 2L / S) < d x Vb

avec I = courant appelé par la charge, en A ρ = résistivité du cuivre, soit 1,7 .10

-8 ohms x m (à 25 °C)

2L = longueur aller-retour des câbles, en m S = section des câbles, en m

2

Vb = tension nominale de la batterie, en V d = chute de tension relative (sans unité) Pour une chute de tension maximale d de 3%, valeur généralement admise, on obtient : Vb > L x I / (0,88 S) avec S en mm

2

En fonction de la puissance appelée par la charge Pu (W) = Vb x I, il vient :

(Vb)2 > Pu x L / (0,88 S)

Exemples : A titre indicatif, le tableau ci-dessous donne les valeurs maximales admissibles

pour Pu dans différents cas, pour un câble de raccordement de 20 m.

S = 4 mm2 S = 6 mm

2 S = 10 mm

2 S = 16 mm

2 S = 25 mm

2

Vb = 12 V 25 W 38 W 63 W 101 W 158 W

Vb = 24 V 101 W 152 W 253 W 405 W 633 W

Vb = 48 V 405 W 608 W 1013 W 1622 W 2534 W

Pour une tension donnée, la longueur maximale de câble admissible s'écrit

L < [(Vb)2 x 0,88 S] / Pu

312 – Fonctionnement de la batterie

Pendant la journée Les panneaux solaires sont connectés à la batterie et fournissent de l'énergie (ensoleillement). L'utilisation est connectée à la batterie. La tension de la batterie monte progressivement depuis une valeur initiale Vb min jusqu'à une valeur maximale Vb max. En fin de journée les panneaux ont fourni une énergie égale à l'énergie journalière demandée Ej, l'énergie fournie par les panneaux et non consommée pendant la journée est stockée dans la batterie. Pendant la nuit Les panneaux solaires sont connectés à la batterie mais ils ne fournissent pas d'énergie (pas d'ensoleillement). L'utilisation est connectée à la batterie. La tension de la batterie baisse progressivement depuis Vb max, en fonction de la consommation. Lorsque, en fin de nuit, l'énergie fournie par les panneaux pendant la journée a été entièrement consommée, la batterie retrouve sa tension initiale Vb min. Caractérisation du cycle quotidien Chaque jour, la batterie subit un cycle de charge et décharge, qui représente jusqu'à la totalité de l'énergie journalière demandée Ej si l'utilisation a lieu seulement la nuit. Le dimensionnement des panneaux sur la valeur d'ensoleillement la plus faible de l'année (cf. paragraphe 21) fait que, au cours des cycles quotidiens, l'énergie fournie par les panneaux est normalement supérieure à l'énergie consommée. Dans ces conditions, en fin de nuit, la batterie a une

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tension un peu supérieure à Vb min et la tendance générale de la tension de batterie est d'augmenter un peu à chaque cycle quotidien. Jours sans soleil Il existe des jours sans soleil, pendant lesquels la batterie devra compenser le déficit de production. Dans ce cas, en fin de nuit n'apparaît pas de période de charge et la tension continue de baisser, mais la batterie continue d'alimenter l'utilisation. Cette situation doit pouvoir durer pendant le nombre de jours d'autonomie choisi, l'énergie consommée chaque jour restant au plus égale à Ej. A la fin de cette période d'autonomie la batterie est dite en "décharge profonde".

313 – Calcul de la capacité de la batterie

La batterie est dimensionnée par l'énergie que l'on veut y stocker et par le taux de décharge que l'on admet. L'énergie pouvant être contenue dans la batterie s'écrit :

C x Vb

avec C = Capacité de la batterie, en Ah Vb = Tension de la batterie, en V Taux de décharge Le taux de décharge, correspondant à la décharge en valeur relative, est sans unité. Décharge quotidienne Le taux de décharge quotidienne correspond à la fourniture, chaque jour, de l'énergie demandée, la totalité de l'énergie journalière Ej étant fournie par la batterie dans le cas le plus défavorable. Le taux de décharge quotidienne est alors :

dq = Ej / (C x Vb) avec Ej = Energie journalière demandée, en Wh Décharge profonde Le taux de décharge profonde correspond à la fourniture par la batterie de l'énergie demandée pendant toute la période d'autonomie. Le taux de décharge profonde s'écrit :

dp = Ej x Nj / (C x Vb) avec Nj = Nombre de jours d'autonomie de la batterie en l'absence de soleil (Ordre de grandeur pour les équipements grand public = 2 à 5 jours si région bien ensoleillée toute l'année, 7 à 8 jours si mauvaise saison marquée. Ordre de grandeur pour les équipements professionnels = 10 jours et plus)

Calcul de la capacité La durée de vie de la batterie est très liée à la profondeur des décharges qu'on lui fait subir. Pour ne pas trop réduire cette durée de vie, on limite dans chaque cas la valeur du taux de décharge (cf. ci-dessous les principales caractéristiques d'une batterie) et on prend :

- Un taux de décharge quotidienne au plus égal à 20% de la capacité de la batterie : dq < 0,20

- Un taux de décharge profonde au plus égal à 70% de la capacité de la batterie, cette décharge profonde ne se produisant qu'exceptionnellement : dp < 0,70

Les formules donnant dp et dq montrent que l'on a une relation entre dp et dq indépendante de la valeur de la capacité, soit dp = Nj x dq. Le tableau ci-dessous donne les valeurs de décharge quotidienne en fonction du nombre de jours d'autonomie, pour une décharge profonde égale à 70%.

Autonomie Nj 2 jours 3 jours 4 jours 5 jours

Décharge quotidienne dq pour une décharge profonde de 70% 35 % 23 % 18 % 14 %

Le tableau montre que pour une décharge profonde égale à 70%, il faut choisir au moins 3 jours d'autonomie pour que la décharge quotidienne soit au plus égale à 20 %. Dans ces conditions, la capacité de la batterie s'écrit :

C (Ah) = Ej x Nj / (Vb x dp )

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avec Ej = Energie journalière demandée, en Wh Nj = Nombre de jours d'autonomie de la batterie Vb = Tension de la batterie, en V dp = 0,70 soit un taux de décharge profonde de 70 % Exemple : A titre indicatif, le tableau ci-dessous donne les valeurs de capacité de la batterie

pour une énergie journalière demandée Ej de 1000 Wh, lorsque les jours d'autonomie correspondent à une décharge profonde de 70 %.

Autonomie Nj Vb = 12 V Vb = 24 V Vb = 48 V

3 jours 357 Ah 179 Ah 89 Ah

4 jours 476 Ah 238 Ah 119 Ah

5 jours 595 Ah 298 Ah 149 Ah

Régime de décharge Pour pouvoir compter sur la valeur de capacité qui vient d'être calculée, il faut que le courant de décharge ne soit pas trop élevé (cf. ci-dessous les principales caractéristiques d'une batterie) et corresponde, par exemple, à une durée de décharge au moins égale au cinquième de la durée de référence définissant la capacité. Ainsi, dans le cas habituel où la valeur de capacité est définie pour C100, c'est-à-dire pour une durée de décharge de 100 heures, il faut vérifier que le courant de décharge Id correspond à une décharge de la batterie en plus de 20 heures :

C / Id > 20 h

avec C = Capacité de la batterie, en Ah Id = Courant de décharge, en A Le courant de décharge dépend de la puissance appelée, celle-ci, suivant le cas, restant constante ou non pendant la durée de la décharge. Dans ces conditions, le courant de décharge à prendre en compte est le courant moyen Id, qui correspond à la puissance moyenne appelée Pm :

Id = Pm / Vb La puissance Pm s'obtient à partir du diagramme de la puissance totale consommée en fonction du temps. Dans le cas défavorable où la totalité de l'énergie journalière est fournie par la décharge, Pm est égale au quotient (Energie journalière) / (Durée totale d'utilisation), la durée totale d'utilisation étant fonction de la simultanéité des différentes consommations. Nota – La limitation de la valeur du courant de décharge conduit à limiter la puissance appelée, une estimation rapide de cette limitation pouvant être faite en utilisant la valeur calculée pour la capacité. On doit avoir :

Pm / Vb < Ej x Nj / 20 (Vb x dp) Ce qui, pour une décharge profonde de 70%, conduit à une condition liant la puissance moyenne appelée, l'énergie journalière et le nombre de jours d'autonomie :

Pm < Ej x Nj / 14

314 – Montage des batteries

Deux batteries identiques connectées en série donnent une batterie de même capacité et de tension double. Exemple : 2 batteries de 50Ah (12V) en série donnent une batterie de 50Ah (24V). Deux batteries identiques connectées en parallèle donnent une batterie de capacité double et de même tension. Exemple : 2 batteries de 50Ah (12V) en parallèle donnent une batterie de 100Ah (12V).

32 – INSTALLATION DE LA BATTERIE La batterie est le composant le plus dangereux du système de production d'énergie, des précautions sont indispensables pour son installation :

Installation généralement dans un local particulier, il existe aussi des coffres spécialement étudiés pour installation à l'extérieur.

Local sans autre affectation et accessible seulement au personnel habilité

Local construit avec des matériaux non combustibles

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Sol imperméable et bac de rétention en cas de fuite d'électrolyte

Ventilation naturelle haute et basse

Batterie installée de façon à pouvoir vérifier aisément le niveau d'électrolyte

Pas d'appareillage électrique non antidéflagrant

Porte s'ouvrant vers l'extérieur

33 – DONNEES TECHNIQUES 331 – Définition de la batterie

Différents types de batteries sont utilisables pour les applications photovoltaïques, ce sont des batteries qui peuvent fonctionner en "cyclage" : charge / décharge alternées. Batteries au plomb ouvertes Ces batteries sont à électrode positive tubulaire (100 à 3000 Ah), ou à plaques planes (10 à 300 Ah). Les batteries à électrodes positives tubulaires offrent une meilleure durée de vie que les batteries à plaques planes épaisses, car l'électrolyse se fait plus facilement et la désulfatation lors des phases d'égalisation est plus efficace. Les batteries au plomb ouvertes ont un nombre de cycles très supérieur à celui des batteries au plomb étanches. Elles demandent un entretien 2 fois par an (mise à niveau de l'électrolyte, charge d'égalisation, mesure de la densité de l'électrolyte). Batteries au plomb étanches ou sans entretien Batteries type AGM ("Absorbed Glass Mat") (5 à 200Ah). Ces batteries à électrolyte libre dans un buvard, sont étanches avec valve de régulation. Elles sont sans entretien. Batteries à électrolyte gélifié (2 à 200Ah). Leur avantage est la sécurité (pas de fuite possible) et la durée de vie, double de celles à électrolyte libre. Dans le cas où un additif est ajouté à cet électrolyte gélifié, la durée de vie est alors triplée par rapport à une batterie type AGM. Ces batteries sont sans entretien. Nota – Les batteries de "démarrage" (voitures, camions) ou de "traction" (chariots élévateurs) ne sont pas du tout adaptées à un usage photovoltaïque "professionnel". Seuls leur bonne disponibilité locale et leur moindre coût permettent de les préconiser dans les kits d'éclairage grand public où le transport et le stockage poseraient des problèmes rédhibitoires. L'usager doit alors être prévenu d'une durée de vie plus faible.

332 – Principales caractéristiques intervenant dans le choix d'une batterie

Tension nominale = 12 V, 24 V, 48 V (tension de la batterie correspondant à 2 V/élément). Capacité = Quantité d'électricité (en Ah) que peut débiter la batterie. La capacité est associée à un régime de décharge (elle diminue lorsque le courant appelé augmente) et est sensible à la température (elle diminue lorsque la température diminue). La capacité est donnée, en général, à 25°C. Régime de décharge = Associé à la valeur de capacité, le régime de décharge est exprimé par l'indication Cx, où x est le nombre d'heures de décharge, choisi en général dans les valeurs suivantes : 5, 10, 20, 25, 50, 70, 100, 120, 240. La capacité d'une même batterie peut diminuer fortement lorsque la durée de décharge est faible (donc le courant de décharge important). Exemple : Une batterie 130Ah/C100 est théoriquement capable, une fois chargée à 100%,

de délivrer une intensité de 1.3A pendant 100 heures. Elle ne fournit que 118 Ah (91%) si on la décharge en 20h (à 6A), 111Ah (85%) si on la décharge en 10 heures (à 11A), que 67Ah (52%) si on la décharge en 1 heure (à 67A). (cf. Energies Nouvelles Entreprises)

Limite d'utilisation = Moins une batterie est sollicitée, plus sa durée de vie est longue. Une décharge trop profonde conduit à la détérioration de la batterie ou à minima à la réduction de sa durée de vie. La décharge quotidienne doit rester inférieure à 20% de la capacité. Exemple : Une batterie 130Ah/C100 utilisée au dixième de sa capacité avec recharge

immédiate, peut durer un certain nombre d'années. Cette utilisation correspond à 13Ah avec une intensité de 1,3A donc pendant 10h, soit 13Ah x 12V = 156Wh. (cf. Energies Nouvelles Entreprises)

Etat de charge = L'état de charge de la batterie peut être estimé par la valeur de la densité de l'électrolyte, sensible à la température et qu'il faut ramener à la température de 20 ou 25°C par comparaison avec une table.

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L'état de charge de la batterie peut aussi être estimé par la valeur de la tension aux bornes, Vieillissement = Le vieillissement d'une batterie se traduit par la perte de capacité, irrémédiable et irréversible. Une batterie vieillit naturellement tout au long de son utilisation, mais les décharges profondes sont à éviter car elles accélèrent le vieillissement proportionnellement à leur profondeur et plus une batterie vieillit plus le phénomène s'accélère. Durée de vie = Quelques années. Elle dépend du fonctionnement du régulateur de charge, de l'entretien réalisé et du type de batterie.

333 – Autres caractéristiques

Taux d'auto décharge en stockage = Une batterie se décharge même lorsqu'elle n'est pas utilisée (3%, 5% par mois). Le stockage des batteries est donc à éviter. Rendement énergétique = Rapport entre la quantité d'électricité restituée et la quantité d'électricité nécessaire à la charge (de l'ordre de 50 à 80%). Résistance interne = Le schéma équivalent d'une batterie fait apparaître une résistance interne, en série avec la batterie. Elle crée une différence entre la tension batterie au repos et la tension batterie lors d'une charge ou d'une décharge. Effet mémoire = Une fois interrompue la charge ou la décharge, la tension de la batterie ne prend sa valeur de repos qu'au bout d'un certain temps, au minimum deux ou trois heures. Possibilité de récupération en fin de vie = Reprise par le fournisseur de la nouvelle batterie ?

4 – CARACTERISTIQUES DU REGULATEUR DE CHARGE

41 – FONCTIONS, DIMENSIONNEMENT

411 – Fonctions du régulateur

Régulation de charge : connexion / déconnexion des panneaux solaires La régulation de charge maintient la tension de la batterie dans une plage de tension comprise entre 2,2 V/élément et 2,4 V/élément. Période de charge Lorsque les panneaux solaires sont connectés la tendance générale de la tension de batterie est d'augmenter un peu chaque jour (cf. paragraphe 31). Lorsque cette tension atteint 2,4 V/élément, le régulateur déconnecte les panneaux solaires, ce qui arrête la montée de la tension et évite la surcharge de la batterie. Période de décharge Une fois les panneaux solaires déconnectés, la tension de la batterie descend progressivement en fonction de la consommation. Lorsque cette tension atteint 2,2 V/élément, le régulateur reconnecte les panneaux solaires, ce qui permet de recommencer à charger la batterie et de maintenir la tension de batterie dans la plage de fonctionnement désirée (la reconnexion des panneaux est sans effet en cas de journée sans soleil). Limitation de décharge : connexion / déconnexion de la consommation La limitation de décharge protège la batterie de la détérioration liée à une décharge trop importante. Période de décharge Dans le cas d'une consommation excessive par rapport à l'énergie fournie par les panneaux, la tendance générale de la tension de batterie est de diminuer un peu chaque jour. Lorsque cette tension descend jusqu'à 1,9 V/élément, le régulateur déconnecte l'utilisation, ce qui arrête la décharge et sauvegarde l'état de la batterie. On se trouve alors en fin de décharge, au delà de la "décharge profonde" correspondant à l'autonomie de la batterie. Période de charge Une fois l'utilisation déconnectée, celle-ci n'est remise en service que lorsque la tension de la batterie remonte à 2,1 V/élément, donc après un minimum de charge. Charge d'égalisation L'égalisation consiste à faire une charge forcée jusqu'à une tension batterie de 2,5 V/élément (à faire de temps en temps pour brasser l'électrolyte). Suivant le type de régulateur, une charge d'égalisation

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est faite au démarrage, ou lorsque la batterie est très déchargée (utilisations coupées), ou de façon programmée. Cette fonction n'est pas en service lorsque l'on utilise une batterie étanche. Tableau de fonctionnement

batterie 12V batterie 24V batterie 48V

déconnexion des panneaux 14,4 V 28,8 V 57,6 V

reconnexion des panneaux 13,2 V 26,4 V 52,8 V

reconnexion de la consommation 12,6 V 25,2 V 50,4 V

déconnexion de la consommation 11,4 V 22,8 V 45,6 V

412 – Dimensionnement

Tension nominale La tension nominale du régulateur est égale à celle de la batterie associée. Tenue en courant des circuits Régulation de charge (cycle journalier de charge / décharge de la batterie entre 2,2V et 2,4Vpar élément, par commutation du champ photovoltaïque) : le courant maximal admissible doit être supérieur au courant de court-circuit du champ photovoltaïque, soit n x Icc avec Icc = courant de court-circuit d'un module n = nombre de modules en parallèle Limitation de décharge (coupure de l'utilisation en cas de décharge de la batterie en dessous de 1,9V par élément) : le courant maximal admissible doit être supérieur au courant appelé par l'utilisation, y compris lors de la mise sous tension des récepteurs.

42 – DONNEES TECHNIQUES 421 – Principales caractéristiques intervenant dans le choix d'un régulateur de charge

Tension nominale = Tension nominale de la batterie associée (12 V, 24 V, 48 V) Courant maximal admissible pour la régulation de charge = Courant de court-circuit du champ photovoltaïque. Courant maximal admissible pour la limitation de décharge = Courant maximal appelé par les utilisations. Durée de vie = Quelques années.

422 – Autres caractéristiques Puissance maximale = Puissance maximale délivrée à l'utilisation.

5 – CARACTERISTIQUES DE L'ONDULEUR


L'onduleur est alimenté en tension continue par la batterie, il délivre une tension alternative constituant ainsi une source d'alimentation en courant alternatif. Alimentation de l'utilisation à travers l'onduleur Au secondaire de l'onduleur La charge alimentée par l'onduleur s'exprime suivant les règles du courant alternatif, c'est à dire

par une puissance apparente S (VA) = V (V) x I (A) et une puissance active P (W) = S (VA) x cos .

La valeur du cos de la charge est normalement égale à 1, soit naturellement, soit grâce à un dispositif de compensation (cas par exemple de certains ballasts pour l'éclairage). La puissance active P est alors égale à la puissance apparente S. La puissance P appelée par l'utilisation doit être estimée avec soin, de façon à dimensionner correctement la demande d'énergie journalière, ce qui conduit à préciser certaines consommations : La consommation des tubes fluorescents et des lampes fluo-compactes est à majorer des pertes dues au ballast associé. Voir la Directive Européenne 2000/55/CE sur les ballasts pour l'éclairage fluorescent, qui définit 7 classes d'efficacité énergétique correspondant à des consommations

différentes (Exemple = Un tube 36W consomme 43W si il est associé à un ballast de classe B2).

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Au primaire de l'onduleur La puissance en courant continu appelée sur la batterie est fonction du rendement r de l'onduleur, soit Pcc (W) = P (W) / r.

52 – COMPARAISON DES ALIMENTATIONS SANS ET AVEC ONDULEUR

L'onduleur est un appareil complexe donc cher et avec des risques de pannes. L'expérience montre que la meilleure solution pour l'électrification rurale correspond, lorsque cela est possible, à l'utilisation d'onduleurs de faible puissance pour le petit appareillage électroménager (si nécessaire), les besoins de base (éclairage, TV, froid) étant couverts par le courant continu. Nature des appareils alimentés En l'absence d'onduleur, les appareils sont alimentés sous tension continue (12V, 24V, 48V). Ce sont des appareils commercialisés moins largement et plus cher. Avec un onduleur, les appareils sont alimentés sous tension alternative (220V). Ce sont des appareils couramment commercialisés et moins cher. Longueur des circuits La longueur possible pour les circuits d'alimentation est fonction de la puissance de la charge à alimenter, de la section et de la longueur des câbles utilisés et de la chute de tension acceptée. On a (cf. paragraphe 31) :

I x (ρ x 2L /S) < d x V

avec I = courant appelé par la charge, en A ρ = résistivité du cuivre, soit 1,7 . 10

-8 ohms x m

2L = longueur aller-retour des câbles, en m S = section des câbles, en m

2

V = tension d'alimentation, en V d = chute de tension relative (sans unité) En introduisant la puissance de la charge P (W) = V x I, la chute de tension s'écrit

d = (2L x ρ x P) / (S x V2)

soit d = (0,034 x L x P) / (S x V2) avec S en mm

2

En l'absence d'onduleur, la tension d'alimentation V est continue et égale à 12Vcc, 24Vcc, 48Vcc Avec un onduleur, la tension d'alimentation V est alternative et égale à 220Vca A titre indicatif, le tableau ci-dessous donne les longueurs maximales possibles pour une charge P = 100 W, avec une chute de tension de 10%.

Sans onduleur Avec onduleur

V = 12 Vcc V = 24 Vcc V = 48 Vcc V = 220 Vca

S = 1,5 mm2 6,3 m 25 m 101 m 2.130 m

S = 4 mm2 17 m 67 m 269 m -

53 – DONNEES TECHNIQUES

531 – Principales caractéristiques intervenant dans le choix d'un onduleur Tension d'alimentation = Tension nominale de la batterie associée (12 V, 24 V, 48 V) Caractéristiques de la tension de sortie = Type (tension monophasée). Forme (onde sinusoïdale, onde pseudo sinusoïdale, onde carrée). Valeur (230 V). Fréquence (50 Hz, 60 Hz). La tension de sortie doit avoir la même valeur et la même fréquence que la tension du réseau de distribution du pays. Puissance de sortie = Puissance nominale délivrée par l'onduleur. Elle doit être supérieure à la puissance active appelée par l'utilisation et doit tenir compte d'éventuels régimes transitoires dus à la mise en service de certaines charges (imprimante d'ordinateur par exemple). Rendement = Rapport (puissance de sortie) / (puissance d'entrée). Il est de l'ordre de 90% à pleine charge et diminue lorsque la charge diminue. Il faut vérifier qu'il reste suffisant pour les faibles consommations. Durée de vie = Quelques années.

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532 – Autres caractéristiques

Consommation à vide = Consommation sur la batterie pour une puissance de sortie nulle. Elle est inférieure à 1%. Certains onduleurs sont équipés d'une fonction "stand by" (envoi d'une onde toutes les secondes pour détecter la présence d'une charge, en l'absence de celle-ci l'onduleur s'arrête pour supprimer sa consommation à vide). Distorsion harmonique du signal de sortie = Elle est inférieure à 3%, à 5%. Stabilité du signal de sortie = Stabilité de la tension et de la fréquence en fonction de la tension d'entrée et de la charge. Aptitude aux surcharges = Aptitude à supporter les appels de courant à la mise sous tension de certains récepteurs. Tenue aux courts circuits, aux surtensions

6 – GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE

61 – PRINCIPES ET CHOIX GENERAUX

Avant tout dimensionnement, il est indispensable d'effectuer 3 choix de base qui détermineront la définition du système et les chances de succès socio-économique. Générateur mono-usage ou multi-usages

Générateur mono-usage (spécialisé) en utilisation collective (ex. pompe de village) ou individuelle (ex. pompe de maraîchage)

Avantage : Maîtrise des consommations et utilisation plus facile Inconvénient : Pas de valorisation directe des surplus sauf dispositions particulières

Générateur multi-usages avec un seul propriétaire et usager : à privilégier Avantage (énorme) : L'usager "s'approprie" le générateur et règle ses consommations sur le productible Inconvénient (mineur) : Plusieurs installations nécessaires dans le village

Générateur multi-usages avec plusieurs "propriétaires" et usagers (ex. centrale villageoise) : à éviter

Avantage : Foisonnement des consommations (tout à fait théorique) Inconvénient : Le libre choix des récepteurs s'oriente vers les récepteurs à forte consommation car moins cher, d'où augmentation rapide des consommations et problème de la distribution équitable de l'énergie (tarification)

Système autonome ou avec appoint

Système autonome Avantage : Simplicité

Système avec appoint diesel Avantage : Puissance momentanée importante, fiabilité du diesel augmentée, économie globale dans le cas d'effet saisonnier marqué Inconvénient : Approvisionnement en carburant, entretien important, bruit

Système avec appoint éolienne Avantage : Théoriquement complémentarité des gisements Inconvénient : Fiabilité inférieure, nécessité d'une maintenance mécanique Récepteurs CC ou CA

Récepteurs en courant continu Avantage : Ne nécessitent pas d'onduleur, très faible consommation de ceux étudiés pour le photovoltaïque, coût global du système moins élevé Inconvénient : Coût individuel plus élevé, disponibilité moins importante

Récepteurs en courant alternatif Avantage : Coût individuel peu élevé, très répandus Inconvénient : Nécessitent un/des onduleurs, coût global du système beaucoup plus élevé

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L'expérience a montré que la meilleure solution correspond aux besoins de base (éclairage, froid, télévision) couverts en courant continu et à l'utilisation d'onduleurs divisionnaires de faible puissance pour le petit électroménager.

62 – ESTIMATION DES COÛTS 621 – Coût d'investissement

Le coût d'investissement d'un générateur photovoltaïque est sensiblement proportionnel à l'énergie journalière qu'il peut fournir. Les éléments les plus coûteux sont les panneaux solaires, la batterie et l'onduleur. Exemple : Le tableau ci-dessous donne les coûts tirés des devis de 2 constructeurs, pour des

générateurs (panneaux, batterie, régulateur, onduleur) ayant une autonomie de 3 jours et correspondant à différentes valeurs d'énergie journalière (Projet Mali 2009, cf. Annexe).

Energie journalière demandée (1)

Puissance appelée (1)

Coût TTC du générateur

installé

Coût TTC par unité d'énergie journalière

252 Wh 96 W 2.073 à 2.201 € 8,2 à 8,7 €/ Wh

324 Wh 180 W 2.742 € 8,5 € / Wh

963 Wh 144 W / 500 W 5.175 € 5,4 €/ Wh

1.152 Wh 576 W 5.441 à 5.838 € 4,7 à 5,1 €/ Wh

1.404 Wh 720 W 7.253 à 8.152 € 5,2 à 5,8 €/ Wh

1.790 Wh 913 W 8.022 à 9.057 € 4,5 à 5,1 €/ Wh

(1) Via un onduleur En considérant un générateur seul, sans les installations alimentées, on peut estimer le coût du générateur installé, donc y compris les frais de chantier (main d'oeuvre, petits matériels d'installation) :

Le coût TTC d'investissement d'un générateur est de l'ordre de 4 à 6 € / Wh d'énergie journalière demandée, lorsque celle-ci dépasse 1.000 Wh.

622 – Coûts de maintenance, entretien

La maintenance d'un générateur photovoltaïque, à réaliser 2 fois par an, concerne : - les panneaux solaires = contrôle visuel et, si nécessaire, nettoyage, ainsi que maintien de l'absence d'ombres portées, - la batterie = simple contrôle visuel en cas de batterie sans entretien, sinon : mesures de contrôle, mise à niveau de l'électrolyte, nettoyage, charge (consommables à approvisionner : eau distillée, graisse). - le régulateur = mesures de contrôle - l'onduleur = mesures de contrôle - le câblage = contrôle visuel des serrages Le coût d'une maintenance s'élève à quelques euros. Il comporte : - le coût de la main d'oeuvre (réalisation des opérations, tenue à jour du cahier d'entretien) = 1 jour à 2 personnes - le coût des consommables

623 – Coûts de remplacement

Les coûts de remplacement constituent l'essentiel des coûts d'exploitation du générateur. Les possibilités financières du village vis à vis de ces coûts déterminent la pérennisation de l'installation, donc la faisabilité du projet.

La durée de vie d'un générateur photovoltaïque est celle des panneaux solaires, soit environ 25 ans. Pendant cette durée de vie, il est nécessaire de remplacer les matériels lorsqu'ils deviennent défaillants, c'est à dire - les matériels composant le générateur = batterie, régulateur et onduleur - les matériels alimentés = luminaires (réglettes, ampoules), etc...

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En ce qui concerne le générateur, pour financer les remplacements le moment venu, il est nécessaire de mettre, chaque année, une somme d'argent de côté. Cette provision peut être estimée, en fonction du coût et de la durée de vie probable de chaque matériel à remplacer. Des ordres de grandeurs sont donnés dans le tableau suivant.

Matériel Coût TTC Observations Durée de vie

probable

batterie 12V de 100 Ah à 600 Ah 200 € à 1.400 € environ 2 €/ Ah 5 à 6 ans

batterie 24V de 100 Ah à 600 Ah 500 € à 2.800 € environ 5 €/ Ah 5 à 6 ans

régulateur 100 à 600 € 7 à 8 ans

onduleur de 200 W à 1.000 W 200 € à 1.200 € environ 1 €/ W 7 à 8 ans

Exemple : Le tableau ci-dessous donne les valeurs TTC tirées des devis de 2 constructeurs, pour des générateurs ayant une autonomie de 3 jours et correspondant à différentes valeurs d'énergie journalière (Projet Mali 2009, cf. Annexe). Les valeurs indiquées correspondent au remplacement de la batterie, du régulateur et de l'onduleur, hors coûts de transport, de main d'oeuvre et d'élimination ou de recyclage des matériels remplacés.

Energie journalière demandée (1)

Puissance appelée (1)

Provision annuelle pour remplacement

(coûts TTC)

Provision annuelle / Investissement

252 Wh 96 W 126 à 173 € 5,7 à 8,3 %

324 Wh 180 W 126 € 4,6 %

963 Wh 144 W / 500 W 269 € 5,2 %

1.152 Wh 576 W 397 à 410 € 7,0 à 7,3 %

1.404 Wh 720 W 413 à 653 € 5,7 à 8,0 %

1.790 Wh 913 W 506 à 679 € 6,3 à 7,5 %

(1) Via un onduleur Le tableau montre que :

La provision à prévoir pour assurer le remplacement des matériels composant un générateur photovoltaïque est de quelques centaines d'euros par an. Elle est de l'ordre de 5 à 8 % du coût d'investissement du générateur.

7 – LAMPADAIRE SOLAIRE

Un lampadaire solaire comporte un panneau solaire, une batterie et un régulateur, pour alimenter une lampe. Le panneau solaire est installé en haut du mât, le module batterie étant installé au pied du mât ou dans le mât, suivant le cas. Le régulateur comporte un automatisme qui commande l'allumage et l'extinction de la lampe, plusieurs solutions étant possibles : - Lampadaire du type "12 heures de marche" = un relais "crépusculaire", sensible à la luminosité ambiante, allume la lampe à la tombée du jour et l'éteint au lever du jour ce qui, en zone tropicale, donne un éclairage entre 18 heures et 6 heures du matin. - Lampadaire du type "4 heures de marche" = le relais crépusculaire allume la lampe à la tombée du jour et est complété par un temporisateur qui éteint la lampe au bout de 4 heures, ce qui, en zone tropicale, donne un éclairage entre 18 heures et 22 heures. Caractéristiques techniques Les caractéristiques techniques du lampadaire dépendent de la durée d'allumage souhaitée. Rappel des formules de dimensionnement

Energie journalière demandée Ej (Wh) = P lampe (W) x durée d'éclairage (h)

Puissance du panneau solaire Pc (W) = Ej (Wh) / [K x Ei (h/j)]

Capacité de la batterie C (Ah) = Ej (Wh) x Nj / [Vb (V) x dp]

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Par rapport à un lampadaire du type "12 heures de marche", la durée d'éclairage d'un lampadaire du type "4 heures de marche" est 3 fois plus faible, il en est donc de même pour l'énergie journalière demandée Ej. Dans ces conditions, le lampadaire du type "4 heures de marche" est nettement moins cher, avec un dimensionnement nettement plus faible pour le panneau solaire et la batterie, d'où un coût de remplacement moins élevé. Exemple : Lampadaire ZEDsa 26 W

Lampadaire 12 heures Lampadaire 4 heures

Energie journalière demandée 312 Wh 104 Wh

Panneau solaire 80 Wc (450 €) 50 Wc (360 €)

Batterie (autonomie 3 jours) 200 Ah/ 12V ( 467 €) 50 Ah/12V (117 €)

Coût total TTC lampadaire 2.135 € 1.330 €

8 – LAMPE SOLAIRE PORTABLE

Une lampe solaire portable comporte d'une part une lampe portable équipée d'une batterie et d'autre part un dispositif de recharge utilisant un panneau solaire. La batterie est rechargée le jour par l'ensoleillement, la lampe peut ensuite être utilisée la nuit et déplacée suivant le besoin.

Exemple : Kit solaire portable SOLTYS Un kit solaire portable se compose d'un panneau solaire et de 1, 2, 3 ou 6 lampes portables ELIXO. Les kits 2, 3 et 6 lampes permettent aussi, en option, le rechargement des téléphones portables. Caractéristiques de la lampe portable ELIXO Eclairage haute luminosité 10 LED Double mode d'éclairage Torche + Lanterne. Réglage de l'intensité = Maxi, Eco, Clignotement Etanche à la pluie et à la poussière Autonomie de 8 h (mode normal) à 24 h (modes éco et clignotement) Batterie = 3 piles 1,2 V, rechargeables, AA Ni-MH 1600mAh. Durée de vie 1,5 à 2 ans environ. Temps de rechargement : 6 à 8 h de soleil (maintenir la lampe à l'ombre pour éviter un échauffement excessif). Connexion des lampes au panneau solaire par un ensemble de prises jack (1 prise par lampe), via un connecteur mâle type "allume-cigare". Caractéristiques du panneau solaire rigide Panneau solaire au silicium amorphe, fonctionnant à la fois par temps ensoleillé et nuageux. Fabrication française, garantie 10 ans (durée de vie escomptée 20 ans) Puissance 2W, 5W, 7W ou 14W selon le kit. Sans besoin de maintenance. Facilement transportable grâce à sa taille et son poids réduits. Le panneau solaire peut être fixé sur un toit (trous de fixations) ou être placé temporairement au soleil le temps de la recharge, afin de le rentrer facilement le soir si besoin. Sortie du panneau : câble de 5 m équipé d'un connecteur femelle type "allume-cigare". Charge d'un téléphone portable et de batteries AA Recharge d'un téléphone portable avec le panneau solaire grâce à sa prise allume-cigare 12V. Il suffit d'y brancher le câble allume-cigare 12V adapté au téléphone. Recharge de 3 piles rechargeables AA NiMH en les disposant à l'intérieur de la lampe ELIXO, à la place des batteries d'origine. Coût

Type de kit 1 lampe 2 lampes 3 lampes 6 lampes

Coût total TTC (1) 110 € 190 € 290 € 520 €

(1) Batteries lampes incluses

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ANNEXE – Exemple du projet KAKOULOU (Mali) (2009) : Coûts TTC (TVA = 18%) relevés dans les devis de 2 entreprises (ZEDsa et SEEBA) pour des générateurs photovoltaïques ayant une autonomie de 3 jours.

Décomposition des coûts d'investissement

Energie

journal.

(1)

Panneaux Batterie Régulateur Onduleur Autres

matériels Chantier

Coût TTC

générateur

252 Wh

80Wc

450 €

200Ah

12V

421 €

20A

12V

135 €

200W

315 € 504 € 376 € 2.201 €

110Wc

683 €

50Ah

24V

225 €

20A

24V

225 €

250W

675 € 265 € 0 (2) 2.073 €

324 Wh 160Wc

899 €

200Ah

12V

421 €

20A

12V

135 €

200W

315 € 504 € 468 € 2.742 €

963 Wh 350Wc

1.619 €

200Ah

24V

842 €

20A

24V

135 €

900W

899 € 796 € 884 € 5.175 €

1.152 Wh

350Wc

1619 €

400Ah

24V

1684 €

20A

24V

135 €

900W

899 € 504 € 997 € 5.838 €

440Wc

2734 €

300Ah

24V

1151 €

20A

24V

225 €

650W

944 € 387 € 0 (2) 5.441 €

1.404 Wh

525Wc

2428 €

400Ah

24V

1684 €

30A

24V

162 €

900W

899 € 841 € 1239 € 7.253 €

550Wc

3417 €

450Ah

24V

1726 €

20A

24V

450 €

1.000W

1709 € 850 € 0 (2) 8.152 €

1.790 Wh

525Wc

2428 €

500Ah

24V

2105 €

30A

24V

162 €

1.000W

1080 € 877 € 1370 € 8.022 €

660Wc

4102 €

450Ah

24V

1726 €

30A

24V

630 €

1.000W

1709 € 890 € 0 (2) 9.057 €

(1) Via un onduleur (2) Les coûts des matériels sont donnés chantier compris. Provision annuelle pour remplacement

Energie

journal.

(1)

Batterie Régulateur Onduleur Total

annuel TTC

coût / an coût / an coût / an

252 Wh 421 € 70 € 135 € 17 € 315 € 39 € 126 €

225 € 45 € 225 € 32 € 675 € 96 € 173 €

324 Wh 421 € 70 € 135 € 17 € 315 € 39 € 126 €

963 Wh 842 € 140 € 135 € 17 € 899 € 112 € 269 €

1.152 Wh 1.684 € 281 € 135 € 17 € 899 € 112 € 410 €

1.152 € 230 € 225 € 32 € 944 € 135 € 397 €

1.404 Wh 1.684 € 281 € 162 € 20 € 899 € 112 € 413 €

1.726 € 345 € 450 € 64 € 1.709 € 244 € 653 €

1.790 Wh 2.105 € 351 € 162 € 20 € 1.080 € 135 € 506 €

1.726 € 345 € 630 € 90 € 1.709 € 244 € 679 €

(1) Via un onduleur

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----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ---------- REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES TRANSENERGIE – Documentation du stage "photovoltaïque" CIEDEL (septembre 2004) ENERGIES NOUVELLES ENTREPRISES – Considérations générales concernant la charge des batteries (septembre 2009) – Les batteries, mise en service et entretien (septembre 2009) (energies-nouvelles-entreprise.pagesperso-orange.fr)

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