Saturday, April 30, 2016

La machine frigorifique à ab/adsorption


Principe de la machine à ab/adsorption

Le principe consiste à pulvériser de l'eau en fines gouttelettes dans un récipient sous vide. Du fait de la basse pression, l'eau s'évapore. Pour cela elle a besoin d'une certaine quantité de chaleur qui est extraite de l'eau à rafraîchir, circulant dans un circuit à travers le récipient.
Mais ce système ne peut fonctionner très longtemps : rapidement, le récipient sous vide sera saturé de vapeur d'eau, et l'eau dispersée ne s'évaporera plus. Il faut donc un moyen pour maintenir ou recréer le vide dans le récipient !
C'est là qu'intervient le sorbant. C'est soit un liquide, on parle alors d'absorbant, ou un solide poreux, on parle alors d'adsorbant. Il "boit" la vapeur d'eau contenue dans l'ambiance, et la retient. Au fur et à mesure qu'il ab/adsorbe de la vapeur, sa capacité d'ab/adsorption diminue jusqu'à être nulle, à saturation. Le sorbant est alors chauffé à une certaine température et "rend" la vapeur d'eau. Il récupère alors toutes ses propriétés d'ab/adsorption.
Exemple d'absorbant.
Dans les machines frigorifiques à absorption utilisées en climatisation, la substance absorbante est généralement le bromure de lithium (LiBr), le fluide réfrigérant, de l'eau. Ce type de machine permet de refroidir de l'eau jusque environ 5°C. La température de l'eau utilisée pour la régénération de l'absorbant doit être comprise entre 80 et 120°C.
Exemple d'adsorbant.
Le gel de silicium couplé avec de l'eau comme fluide réfrigérant. La température de l'eau utilisée pour la régénération de l'adsorbant doit être comprise entre 65 à 80 °C. Cette température plus basse est un avantage par rapport à la machine à absorption.

Fonctionnement

La machine à absorption

La machine frigorifique à absorption se divise en quatre composants principaux :
  1. l'évaporateur,
  2. l'absorbeur,
  3. le concentrateur,
  4. le condenseur.
  1. Dans l'évaporateur, le réfrigérant (ici de l'eau) est pulvérisé dans une ambiance à très faible pression. L'évaporateur est parcouru par un circuit à eau. En s'évaporant, le réfrigérant soustrait sa chaleur à cette eau qui est ainsi refroidie. 
    Une partie du réfrigérant pulvérisé ne s'évapore pas et tombe dans le fond de l'évaporateur où elle est pompée pour être à nouveau pulvérisée.
  1. La vapeur d'eau créée dans l'évaporateur est amenée à l'absorbeur. Il contient la solution absorbante (LiBr) qui est continuellement pompée dans le fond du récipient pour y être pulvérisée. Le LiBr absorbe la vapeur d'eau hors de l'évaporateur et y maintient ainsi la basse pression nécessaire à la vaporisation du réfrigérant.
Au fur et à mesure qu'elle absorbe la vapeur d'eau, la solution absorbante est de plus en plus diluée. Elle finirait par être saturée et ne plus rien pouvoir absorber.
  1. La solution est donc régénérée dans le concentrateur. Elle est réchauffée, par une batterie à eau chaude (environ 85°C) et une partie de l'eau s'évapore. La solution régénérée retourne à l'absorbeur.
  1. Enfin, la vapeur d'eau extraite du concentrateur est amenée dans le condenseur, où elle est refroidie par une circulation d'eau froide. L'eau condensée retourne à l'évaporateur.
Deux compléments au système augmentent son efficacité :
  • Une circulation d'eau froide dans l'absorbeur.
    Le phénomène d'absorption génère de la chaleur. La circulation d'eau froide dans le fluide absorbant évite sa montée en température, ce qui diminuerait son efficacité.

    Remarque : l'eau de refroidissement de l'absorbeur peut ensuite passer dans la batterie de refroidissement du condenseur.

  • Un échangeur de chaleur sur le circuit du fluide absorbant. 
    Le fluide chaud sortant du concentrateur qui retourne à l'absorbeur préchauffe le fluide qui va vers le concentrateur, économisant ainsi une partie de l'énergie nécessaire pour chauffer le fluide à régénérer.

La machine à adsorption

L'adsorbant étant solide, il est impossible de l'amener au fur et à mesure vers la source de chaleur pour être régénéré.
La machine fonctionne donc de manière cyclique. Deux récipients servent, tour à tour, d'adsorbeur et de désorbeur. Dans la première période, le premier adsorbant est utilisé pour la production de froid, tandis que l'autre est parcouru par l'eau chaude, et ainsi régénéré. Dans la seconde période, lorsque le premier adsorbant est saturé, il est remplacé par le second pour la production de froid, et est alors lui-même régénéré.
Techniques
L’utilisation des roues dessicantes est une application de ce principe.

Analogie avec la machine frigorifique traditionnelle


Bien que la machine à sorption semble assez différente de la machine frigorifique traditionnelle, le principe de base de fonctionnement reste le même :
  • circulation d'un fluide réfrigérant,
  • évaporation du fluide avec production de froid,
  • compression du fluide demandant un apport d'énergie,
  • condensation du fluide avec production de chaleur.
La différence réside dans :
  • Le moyen de comprimer le fluide, 

    • mécanique dans le cas d'une machine traditionnelle,
    • thermochimique dans le cas de la machine à sorption.

  • Le type d'énergie nécessaire à cette compression 

    • électrique dans le cas d'une machine traditionnelle,
    • calorifique dans le cas de la machine à sorption.
Machine frigo traditionnelle.
Machine frigo à absorption.

L'efficacité énergétique ou COP-froid

Une machine frigorifique est énergétiquement efficace si elle demande peu d'énergie pour fournir une puissance frigorifique donnée.
On évalue son efficacité par le calcul du COP (coefficient de performance) : rapport entre la puissance frigorifique produite et la puissance fournie au compresseur.
  • Dans le cas d'une machine frigorifique traditionnelle, la puissance fournie est électrique. Le COP d'une telle machine peut atteindre la valeur de 3, voire plus.

  • Dans le cas d'une machine frigorifique à absorption, le COP réel tourne autour de 0.7; celui d'une machine à adsorption varie entre 0.5 et 0.6.

Quel est alors l'intérêt d'une telle machine ?

Un premier avantage réside dans l'absence de compresseur mécanique, donc de vibrations et de bruits. D'où le fait que ces machines demandent un entretien limité et présentent une grande longévité.
Le second avantage vient de la possibilité de valoriser une énergie calorifique disponible et d'éviter ainsi la consommation électrique d'un compresseur.

Quelles sources de chaleur ?


La machine à sorption "fait du froid avec du chaud" !
Voici de quoi éveiller notre désir d'utiliser de la chaleur "gratuite" ! Ce n'est pas pour rien que ce type de machine est surtout répandue dans le secteur industriel parce que certains process libèrent une chaleur importante dont il est possible de tirer une puissance frigorifique utile par ailleurs.
Dans le secteur du bâtiment, on peut imaginer deux possibilités :

Refroidissement solaire

L'intérêt du refroidissement solaire réside dans la simultanéité de la demande de froid et de l'ensoleillement. Lorsque la chaleur nécessaire au fonctionnement de la machine frigo est fournie par le soleil, le froid fourni est gratuit (pas de coût, pas de pollution).
Ce système n'est pourtant pas encore utilisé en Belgique pour deux raisons :
  1. Pour fonctionner, la machine frigo à absorption demande une température d'eau minimale qui se situe entre 70 et 95°C en fonction du couple solvant-réfigérant. Pour atteindre cette température, l'emploi de capteurs performants est indispensable (sélectifs, sous vide, à faible concentration), ce qui induit un coût d'investissement assez important. 

  2. Lorsque l'ensoleillement n'est pas suffisant pour fournir de l'eau à température adéquate, une autre source de chaleur (d'appoint ou de substitution) doit permettre le fonctionnement du système. Des solutions de stockage peuvent résoudre le problème à certaines périodes, mais il reste toujours un certain nombre d'heures de fonctionnement où la chaleur doit être produite par du gaz ou du fuel. Pendant ces heures, le rendement du système est faible comparé au système classique de la machine frigorifique à compression. 

    L'intérêt de la machine frigorifique à absorption couplée avec des capteurs solaires doit donc être évalué sur base d'une moyenne annuelle, en tenant compte des heures d'ensoleillement exploitables. Cette évaluation dépend de nombreuses valeurs à estimer :
    • rendement de la chaudière,
    • rendement de la machine frigorifique à absorption,
    • proportion de la demande de froid qu'on peut produire avec l'énergie solaire (X) qui dépend du nombre d'heures d'ensoleillement exploitables,
      rendement moyen de la production électrique en centrale,
    • COP de la machine frigorifique à compression.
    Avec les hypothèses prises dans le schéma ci-dessus, le bilan au niveau de la consommation d'énergie primaire est favorable au système de refroidissement solaire si au moins 51 % de la demande de froid peut être satisfaite par l'énergie solaire. Pour évaluer la rentabilité économique du système, il faudrait tenir compte des prix de l'énergie et des coûts d'investissement.
    On peut néanmoins conclure de cette comparaison grossière qu'un tel système est à exclure, sous notre climat, pour un bâtiment dont la demande de froid proviendrait principalement des charges internes : la demande ne pourrait alors certainement pas être rencontrée par l'ensoleillement plus de la moitié du temps.
    Il pourrait par contre être envisagé pour un bâtiment dont la demande de froid est limitée aux mois d'été grâce à une conception adéquate (protections solaires, valorisation de l'inertie thermique, free cooling ou free chilling,...)
http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=11175
By - No comments:

Comment calculer la production photovoltaïque d'un panneau

Comment calculer la production photovoltaïque d'un panneau

Vous trouverez ici les formules de bases pour estimer la production photovoltaïque de panneaux solaires. Les pertes peuvent être estimée et intégrées dans le calcul de la production.

Théorie : formules de base pour connaître la production d'un panneau ou d'un système photovoltaïque

Calcul par le rendement du panneau (ou de la cellule)

E = S * r * H * Cp
E = énergie produite en Wh
S = surface du champ photovoltaïque  (exemple 7.14 m²)
r = rendement du module (14 % pour notre exemple)
H = ensoleillement/rayonnement sur la surface inclinée en kWh/m²  (1580 kWh/m².an pour le sud de la France)
Cp = coefficient de perte (varie entre 0.9 et ... très bas, soit un minimum de 10 %, la valeur fréquente étant entre 0.75 et 0.8)
Détail des pertes (varie selon les installations):
  • Pertes onduleurs 8% à 15 %
  • Pertes température 5% à 12%
  • Pertes câbles et connexion 2%
  • Pertes masque 0 % à 50% (dépend de l'implantation)
  • Pertes faible éclairement 3% à 7%
  • Pertes liées à la réflectivité environ 3%
Exemple Cp = 0.9*0.92*0.98*0.97*0.96*0.97 = 0.74 soit 26% de pertes totales
E = S x r x H x Cp
E = 7.14*14%*1580*0.74
E = 1168 kWh/an
Remarque : on peut définir ainsi un "coefficient de production" qui permet d’avoir rapidement une idée de la production attendue en fonction de la puissance installée.
Coefficient de production = Production / Puissance installée
Ici : Coefficient de production = 1.17.  Une installation similaire de puissance 3000 Wc aura donc une production d’environ
3000*1.17 = 3510 kWh/an.

Méthode de la puissance crête du module et des heures d’ensoleillement :

Un module se caractérise avant tout par sa puissance crête Pc, puissance dans les conditions standart STC.Le module exposé dans les conditions STC va produire à un instant donné une puissance électrique égale à cette puissance crête, et si cela dure Ne heures, il aura produit une énergie électrique E égale au produit de la puissance crête par le temps écoulé, au coefficient de pertes près :
E = Pc x Cp x Ne
E = énergie produite en Wh
Pc = puissance crête du panneau en kWc
Ne = Nombre d’heures équivalentes d’ensoleillement
Soit : énergie électrique produite (Wh) = Nombre d’heures d’exposition aux conditions STC (h)* Puissance crête.
Cependant, le rayonnement n’est pas constant pendant une journée d’ensoleillement, donc on ne peut pas appliquer strictement cette loi. Afin de calculer ce que produit un module photovoltaïque pendant une année d’ensoleillement qui a un certain profil et une énergie solaire intégrée en Wh/m², on va assimiler cette énergie solaire au produit du rayonnement instantané 1000 W/m² par un certain nombre d’heures que l’on appelle « nombre d’heures équivalentes pleine puissance».
Grâce à la valeur de 1000 de ce rayonnement de référence, le nombre d’heures équivalentes se retrouve exactement égal à l’énergie solaire intégrée si on l’exprime en kWh/m².an.
H = Ne * 1000
Soit : énergie solaire annuelle (Wh/m².an) = nombre d’heures équivalentes (h/an)*1000 (W/m²).
Dans notre exemple dans le sud de la France  H = 1580 kWh/m².an ou 1580000 Wh/m².an donc Ne = 1580000/1000 = 1580 h
On peut ainsi avoir la production électrique :
E = 1000 x 0.74 x 1580
E = 1 169 200 Wh/an soit 1 169 kWh/an
Simplement : E = Pc (kWc) * Ne * Cp
Remarque : Dans le cadre de l’obligation d’achat, la réglementation considère que pour la France métropolitaine le nombre maximal d’heures d’ensoleillement est de 1500 heures (1800 h dans les DOM et en Corse) et par conséquent le tarif d’achat  n’est applicable que jusque 1500h.
Gain maximal par an pour 1 kWc à un tarif de 0.55€/kWh = 1 x 1500 x 0.55 = 825 €
Ce quota d'heure permet d’éviter tout problème de fraude (exemple : brancher un chargeur en sortie des panneaux pour augmenter la production du système photovoltaïque).
By - No comments:
التسميات :

PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN PRESENCE D'UN MASQUE

  
Voir  page initiale à | CALCULS THEORIQUES |
Une installation est rarement située sur un terrain totalement dégagé de tout immeuble ou d'arbres.
Au cours de la journée, suivant la date dans l'année et l'heure du jour, des ombres peuvent venir cacher le soleil.
Cette page peut, si le sujet vous intéresse, vous aider à calculer votre perte de production d'énergie photovoltaïque en fonction du masque qui vous gêne.
I NOTION DE MASQUE:
On appelle, tout obstacle qui intercepte la lumière arrivant sur les panneaux. Naturellement il est responsable d'une baise de production électrique.
Il est donc utile de caractériser un masque et de calculer les conséquences.
En pratique, on peut caractériser un masque :
Par des créneaux horaires de non-éclairement, et alors le rôle du masque dépend du jour de l'année.
Ou par des relevés de couples hauteur - azimut, qui définissent un masque absolu. Le programme doit alors déterminer en fonction du jour de l'année, les créneaux horaires de non-éclairement.
1°) Représentation géométrique d'un masque :
Les différents obstacles sont représentés par des rectangles de hauteur H, à une distance D, vus depuis le centre de l'installation dans la direction donnée par la longitude L et une élévation sur l'horizon El.
Ainsi chaque obstacle est défini par 4 coordonnées ( L1 - El1 ) et ( L2 - El2 )
NB : Pour des contours complexes, on "habille" d'un rectangle pour définir les 4 valeurs angulaires correspondant aux cotés A1B1 et A2B2, soit ( L1,El1 ) et ( L2,El2 ). Plus loin, dans cette page est précisé l'usage de ces valeurs.
2°) Représentation graphique d'un masque :
La société ENERTECH26160 Félines sur Rimandoule propose sur son site une feuille graphique avec un abaque permettant de reporter le masque sur ces abaques ( Azimut - Hauteur ) de position solaire, ce qui donne pour chaque mois de l'année, les intervalles horaires d'action des masques.
Le résultat pratique est le suivant:
3°) Comment réaliser soi-même la représentation du masque ?
Je suggère 3 méthodes :
1 - La plus simple pour une évaluation ponctuelle, est de relever les heures de coupure de lumière et de les reporter sur l'abaque. C'est bien sûr un travail fastidieux, mais qui se faire une fois par semaine par exemple.
2 - La deuxième, si elle est possible, est d'évaluer les distances d, H et l'azimut avec une boussole. Le rapport H/d donnera tg(El) d'où El. Bien sûr une boussole est nécessaire pour obtenirla longitude L.
3 - La méthode expérimentale qui consiste à relever les frontières des obstacles avec un dispositif adéquat; Tout est excellemment décrit en ciblant le lien ci-dessous.
&
Dans tous les cas, le résultat représentant l'obstacle est un segment du plan de coordonnées  L, El, venant en surimposition sur l'abaque.
4°) Interprétation du masque en terme d'énergie ?
Attention: ce n'est pas parce que le soleil est visible depuis l'installation que celle ci fournira de l'énergie, tout dépendra de l'orientation du toit et de sa pente. C'est donc à ce niveau qu'interviennent les logiciels que j'ai développés. Pour eux, ce sont essentiellement les heures qui vont compter.
Toutes les méthodes devront donc avoir comme points communs, le calcul des heures de coupure, un jour donné.
Le segment B1B2 doit être lu conjointement avec les courbes roses ( heures solairesdu jour ) et les courbes en cloche noires ( 2 dates possibles de l'année ).
NB : Quand une date n'est pas sur une courbe noire, une interpolation est nécessaire.
EXEMPLE avec A1B1 : Le 20 janvier ou le 22 novembre, le soleil n'éclairera les panneaux qu'à partir de 10 h du matin.
Le 21 mai ou 23 juillet, le soleil arrivera vers 7 h 30 mn.
II CALCUL DE LA PERTE D'ENERGIE THEORIQUE DUE AU MASQUE:
Tant que nous n'aurons pas parlé du redement, nous en restons au calcul de l'énergie théorique maximale, en conditions idéales et avec ou sans masque ce qui donnera la perte due à chaque obstacle.
Il st forcément dérivé de VOLTAIC2.EXE qui calcule l'énergie théorique sans masque sur une journée. Nous rajoutons tout simplement la demande supplémentaire du créneau horaire de coupure, un jour précis de l'année. Ce calcul doit être repris pour tout masque élémentaire. Cette routine n'est prévue que pour un seul créneau de masque.
Par exemple le 20 janvier le soleil n'est visible qu'à 10 h au soleil soit 11 h en heure locale en France.
Le calcul donne sans masque à 15.4 KWh
Avec masque ( le soleil se lève à 8 h 22 mn ) donc de 8 h 22 à 11 h les panneaux sont à l'ombre.
On donnera au programme les heures 8 h - 11 h
RESULTAT : Le masque ci-dessus coûte très cher, 23.2% de l'énergie du 20 janvier avec une perte de 3.58 KWh sur les 15.4 KWh possibles sans masque et en conditions idéales.
Remarque : Un masque de 8 h 22 à 9 h 30 en début de matinée n'aurait coûté que 7.8 % . Ce u'il faut bien retenir et les simulations le montrent bien, c'est que les masques sont très coûteux lorsque le soleil est haut, typiquement entre 10 h et 16 h.
Dans un premier temps, avant que je tente de développer une routine pour un masque plus complexe, disons avec par exemple au maximum 4 créneaux horaires de coupure, il suffit de faire tourner la routine VOLTAIC4 .EXE pour chaque masque simple. La perte sera la somme des pertes.
J'ai réalisé la routine pour un masque multiple de 4 intervalles pénalisants. Vous pouvez la lancer par
Exemple: Installation latitude 45°, longitude 0°, toit incliné de 30° orienté plein sud avec une puissance crête de 2800 Watts
III CONSEIL TRES IMPORTANT EN PRESENCE D'UN MASQUE:
Pour les particuliers qui souhaitent installer une production photovoltaïque, il existe une règle dite des 18°, qui préconise de ne pas installer si l'horizon ne se dégage qu'au-dessus de 18°
Géométriquement, ce conseil se traduit par la règle des distances à respecter pour le masque, à savoir qu'un masque de hauteur H, doit se situer au minimum à une distance D > = 3*H  ( i.e des arbres de 15 m à plus de 45 m ).
En effet la trigonométrie donne Tg( masque) = 1/3 à Masque vu sous 18°.43, c'est la règle des 18°.
On peut essayer de vérifier avec le programme spécialement dédié MASQUE18.EXE.
Exemple 1: A une latitude 45°, longitude 0°, un toit incliné de 30° orienté plein sud, une installation de 16 panneaux de 180 Watts chacun, avec un masque général de 18°, perd le 21 décembre  51.6%, sur les 15.5 KWh possibles de la journée.
On peut tester d'autres masques, avec la saisie de l'angle en degrés dansMASQUE_V.EXE.
Exemple 2: Avec un masque de 10°, la perte n'aurait été que de 19.2%, avec la même installation et le même jour.
Exemple 3 : Changeons de date, avec la même installation, mais le 21 février et :
à 18° à 19.3% sur 19.5 KWH
à 15° à  14.4% sur 19.5 Kwh
Exemple 4 :  Au début de l'été 18° de masque général le 21 juin coûtent  1.2% pour une énergie possible de 22.44 KWh. Le soleil est en effet très haut et le masque n'est pratiquement jamais pénalisant, sauf au lever et coucher du soleil, lorsque les panneaux sont éclairés ( sans masque ) tangentiellement, ce qui explique la faible perte d'énergie. 
IV EXEMPLE CONCRET AVEC MON INSTALLATIO ET UN MASQUE:  
Mon installation est pratiquement plein sud, mais une forêt de pins à l'Est le matin et l'Ouest le soir me pénalise, notamment en hiver où le soleil est bas sur l'horizont
Le 5 février 2010, à 12 h 40, la puissance maxi est de 1760 Watts, la production du jour est de 9.11 KWh, avec un masque évident jusqu'à 9 h 40 puis à partir de 16 h. Les températures sont de 4°C au lever, 10°C au coucher, 12°C maxi et des panneaux estimés à 24°C au mieux.
Ces masques me coûtent 3.15 Kwh soit 25 % de la production journalière.
Je lance le programme le plus complet, tenant compte de la température et des masques et on trouve avec PRODUCT.EXE, une production de 9.36 KWh avec une erreur possible de 0.5 KWh, la valeur réelle de 9.11 KWh est donc validée.
By - No comments:
التسميات :

RENDEMENT D'UNE INSTALLATION DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES

RENDEMENT D'UNE INSTALLATION DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES
  
On lit par exemple, que globalement, une installation de P Kwc ( Kwc = Kilowatt crête ) produira dans le Sud de la France une énergie E = 1.2 * P en Kwh et dans le Nord 0.9 *P Kwh.
Comprenons nous : si on pose dans le Sud des panneaux de 2900 Wc = 2.9 Kwc ils produiront E = 2900*1.2 = 3190 Kwh (Information confirmée sur un site de simulation, pour une orientation sud et une pente de 30° à 2800 Kwh )
Dans cette page, nous allons essayer d'identifier les paramètres qui jouent sur le rendement.
Qu'est-ce que le Kilowatt crête ( en abrégé KWc )?
C'est la puissance d'un panneau produisant 1 Kwh en 1 heure d'éclairement, dans des conditions idéales, avec les rayons solaires suivant la normale aux panneaux.
En clair, quand l'état autorise l'installation chez un les particulier de panneaux de puissance maximum 3 KWc, cela signifie que quelques jours de l'année ( et encore ceci dépend de la région ), à  une heure optimale, où le soleil éclairera les panneaux perpendiculairement à leur surface, s'il n'y avait aucune perte, il produiraient 3000 Wh pendant 1 heure.
Exemples :
1 - Vous habitez sur le méridien de Greenwich, à une latitude de 48°.5, le toit de votre installation de 2800 Wc ( 16 panneaux de 180 Watts ) pointe le sud et est incliné de 25°, vous n'aurez  les rayons du soleil perpendiculaires aux panneaux que le 21 juin à 14 h. Voici ce que donne le programme VOLTAIC1 pour une latitude de 48°.44, un toit incliné de 25° orienté sud
Nb : Ne soyez pas étonné de ne pas obtenir les 2800 Watts espérés. En effet la donnée constructeur 2800 Wc suppose un éclairement solaire de 1000 Watts/m² dans les conditions AM1.5. Dans notre cas, le Soleil, à 14 h a une hauteur de 65° et l'épaisseur atmosphérique traversée ne permet pas d'obtenir les 1000 Watts, il parvient seulement environ 900 W/m² sur les panneaux.
2 - Pour un lieu ( Hémisphère nord ) de latitude LAT, une pente de toit PENTE, orienté plein sud, vous ne pouvez avoir le soleil perpendiculaire à vos panneaux, que si
LAT <= PENTE + 23°.44
Vous obtiendrez la puissance maximum pendant une période d'autant plus longue que la latitude est petite.  
3 - Pour les mêmes données que ci-dessus, mais au solstice d'hiver, la puissance est nettement moindre.
I PRECISIONS SUR LE RENDEMENT ENERGETIQUE:
Le rendement global K du système inclus l’ensemble des pertes provoquées par ses composants, des modules jusqu’au point d’injection du courant alternatif sur le réseau de distribution.
Le calcul du rendement permet de rendre compte de la qualité de fonctionnement d’une installation, indépendamment d'autres paramètres qui sont imposés( latitude, orientation, inclinaison du toit ) ou technologie des panneaux ( mono cristallins ou poly cristallins … ) Il relie l'énergie produite à l'irradiation reçue
E = F x a x S x R
E énergie produite /an (KWh/an)
F    Irradiation annuelle reçue par les panneaux ( KWh/m²/an )
a  Rendement constructeur ( entre 12 et 18 % )
S surface des panneaux ( m² )
K rendement global
Il faut bien préciser les termes. Le résultat énergétique global d'une installation dépend de:
1 - La qualité du matériel, mais une fois installé, les performances ne varient plus sauf avec  le vieillissement. Par exemple un panneau de 1.3 m² délivre 180 W crête, alors qu'il reçoit 1300 W, donc a = 13.7 %. Ce rendement est verrouillé et ne baissera qu'avec l'âge de l'installation.
2 - L'orientation du plan de l'installation et la région, là encore la performance est verrouillée.
3 - Les conditions de montage et les paramètres physiques de fonctionnement, c'est ce dernier point qui est le plus intéressant et qui peut différentier 2 installations  identiques sur les points 1 et 2. Nous ne nous intéressons donc qu'à R.
1-           Le matériel :
Informez-vous sur le matériel : Les modules au silicium cristallin, les plus répandus, peuvent avoir une durée de vie d’une trentaine d’année.
Exigez la garantie du constructeur et la référence aux normes NF-CEI 61215 (silicium cristallin) et NF-CEI 61646 (couches minces). Les onduleurs récents sont eux aussi très fiables : ils sont censés tenir dix ans en moyenne avant la première panne.
L’ensemble des conditions techniques garantissant la qualité et la pérennité d’une installation photovoltaïque est contenu dans l’ouvrage : "Générateurs photovoltaïques raccordés au réseau. Guide de rédaction du cahier des charges techniques de consultations à destination du maître d'ouvrage" (n°5047 - disponible fin Mai 2004 - ADEME Editions - Angers).
On distingue les panneaux mono cristallins pouvant atteindre 18%, des poly cristallins avec 16%. Il faut comprendre que c'est l'énergie maximum produite avec un panneau face au soleil, qui fournit 1000 watts/m² et donc le panneau recueille au maximum 160/m² en poly cristallin. La réalité est plus proche de 14 que de 16 % pour les 2 types.
2-           Le montage :
Illustrons la chaîne de production énergétique, en partant de l'énergie que le soleil nous envoie gratuitement, avec naturellement les précautions liées aux paramètres variables qui l'influencent
NB :Chaque niveau de calcul est traité par des routines de plus en plus complètes, pour rendre compte de la réalité des transformations de l'énergie fournie par le soleil. Vous les trouverez dans les paragraphes qui suivent.  
PROBLEME IMPORTANT :
Ce qui n'est pratiquement jamais signalé par les installateurs ou les démarcheurs, c'est le rôle négatif très important des ombres. 
Ne pas confondre ombres et masques. On appelle masque, un écran ( verdure, immeuble, angle de maison ) relativement important qui "intercepte" la lumière du soleil et réduit la puissance à 0.
Une ombre est un obstacle mineur, arbre, pylône etc... qui n'intercepte qu'une partie très limitée du rayonnement solaire avec une grande partie de l'installation pleinement éclairée et un ou deux panneaux peu éclairés. 
Les panneaux sont en général groupés en série  ( par exemple les 16 panneaux sont répartis en 2 groupes de 8 panneaux en série) et en parallèle ( par exemple les 2 groupes précédents sont reliés en parallèles . Donc pour fixer les idées si un panneau fonctionne en 30 Volts, le groupe de 8 donnera 240 volts et le montage parallèle conservera cette tension 240 V, en multipliant par 2 l'intensité.
Le problème est qu'en série, tous les éléments sont traversés par la même intensité, donc si l'un d'eux "NE PRODUIT PAS" ( il s'oppose au passage du courant ), c'est tout le groupe de 8 qui ne produit pas.
Donc une ombre même légère est catastrophique, d'autant plus si elle se "promène" sur l'installation. 
I NOTIONS ASSOCIEES AU RENDEMENT INSTANTANE :
L'important pour un propriétaire d'une installation photovoltaïque est de prévoir l'énergie réelle que l'on peut espérer, énergie qui résulte de la puissance.
Ainsi, pour une puissance instantanée Pth ( théorique ) effectivement captée par les panneaux, c'est à dire en conditions idéales, en ne tenant compte que de l'angle d'incidence), le compteur de vente à EDF, indiquera une puissance Pr réelle moindre.
On appelle donc rendement instantané le nombre K ( à ne pas confondre avec R ) :

Bien évidemment K n'est pas une constante, ce qui complique les calculs de production à l'année.
III FACTEURS INFLUANT SUR LE RENDEMENT K:
Tiré du site http://www.photovoltaique.info/Rendement-d-un-systeme.html, le rendement dépend de
·           le rendement de l’onduleur et son adaptation aux caractéristiques du champ photovoltaïque.
·           la présence de masques (proche et lointain)
·           les pertes dans les câbles
·           la température de fonctionnement des modules
·           la qualité d’appairage des modules selon leurs caractéristiques réelles (mismatch)
·           la typologie de câblage des séries de modules tenant plus ou moins compte des masques proches.
·           la tolérance sur la puissance crête de l’installation (divergence entre puissance théorique nominale et puissance réellement installée)  
·           l'épaisseur d'atmosphère traversée par les rayons lumineux qui joue sur l'absorption et la diffusion de la lumière et de certaines longueurs d'onde, suivant les composants atmosphériques.
Voir la notion de coefficient AIR-MASSE
a)    Les conditions de fonctionnement des équipements :
Comme tout système physique, les caractéristiques  du système sont fournies dans un cadre très strict.
Par exemple le constructeur donne une puissance nominale de 180 Watts/panneau ( à + ou  - 3% )  sous les contraintes suivantes:
à Ciel parfaitement dégagé, sans nébulosité, avec un Soleil délivrant perpendiculairement au panneau 1000 W/m² ( constante solaire au sol avec les conditions AM1.5 ( voir annexes ) )
à Température de fonctionnement de 25°C. Si la température des panneaux croît, l'énergie fournie décroît.
En moyenne la perte est évaluée à environ 0.4 % /°C
Les fabricants de panneaux fournissent ces données, dans les caractéristiques du matériel.
à NB : Pour moi il est possible que les 3% d'écart  proviennent des variations de la distance Terre-Soleil qui augmente environ de 1.5% à l'apogée ( En janvier ) et diminue environ de 1.5% au périgée ( en juillet ), variations par rapport à la distance moyenne ( 1 UA = 149.6 millions de Km ).
Comme le flux lumineux varie en raison de l'inverse du carré de la distance et que ces variations sont petites, tout esprit physicien retrouvera un écart de 3% dur l'énergie reçue.
Donc dans un calcul rigoureux, cette quantité ne fait pas vraiment partie du rendement, puisque c'est une variation maîtrisée par le calcul exact ( tenant compte de la date et de l'heure ).
b)    Les facteurs du rendement:
Ils sont multiples et liés à l'installation:
1 - La température de fonctionnement des panneaux ( Certainement plus importante que la température ambiante extérieure ) est de loin le facteur le plus important. Généralement les caractéristiques constructeurs sont données à 25°C
Les variations de voltage sont de - 0.04 V/°C et celle d'intensité de - 0.38 A/°C
On peut facilement imaginer une température de 60°C l'été soit un diifférentiel DT = 35°C par rapport à 25°C, ce qui donne, par un calcul de différentielle logarithmique, sur P = U * I en continu:
DP/P = dV/V + dI/I = - [0 .04 + 0.38 ] x 35 = 14.7 % disons - 15% . C'est cette perte qui justifie qu'en Belgique où la température est moins élevée que dans le midi de la France et le flux solaire plus faible, le rendement n'est guère plus faible que dans le midi où la température monte très haut et le flux solaire est plus grand.
2 - La présence d'un masque :
Ce peut être des arbres ou des bâtiments qui à certaines heures de la journée et certainement plus fréquemment en hiver qu'en été, privent les panneaux de lumière. Bien évidemment, il m'est impossible de chiffrer les pertes. Cependant, dans les routines que j'ai développées, vous pourrez tester et calculer en grandeur nature et pour le masque éventuel qui vous concerne ou vous intéresse, les pertes.
3 - Le câblage et l'onduleur :
Voir à Excellent exposé scientifique, réalisé par des ingénieurs:http://labs.ti.bfh.ch/fileadmin/user_upload/lab1/pv/me_05.pdf
Les pertes dans les raccordements dépendent bien sûr de leur longueur et du dimensionnement, les spécialistes avancent le chiffre d'une perte de 0.5%, ce qui est faible.
Quant à l'onduleur, le problème est beaucoup plus complexe, car ses performances dépendent de sa technologie et de son aptitude à travailler au point optimal.
Une valeur raisonnable des pertes est de l'ordre de 3 à 5%.
Bien évidemment K n'est pas une constante, ce qui complique les calculs de production à l'année.
IV CALCULS REELS DE PRODUCTION :
Il est clair que je ne peux pas connaître la météorologie du lieu où habite un visiteur de mon site.
Pour simuler la production réelle, en sortie de l'onduleur, c'est à dire pour connaître l'énergie revendue à EDF, vous pouvez lancer le programme PRODUCT.EXE qui vous demandera :
Vos coordonnées géographiques
Les caractéristiques de votre installation, inclinaison de toit et son orientation, nombre de panneaux et puissance de chacun
Les masques éventuels en créneaux horaires
Les températures caractéristiques dans la journée et celle estimée des panneaux solaires, à partir desquelles on modélise le comportement en température et rendement du système complet.
La date
Le rendement de l'onduleur, si vous le connaissez, sinon donnez 0.965 ( par exemple pour 96.5% )  
Le rendement du câblage, si vous le connaissez, sinon prenez 0.99
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------
Annexes:
Constante solaire en fonction du nombre air masse :d'après l'excellent site
http://www.cythelia.fr/images/file/Convertisseurs%20photovoltaiques_Alain%20Ricaud_Nov-07.pdf 
En provenance de http://www.smf.asso.fr/Ressources/Bessemoulinbis31.pdf
Le rayonnement hors atmosphère
Quelques liens :
Calcul puissance rayonnement
http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM23/RM23e/RM23e03.html
http://chimix.com/an10/concours10/general03.html
http://www.ines-solaire.com/solpv/page15.html
http://sti.ac-dijon.fr/IMG/presentation_PV.pdf très bien
http://www.caue71.fr/doc/169_lation-solaire-photovolta-que-collectivit-s-v2.pdf
http://www.smf.asso.fr/Ressources/Bessemoulinbis31.pdf excellent 
Modèle excellent de rapport très détaillé

By - No comments:
التسميات :
Subscribe to: Posts (Atom)

التعليقات

Search This Blog