Comment calculer la configuration appropriée pour votre propre petit système hors réseau ?

Avez-vous déjà pensé à utiliser votre propre système d’énergie solaire dans un chalet de montagne, un bateau de pêche ou un camping-car pour vous libérer de la dépendance au réseau public ?

En réalité, ce n'est pas une tâche réservée aux ingénieurs. En maîtrisant quelques étapes et formules clés, vous pourrez calculer la configuration appropriée pour votre propre petit système photovoltaïque hors réseau.

Un système solaire hors réseau est un système indépendant qui ne dépend pas du réseau public, mais s'appuie entièrement sur la production d'énergie photovoltaïque et le stockage sur batterie pour répondre aux besoins en électricité. Il est idéal pour les zones montagneuses isolées, les îles, les régions pastorales, les camping-cars, les bateaux de pêche et autres zones où le réseau électrique est instable.

Ci-dessous, nous vous guiderons à travers quatre étapes pour calculer la configuration requise.

Étape 1 : Déterminer la puissance du module photovoltaïque

La puissance des panneaux photovoltaïques (panneaux solaires) détermine la quantité d’électricité que votre système peut générer.

L'approche de calcul principale est la suivante : déterminer d'abord la demande quotidienne d'électricité, puis la combiner avec les conditions climatiques locales (notamment la durée d'ensoleillement) pour déterminer la puissance totale des panneaux photovoltaïques.

Formule:

Puissance du module = (Demande quotidienne d'électricité × Facteur de surplus de jour nuageux continu) ÷ (Heures d'ensoleillement moyennes locales × Efficacité du système)

* Consommation électrique quotidienne : elle peut être calculée en additionnant la puissance nominale de tous les appareils multipliée par leur temps d'utilisation.

Par exemple, des lumières LED 10 W × 5 heures = 50 Wh, un réfrigérateur 60 W × 24 heures = 1440 XNUMX Wh.

* Facteur d'excédent de jour nuageux continu : pour tenir compte de la production d'électricité insuffisante pendant les jours nuageux consécutifs, ce facteur est généralement fixé entre 1.1 et 1.3.

* Moyenne locale d'ensoleillement quotidien : cette moyenne peut être obtenue à partir des données météorologiques locales. Par exemple, Pékin bénéficie en moyenne d'environ 4 heures d'ensoleillement par jour, tandis qu'Hainan peut en bénéficier plus de 5.

* Efficacité du système : elle prend en compte les pertes de câbles, l'efficacité du contrôleur, les pertes de l'onduleur, etc., et est généralement définie entre 0.75 et 0.8.

Par exemple :

En supposant que votre consommation électrique quotidienne est de 3,000 4.5 Wh, que les heures d’ensoleillement quotidiennes moyennes locales sont de 0.78 heures, que l’efficacité du système est de 1.2 et que le coefficient de jours de pluie continus est de XNUMX :

Puissance du module = (3,000 1.2 × 4.5) ÷ (0.78 × 1,026) ≈ XNUMX XNUMX W

Cela signifie que vous devez installer des panneaux photovoltaïques d'une puissance totale d'environ 1 kW, soit quatre modules de 250 W.

Étape 2 : Déterminer la puissance de l’onduleur hors réseau

L'onduleur convertit le courant continu (CC) provenant de panneaux photovoltaïques ou de batteries en courant alternatif (CA) destiné à être utilisé par les appareils électroménagers ordinaires.

Sa puissance doit être suffisante pour répondre à votre demande de puissance instantanée maximale, notamment en tenant compte du courant d'appel des charges inductives (équipements motorisés).

Formule:

Puissance de l'onduleur = (Puissance totale de la charge résistive + Puissance totale de la charge inductive × 5) × Facteur de marge ÷ Facteur de puissance

* Charges résistives : dispositifs résistifs tels que les ampoules, les bouilloires électriques et les fours.

* Charges inductives : Équipements équipés de moteurs ou de compresseurs, tels que réfrigérateurs, pompes à eau, climatiseurs, etc. La puissance instantanée au démarrage peut être 5 à 7 fois supérieure à la puissance nominale.

* Facteur de sécurité : généralement défini entre 1.2 et 1.5 pour garantir une marge.

* Facteur de puissance : généralement défini entre 0.8 et 0.9.

Exemple :

En supposant que vous ayez un luminaire de 200 W (charge résistive), un réfrigérateur de 100 W (charge inductive), un facteur de marge de 1.3 et un facteur de puissance de 0.85 :

Puissance de l'onduleur = (200 + 100 × 5) × 1.3 ÷ 0.85

≈ (200 + 500) × 1.3 ÷ 0.85

≈ 700 × 1.3 ÷ 0.85

1070 W

Vous aurez besoin d'un onduleur d'une capacité minimale de 1.1 kW, et il est recommandé de choisir un modèle de 1.5 kW pour une plus grande stabilité.

Étape 3 : Déterminer la capacité de la batterie

La batterie constitue le « stockage » d'énergie du système hors réseau. L'électricité utilisée la nuit ou par temps nuageux provient principalement de celle-ci. Sa capacité dépend du nombre de jours d'alimentation continue et de la consommation électrique quotidienne.

Formule:

Capacité de la batterie (Ah) = (Consommation électrique quotidienne × Nombre de jours d'alimentation par temps nuageux) ÷ (Profondeur de décharge × Efficacité de charge/décharge × Tension de la batterie)

* Profondeur de décharge (DOD) : pour les batteries au plomb-acide, une DOD de 0.5 à 0.6 est recommandée ; pour les batteries au lithium, une DOD de 0.8 à 0.9 est acceptable.

* Efficacité de charge/décharge : généralement définie entre 0.85 et 0.9.

* Tension de la batterie : les tensions courantes incluent 12 V, 24 V et 48 V ; des tensions plus élevées sont recommandées pour des besoins de puissance plus élevés.

Exemple :

En supposant que vous utilisez 3000 2 Wh par jour et que vous souhaitez avoir de l'électricité pendant 48 jours de temps nuageux, en utilisant une batterie au lithium 0.9 V (DOD = 0.9, efficacité = XNUMX) :

Capacité de la batterie = (3000 × 2) ÷ (0.9 × 0.9 × 48)

≈ 6000 ÷ 38.88

≈ 154 Ah

Vous auriez besoin d'une batterie 48V 154Ah (environ 7.4 kWh).

Étape 4 : Déterminer les spécifications du contrôleur

Le contrôleur photovoltaïque régule le processus de charge des modules photovoltaïques vers la batterie.

Ses spécifications dépendent principalement du courant d'entrée maximal, calculé à l'aide de la formule suivante :

Formule:

Courant d'entrée du contrôleur = Puissance maximale des modules photovoltaïques ÷ Tension de la batterie

Par exemple, si vos panneaux photovoltaïques ont une puissance totale de 1000 W et que la tension de la batterie est de 48 V :

Courant d'entrée du contrôleur = 1000 ÷ 48 ≈ 20.8 A

Il faut donc sélectionner un contrôleur avec un courant d'entrée supérieur à 21A, généralement de type MPPT (efficacité supérieure, plus avantageux par temps nuageux).

Conseils pratiques

1. Prévoyez une marge : la durée de vie et la stabilité opérationnelle de l'équipement dépendent d'une conception de redondance appropriée ; ne fixez pas les paramètres de manière trop rigide.
2. Le MPPT est supérieur au PWM : bien que les contrôleurs MPPT soient légèrement plus chers, ils offrent une efficacité de production d'énergie supérieure, en particulier dans des conditions d'éclairage instables.
3. Privilégiez les batteries lithium-ion : elles sont compactes, légères et capables de décharge profonde, offrant ainsi des économies à long terme.
4. Planifiez une expansion future : si vous prévoyez d’ajouter d’autres appareils à l’avenir, assurez-vous d’une capacité d’interface suffisante pour le système photovoltaïque et les batteries.

L’essentiel de la conception d’un petit système photovoltaïque hors réseau réside dans le calcul précis de la configuration en fonction des besoins réels, plutôt que de simplement « acheter quelques panneaux et batteries » et d’en rester là.

Maîtrisez ces 4 formules :

1. Formule de puissance d'un module photovoltaïque
2. Formule de puissance de l'onduleur
3. Formule de capacité de la batterie
4. Formule du courant d'entrée du contrôleur

Vous pouvez ensuite calculer une configuration pour un petit système hors réseau qui soit à la fois suffisante et stable.

Lors de la première conception, vous pouvez ajouter une marge supplémentaire de 10 à 20 % en fonction des résultats de la formule, ce qui permet une plus grande flexibilité dans la gestion des changements météorologiques et de l'extension de l'équipement.