Énergie solaire photovoltaïque
Semaine 1 : Prédimensionnement des installations photovoltaïques
Guidance

Principe

Parfois, on peut disposer d'une expérience relative à une installation photovoltaïque déjà en service. La donnée importe est la valeur expérimentale de l'énergie réellement fournie par cette installation pendant un laps de temps donné. On peut alors déterminer le facteur d'utilisation de cette installation, c'est-à-dire le rapport entre l'énergie réellement fournie et celle qui aurait été fournie pendant le même laps de temps si l'installation avait produit constamment pendant cette période (y compris la nuit) une puissance égale à sa puissance nominale.

Les installations photovoltaïques étant modulaires, leur puissance nominale est simplement la somme des puissances nominales des modules photovoltaïques qui la composent.

Comme les conditions météorologiques varient de façon aléatoire, la notion de facteur d'utilisation n'est significative que s'il est déterminé sur une période suffisamment longue.

L'idée est d'utiliser le facteur d'utilisation relevé expérimentalement pour prédimensionner ou estimer l'intérêt économique d'une autre installation. Pour que ce soit possible, il faut que les deux installations soient similaires (même latitude, même climat, même type de modules photovoltaïques (silicium cristallin, silicium amorphe, triple jonctions ....), même orientation et inclinaison des modules, même application (pompage, éclairage nocturne, ....fourniture d'énergie au réseau), mode de gestion de l'installation (recherche du fonctionnement optimum des modules, gestion de batterie ...) et caractéristiques des accessoires (onduleurs....) similaires.

On voit que le procédé doit être appliqué avec prudence. Par contre, il permet de réaliser un prédimensionnement (ou une évaluation économique) presque sans calculs. De plus, comme ce calcul ne fait appel qu'à un minimum de considérations théoriques, il inspire plus facilement confiance à un non spécialiste !

Dans le cas d'une installation destinée à fournir de l'énergie au réseau, si l'époque de la production est sans importance (pour l'exploitant de l'installation photovoltaïque !), on peut calculer le facteur d'utilisation sur un nombre entier d'années complètes.

Par contre, si l'installation à concevoir est isoléen, il faut disposer du facteur d'utilisation sur une durée plus courte (par mois ou à la rigueur par saison) car on ne peut pas espérer stocker l'énergie sur une base saisonnière.

Connaissant l'énergie consommée pendant la période considérée, il suffit alors de diviser cette énergie par la durée de la péride (ce qui donne une puissance moyenne consommée) puis par le facteur d'utilisation pour obtenir la puissance nominale de l'installation à concevoir. A noter que, si l'´nergie consommée est exprimée en Wh , il faut exprimer la durée considérée en heures. Si celle-ci est exprimée en jours, une multiplication par 24 réalise la conversion en heures.
Ayant fait choix des modules, il reste à diviser la puissance nominale de l'installation par la puissance nominale d'un module pour obtenir le nombre de modules à prévoir.

Variantes

Le facteur d'utilisation d'une installation photovoltaï est toujours faible. Pour la Belgique, on arrive à des facteurs de l'ordre de ... 5% ... 15% ... en fonction de la saison, du type de module et de leur inclinaison. Les professionnels du photovoltaïque utilisent donc des variantes du calcul qui permettent de masquer ce fait. La façon la plus simple d'y parvenir est de jouer sur les unités de temps. Alors que le facteur d'utilisation est un nombre sans dimension, si on l'exprime en heures/ jour, sa valeur sera 24 fois plus grande. Le calcul reste simple si on commence par diviser l'énergie consommée (exprimée ne Wh) par le nombre de jours de la période (ce qui donne des Wh / jour, soit la puissance moyenne multipliée par 24) puis que l'on divise le résultat par le facteur d'utilisation exprimé en heures / jour.

Exprimer le facteur d'utilisation en heures / jour, heures / mois ou heures / an permet de lui donner une interprétation physique relativement simple : c'est le nombre d'heures pendant laquelle l'installation devrait fonctionner en conditions nominales (éclairement, température, spectre) et sans aucune perte d'énergie dans les auxiliaires (rendement de 100% de ceux-ci) pour fournir sur la période considérée (jour, mois ou année) la même puissance moyenne.

On peut aussi utiliser l'inverse du facteur d'utilisation, ce qui permet de multiplier l'énergie consommée par cet inverse ou lieu de la diviser par le facteur d'utilisation.

Par exemple, avec un inverse du facteur d'utilisation en jours / heure, il suffit de multiplier la consommation en Wh / jour par cet inverse pour avoir la puissance nominale de l'installation envisagée.

Remarque concernant les valeurs disponibles sur Internet

On peut trouver sur Internet des cartes indiquant le facteur d'utilisation (ou son inverse) en fonction de la situation géographique. Par exemple, on trouvera l'inverse du facteur d'utilisation (en jours / heure) sur la page Le dimensionnement solaire du site Solar Cell.

Ce type de renseignement doit être utilisé avec précaution car les conditions dans lesquelles ce facteur a été déterminé ne sont normalement pas complètement décrites (on peut supposer qu'il est relatif au matériel fourni par la firme) et ne correspondent pas forcément au type d'installation envisagée. On peut aussi se demander si ces coefficients sont bien le résultat d'expérimentation ou s'ils ont é:té calculés sur base de modèles. Dans ce dernier cas, comment savoir quels phénomènes ont été pris en compte (les phénomènes pénalisants sont nombreux, comme nous le verrons à la page suivante, et beaucoup de personnes sous-estiment leurs effets).

Dernière mise à jour le 14-03-2008