274 Optimisation d'une centrale solaire …

274 Optimisation d'une centrale solaire …

Réaliser une centrale solaire photovoltaïque* n'est pas bien sorcier. En revanche, si l'on veut obtenir un rendement optimal, là les choses se compliquent un peu. Alors voici le fruit de mes nombreux essais et mesures qui m'ont permis d'obtenir un rendement maximal...

Pour mieux appréhender le problème de la régulation sur une série de panneaux voltaïques, j'ai fait deux distinctions (journalier et saisonnier), ainsi, il sera plus aisé de comprendre les raisons d'un tel dispositif. Bien sûr, je ne parle pas du régulateur en lui-même qui doit obligatoirement s'intercaler dans le système mais uniquement sur la disposition des panneaux par rapport à la course du soleil (sur un jour) et aux saisons (sur un an cette fois) !

1) Centrale avec panneaux orientés Sud pour le soleil zénital.

En premier, le débit moyen sur l'ensemble de l'année...

Quand on installe des panneaux solaires, on a tendance à les abaisser en les orientant vers le Sud. Autrement dit en les mettant tous à « plats » sur le plan longitudinal et en les inclinant quand même vers ce côté Sud. Le soleil, en effet ne montant qu'à la latitude de 23,5° N en fonction des saisons, il ne viendra donc jamais à la verticale du lieu d'implantation dans nos hémisphères tempérés. Il faudra donc abaisser les panneaux d'au moins 20 - 25° (si vous êtes à plus de 46° N). D'où l'emplacement classique sur un toit orienté au Sud. Mais cet angle ne sera pas encore l'idéal car en effet, au solstice d'hiver (à Noël) le soleil, lui, sera rendu à 47° de plus au Sud à sa course zénitale (sera rendu sur le tropique du Capricorne à 23° Sud). Donc si on veut être optimal « quel que soit la saison », il faudra encore abaisser cet angle de 23° de plus donc au final 23+23 = 46° d'inclinaison pour satisfaire « une moyenne » de bonne exposition sur les 4 saisons cette fois.

Donc premier point : incliner les panneaux au Sud de 45° (à minima, fonction de votre latitude) environs par rapport à l'horizontal permettra de moyenner une bonne production sur l'ensemble de l'année. Cette position assez inclinée assurera un autre avantage et qui n'est pas négligeable avec les orages violents d'aujourd'hui, ce sera une meilleure défense contre la grêle.

2) Centrale avec panneaux orientés Sud mais en situation d'orientation « progressive ».

Maintenant donc, en second lieu, le débit moyen sur la journée cette fois...

Quand les panneaux sont installés à plat (et abaissés vers le Sud comme décrit précédemment...), le débit maximal sera obtenu seulement aux heures zénitales de la journée. C'est-à-dire en pratique, entre 10h et 14h, heure solaire (12h à 16h à l'horloge - heure d'été). En effet, le matin et le soir, les panneaux recevant la lumière sous un angle bas débiteront beaucoup moins et à contrario le midi, de trop (effet limitatif du régulateur). Inconvénient immédiat de cette disposition, pour le milieu de journée, c'est que le régulateur va vous écrêter le débit au moment maximum de la production pour ne pas dépasser la tension limite autorisée (en général 13,8 – 13,9V). Conclusion : le matin et le soir les panneaux ne débiteront pas assez et le midi, de trop !

Alors la question surgit aussitôt...

Comment faire pour mieux réguler ce débit sur l'ensemble de la journée?

Eh bien tout simplement en positionnant les panneaux en arc de cercle, en voûte, donc en situation progressive d'orientation au soleil. Ainsi, dès le matin les panneaux inclinés côté levant vont débiter de suite à leur maxi et de même le soir pour ceux inclinés vers le couchant. Pour la zone de midi, le débit global sera moindre car moins de surface exposée au zénith direct mais la régulation n'enlèvera plus de courant superflu (ou bien à minima au moins – dépend en fait du nombre total de panneaux et leur répartition). Voir schéma de montage ci-dessous (courbe réalisée après de nombreuses mesures et lissée pour une meilleure compréhension du principe).

Hachures rouges : puissance éliminée par la régulation car trop de débit aux heures zénitales (10h à 14 H HSolaire).

Hachures bleues : puissance récupérée aux heures extrêmes de la journée (matin et soir).

On voit donc bien que, globalement ce positionnement rend l'installation optimale.

Rendement de Puissance entre les deux manières d'installer les panneaux (classique ou en voûte)...

NB : Ces courbes ont été mesurées durant l'hiver et pour plus de facilités, je les ai lissées.. Il est bien évident que l'été, les heures de début de charge comme de fin vont être repoussées d'autant. Mais j'ai été très surpris de voir à quel point j'ai gagné en volume global de charge sur 24 h. Sur mon régulateur (SCS 60A), il y un totalisateur permettant de faire des statistiques précises.

Conclusion...

Il est aisé de gagner en puissance globale par jour en disposant tout simplement les panneaux solaires « en voûte » et en les inclinant au minimum à 45° vers le Sud pour l'hémisphère Nord (inverse pour l'HS). Augmenter cette inclinaison en fonction du degré de votre latitude... Règle simple : il suffit d'incliner vos panneaux à un angle, grosso modo, inférieur mais proche de votre latitude.

Pour simplifier le raisonnement, on peut dire qu'il suffira de disposer les panneaux solaires en les posant sur une calotte sphérique dont le centre recevrait la position moyenne de la course journalière du soleil (f de la latitude du lieu) y compris de sa variation annuelle (donc f des saisons cette fois).

Il serait possible de réaliser un appareillage permettant de corriger cette variation saisonnière (manuelle ou motorisée) mais cela sous-entend aussi de la « mécanique » en plus. Il faut se rappeler qu'un panneau standard moyen de 100W pèse déjà près de 10 kg (filasserie de connexion comprise). Si vous faites un système d'orientation, il y aura en plus tout le système support d'articulation. Donc poids et prise au vent importante à prendre en compte lors d'une installation... Pensez aussi que d'apporter une mobilité au système de maintien infligera forcément une certaine fragilité à l'ensemble.

Sur nos bateaux, l'installation d'un tel système ne sera pas aisée car les arceaux porteurs seront forcément limités en taille (encombrement et place disponible...) et en poids (fardage supplémentaire).

* Il y a l'éternelle question... : Mono ou polycristallins, les panneaux...?

Il faut se rappeler qu'il y a désormais très peu de différence de rendement entre les deux. Toutefois, les polycristallins seront recommandés sous les climats chauds et/ou très ensoleillés. Tandis que les monos seront plus performants sous les latitudes élevées surtout aux heures extrêmes de la journée (tôt le matin ou tard le soir avec rayonnement incident bas sur l'horizon). Ces éléments techniques sont précisés dans toutes les docs fabricants de panneaux.

Qu’on se le dise …et bon vent !

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