Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 1 : Prédimensionnement des installations photovoltaïques
Guidance

Principe

L'énergie est une grandeur qui se conserve. Il en résulte que, si l'on veut faire fonctionner plusieurs appareils simultanément, la puissance consommée par l'ensemble sera la somme des puissances consommées par chacun d'eux.

Pour estimer la puissance totale consommée, il faut donc connaître la puissance consommée par chacune des différentes utilisations prévues.

Vous pouvez trouver des indications sur Internet, par exemple sur le site THE EPICENTER

Parfois, on ne connaît pas la puissance consommée mais seulement le courant consommé (pour une tension tension d'utilisation spécifiée). On doit alors calculer la puissance comme suit.

• Pour les appareils alimentés en courant continu, on peut calculer la puissance par la formule (une des bases des circuits électriques).

  (S01-1a) p = u i

  où p est la puissance (en W), u la tension (en V) et i l'intensité du courant électrique (en A).

  Si vous devez déterminer expérimentalement la puissance consommée par un appareil à courant continu, la solution la plus simple sera souvent de mesurer la tension u et le courant i , puis d'appliquer la formule (S01-1a).

• Pour les appareils à courant alternatif (AC) monophasés, la formule ci-dessus ne s'applique pas. La puissance consommée par un appareil AC monophasé fluctue à l'échelle d'une période (20 ms en Europe), mais on peut facilement lisser ces fluctuations en stockant de l'énergie dans un condensateur. La grandeur à considérer est donc dans ce cas la puissance active, c'est-à-dire la puissance moyenne (moyenne prise avec une petite échelle de temps). On a l'expression

  (S01-01b) P = U I f.p.

  où P est la puissance active (en W), U la tension efficace (en V), I le courant efficace (en A) et f.p. un facteur, toujours égal ou inférieur à 1 , appelé le facteur de puissance.

  Pour les appareils qui consomment un courant sinusoïdal (ce qui n'est pas le cas de beaucoup d'appareils électroniques comme les TV ou les PC ), la notion de facteur de puissance se confond avec celle de cosj, où j est une mesure du déphasage entre la tension et le courant. On a alors P = U I cosj . Ce n'est que dans le cas des éléments purement résistifs, comme les ampoules à incandescences, les résistances chauffantes..., que le facteur de puissance est égal à 1 et que l'on peut écrire P = U I .

  On notera aussi que le produit S = U I porte le nom de puissance apparente et s'exprime en volt-ampères ( VA ) en non en watts (W). Si le vendeur d'un appareil spécifie la puissance apparente et le f.p. , vous pouvez obtenir la puissance active comme étant le produit des deux.

• Dans le cas des appareils triphasés consommant un courant sinusoïdal, la puissance est constante, ce qui évite de devoir stocker de l'énergie à courte échelle de temps. La formule donnant la puissance comporte un facteur racine de 3 qu'il ne faut surtout pas oublier sous peine de sous-dimensionner le circuit.

  (S01-38a)

  où U_L est la tension de ligne et I_L est le courant de ligne.

  A noter que la puissance apparente, qui s'exprime en VA , obéit dans ce cas à l'expression . Comme en monophasé, si le vendeur d'un appareil spécifie la puissance apparente et le f.p. , vous pouvez obtenir la puissance active comme étant le produit des deux.

Choix des appareils consommateurs

On notera que certains choix d'équipement peuvent modifier de façon importante la puissance consommée pour obtenir un même résultat. Ainsi, pour une quantité de lumière fournie identique, une ampoule à incandescence consomme environ 5 fois plus de puissance qu'un tube TL ou une ampoule "économique" (en fait moins économique qu'un tube TL puisque le ballast est jetable). Un frigo bien isolé consomme moins qu'un frigo "normal".

On évitera les appareils qui transforment l'énergie électrique en chaleur puisque la production de chaleur à partir de l'énergie solaire peut s'effectuer avec un meilleur rendement (et un coût moindre) par des panneaux solaires thermiques. Donc, le système de chauffage des lave-linges devrait être remplacé par une arrivée d'eau chaude. De même, pour être acceptable dans ce cadre, le fonctionnement des sèche-linges devrait être revu.

La consommation d'un appareil dépend aussi de la façon dont on l'utilise. Dans le cas d'un frigo, la consommation indiquée par le fabriquant est une consommation correspondant à une utilisation normale (il convient de définir ce que l'on entend par là). S'il a été prévu de n'ouvrir le frigo à vaccins que deux fois par jour, mais qu'on l'ouvre toutes les 10 minutes pour y placer et en retirer des canettes de bière, la consommation sera nettement plus élevée que prévu !

La décision d'utiliser des appareils consommant moins d'énergie dépend surtout d'un calcul économique. Le prix de l'énergie consommée est essentiel dans ce calcul. Actuellement, l'énergie solaire est très chère comparée à l'énergie fournie par le réseau électrique public, de sorte que l'on a tout particulièrement intérêt à choisir des appareils peu gourmands dans le cas d'une alimentation électrique solaire. C'est une des raisons pour laquelle on trouve sur le marché des "frigos solaires" et autres appareils conçus spécialement pour cette application.

Une prise de décision basée sur un calcul économique suppose que l'on ait calculé le prix (marginal) de l'énergie fournie par l'installation solaire. Le prix de l'énergie n'est pas le seul élément dont il faut tenir compte dans un calcul économique : il faut aussi prendre en compte la durée d'utilisation de l'appareil, sa durée de vie, le taux d'amortissement des investissements, la possibilité de récupérer la chaleur dégagée lors du fonctionnement.

La décision dépend aussi d'autres critères tels que l'encombrement (un frigo bien isolé thermiquement est plus gros qu'un autre de même volume utile), la qualité du service (certains trouvent la lumière des lampes "économiques" trop crue), l'esthétique (peu de personnes utilisent des tubes TL dans leur salon).

Dernière mise à jour le 15-03-2003