Pompage Photovoltaïque au fil du soleil Association KRAING SPEU · 2015-12-18 · Pompage...

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PARTIE 1

SVAY et CHIORK – données générales

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil Association KRAING SPEU

Pompage de l’eau au fil du soleil

Pompage de l’eau au fil du soleil

Données du site SVAY et CHIORK

Besoins et réservoir de stockage

15 litres par habitant. 900 habitants. Soit une production journalière de 13 500 litres par jour au fil du soleil Le volume du réservoir de stockage doit être au minimum de :

V = 13,5 x 5,64 / 4,33 = 17,6 m3 Le volume du réservoir de stockage en prévoyant 3 jours de consommation serait de :

V = 17,6 x 3 = 52,8 m3

Choix de la pompe

Volume désiré V = 13,5 m3/jour Débit : Qmax = Volume journalier / 6 Débit désiré Qmax = 2,25 m3/h Débit pompe PS1800 HR-14H Qmax = 2,40 m3/h CORRECT !

Calcul des pertes de charge

De la pompe au château d’eau

Point Tronçonρ

(kg/m3)

μQv

(m3/h)

D ou a

(mm)

b

(mm)V (m/s) ε (mm) Dh (mm) Re ζ λ L (m) j (Pa/m)

Δz

(m)j.L (Pa)

ζ ρV²/2

(Pa)

ρgΔz

(Pa)ΔP tot (Pa)

Pompe 1,16 20,50 13753,7

Pompe-

château d'eau1000 1,00E-03 5,75 41,9 0 1,16 0,05 41,9 4,85E+04 0,027346 100 437,866 100 43786,6 0,0 981000,0 1038540,3

TOTAL 43786,6 13753,7 981000,0 1038540,3

mce 105,9

Point Tronçonρ

(kg/m3)

μQv

(m3/h)

D ou a

(mm)

b

(mm)V (m/s) ε (mm) Dh (mm) Re ζ λ L (m) j (Pa/m)

Δz

(m)j.L (Pa)

ζ ρV²/2

(Pa)

ρgΔz

(Pa)ΔP tot (Pa)

Pompe 0,72 20,50 5332,1

Pompe-

château d'eau1000 1,00E-03 5,75 53,1 0 0,72 0,05 53,1 3,83E+04 0,028066 100 137,477 100 13747,7 0,0 981000,0 1000079,8

TOTAL 13747,7 5332,1 981000,0 1000079,8

mce 101,9

Point Tronçonρ

(kg/m3)

μQv

(m3/h)

D ou a

(mm)

b

(mm)V (m/s) ε (mm) Dh (mm) Re ζ λ L (m) j (Pa/m)

Δz

(m)j.L (Pa)

ζ ρV²/2

(Pa)

ρgΔz

(Pa)ΔP tot (Pa)

Pompe 0,52 20,50 2725,4

Pompe-

château d'eau1000 1,00E-03 5,75 62,8 0 0,52 0,05 62,8 3,24E+04 0,028776 100 60,919 100 6091,9 0,0 981000,0 989817,3

TOTAL 6091,9 2725,4 981000,0 989817,3

mce 100,9

Point Tronçonρ

(kg/m3)

μQv

(m3/h)

D ou a

(mm)

b

(mm)V (m/s) ε (mm) Dh (mm) Re ζ λ L (m) j (Pa/m)

Δz

(m)j.L (Pa)

ζ ρV²/2

(Pa)

ρgΔz

(Pa)ΔP tot (Pa)

Pompe 0,43 20,50 1881,0

Pompe-

château d'eau1000 1,00E-03 5,75 68,9 0 0,43 0,05 68,9 2,95E+04 0,029234 100 38,932 100 3893,2 0,0 981000,0 986774,3

TOTAL 3893,2 1881,0 981000,0 986774,3

mce 100,6

1 pouce 1/2

2 pouces

2 pouces 1/4

2 pouces 1/2

7

PARTIE 2

Description de l’installation de pompage

Photovoltaïque raccordé au réseau

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil Association KRAING SPEU

Schéma de principe

Filtration

Pompe d’injection

Eau potable

Stockage pour mélange

Schéma de principe

Champ N 3 M 4

Module

Techno Poly

Pmpp (25°C) 210 2520

Vco (25°C) 30,54 122,16

Vmpp (25°C) 24,98 99,92

Isc (25°C) 8,98 26,94

Impp (25°C) 8,55 25,65

Coef mV/°C -98 -392

Coef mA/°C 5,3 15,9

Coef %.°C -0,42 -0,42

Onduleur

Tension mppt minimale 72

Tension mppt maximale 200 Amorphe

Consommation à vide 0

Rendement onduleur 1

Pompe

Puissance AC min (W) 180

Hmt (mce) 100

Qmax (m3/h) 2,15

Rendement 0,64

Besoins quotidiens (m3) 14

Volume réservoir (m3) 35

Conergy 210 Wc

NON

PS1800 HR-14H

Simulation: données

Simulation: résultats

Volume d’eau dans le château d’eau au cours de l’année

Volume (m3)

0

5

10

15

20

25

30

35

40

1 521 1041 1561 2081 2601 3121 3641 4161 4681 5201 5721 6241 6761 7281 7801 8321

Calcul des câbles électriques

(NFC 15-100 norme française)

Système Câble U (V) I (A) U/I ΔU (V) L (m) Smin Smin S (mm²)

Panneaux - boite de jonction 99,92 8,6 11,69 0,59% 6 1,50 4,00 4

Boite de jonction - onduleur 99,92 25,7 3,90 2,41% 23 4,00 11,27 12

Onduleur - pompe 99,92 25,7 3,90 3,00% 105 4,00 6,89 8

Pompe

Système Câble U (V) I (A) U/I ΔU (V) L (m) Smin Smin S (mm²)

Panneaux - boite de jonction 99,92 8,6 11,69 0,39% 6 1,50 6,06 6

Boite de jonction - onduleur 99,92 25,7 3,90 2,61% 23 4,00 10,41 10

Onduleur - pompe 99,92 25,7 3,90 3,00% 105 4,00 6,89 8

Pompe

OU

Schéma de principe alimentation photovoltaïque (général)

Schéma de principe

alimentation photovoltaïque

PS4000

Schéma de principe

alimentation photovoltaïque

PS1800

Caractéristiques des contrôleurs de pompe

Pompe solaire Lorentz PS4000 C-SJ5-25

Pompe solaire Lorentz PS1800 HR-14H

Calcul du rendement maximal : Début de remplissage du château d’eau à environ 180 W

%6868,08403600

95000015,2

Pabs

Phydro

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PARTIE 3

Partie photovoltaïque

Photovoltaïque raccordé au réseau

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil Association KRAING SPEU

Caractéristique courant tension puissance d’une cellule

La constitution d’un module photovoltaïque

1. Les cellules photovoltaïques sont fragiles et sensibles à l’environnement extérieur nécessité de protection mécanique

2. La tension et la puissance d’une cellule ne sont pas adaptées aux applications courantes nécessité de les coupler

D’où constitution de modules photovoltaïques

Symbole

La constitution d’un module photovoltaïque

• Connexion – La boîte de connexion étanche

regroupe les bornes de raccordement, les diodes by-pass

– Les 2 câbles unipolaires y sont raccordés

Voir rôle des diodes dans le chapitre « sécurité des personnes et des biens »

Caractéristiques d’un module photovoltaïque au silicium cristallin selon la température

Amorphe : 0,21%/ °C

Caractéristiques d’un module photovoltaïque au silicium cristallin selon l’ensoleillement

PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

Température d’un module au silicium cristallin en fonctionnement

Différentes tailles de cellules en polycristallin

101 x 101 101 x 50,5 50,5 x 50,5

Performance à 1 kW/m² et 25°C Valeurs typiques, cellule nue

Cellule ½ cellule ¼ cellule

Tension circuit ouvert Vco (V) 0,6 0,6 0,6

Courant de court-circuit Icc (A) 3 1,5 0,75

Puissance Max. (env. 10%) P mpp (W) 1,3 0,65 0,32

Tension à puissance Max Vmpp (V) 0,47 0,47 0,47

Courant à puissance Max Impp (A) 2,7 1,36 0,68

PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

Rendement d’un module PV

module STC

c

STC S E P η

Technologie de cellule Rendement actuel

(2008) Surface photovoltaïque

pour 1kWc

m Si :monocristallin 13 à 17 % 7 à 8 m²

p Si :polycristallin 9 à 15 % 9 à 11 m²

a Si :amorphe 4 à 9 % 16 à 20 m²

m+a Si : mono + amorphe 16 à 18 % 6 à 8 m²

Autres semi-conducteurs

CdTe (Tellurure de Cadmium )

9 à 10 % 10 à 11 m²

C.I.S (Diselénure de cuivre et d’indium)

10 à 12 % 11 à 13 m²

PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

Fiches techniques de modules

PV (compétence électrique) – Chap. 3 : Cellules, modules et systèmes photovoltaïques

Fiches techniques de modules

Mise en série et en parallèle de modules

Caractéristiques d’un champ PV

PV (compétence électrique) – Chap. 5 : Protection des personnes & des biens

Les différents moyens de protection

• Protection des personnes et des intervenants :

– Protection contre

les contacts directs

– Protection contre les contacts indirects

Les risques de contacts

Protection contre les contacts directs

Protection contre les contacts indirects

PH

N

Terre Ssource INRS

PH

N

Terre

PV (compétence électrique) – Chap. 5 : Protection des personnes & des biens

Partie courant continu

Les risques pour les intervenants :

• Tension supérieure à la TBT

Uco stc= 560Vdc

280V 40V 80V 120V 160V 200V 240V

320V 360V 400V 440V 480V 560V 520V

• Arc électrique sur circuit PV plus difficile à interrompre

– Arc électrique dangereux en photovoltaïque si ouverture de circuit en charge et maintien d’une faible distance entre conducteurs

Exemples : – Mauvais contact au niveau des connexions (arc série) – Mauvais contact entre 2 conducteurs de polarité opposée (arc parallèle): contact direct ou double défaut

d’isolement par rapport à la terre

• Risque d’incendie et de brûlure

Source SMA

Partie coutant continu

Modules Conergy

36

PARTIE 4

Traitement de l’eau

Photovoltaïque raccordé au réseau

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil Association KRAING SPEU

Filtration

Pompe d’injection

Eau potable

Stockage pour mélange

Schéma de principe

Valeurs cibles d’analyse de l’eau

Valeurs cibles d’analyse de l’eau

Valeurs cibles d’analyse de l’eau

Traitement de l’eau

Valeurs cibles d’analyse de l’eau

Valeurs cibles d’analyse de l’eau

Traitement de l’eau: Chloration par eau de javel (l’hypochlorite de sodium)

Si l’eau est claire, on ajoute 5 à 10 milligrammes de chlore actif dans l’eau, on laisse reposer trente minutes dans le récipient fermé, puis l’eau peut être consommée. Si l’eau est trouble, on la filtre ou on la décante puis on met une 10 à 20 milligrammes de chlore actif par litre, l’eau peut être consommée au bout de trente minutes passées dans le récipient fermé. Le temps d’action de l’hypochlorite de sodium, est d’au moins une demi-heure, mais si la température n’est comprise qu’entre 10 et 18 °C, le temps de contact doit être d’au moins une heure, et davantage si la température est inférieure à 10°C. Pour connaître le volume d’eau de Javel à ajouter pour atteindre la concentration souhaitée, il faut connaître son degré chlorométrique, qui doit figurer sur la bouteille (attention toutefois à la fiabilité de ces informations et aux contrefaçons dans certains pays). Un degré chlorométrique correspond à 3,17 grammes de chlore actif par litre d’eau de Javel. Par conséquent, si l’eau de Javel dont on dispose est à x° et si l’on souhaite obtenir une concentration c de chlore actif dans l’eau à traiter (comprise entre 5 et 20mg/L, selon les cas), le volume d’eau de Javel à ajouter peut être facilement calculé à l’aide de la formule suivante : Veau de Javel = c * Veau à traiter / (x * 3,17) Le résultat obtenu est en ml si la concentration a été exprimée en mg/L. A titre indicatif ou de rappel, le volume d’une goutte est d’environ 0,2mL et 1ml = 0,001 litre

Chloration

Traitement par le chlore

=>DPD3

=>DPD1

Traitement de l’eau par le chlore

Traitement de l’eau

Analyse de l’eau

51 Photovoltaïque raccordé au réseau

Schéma de principe alimentation photovoltaïque (général)

Traitement de l’eau: caractéristique de pompe doseuse

Traitement de l’eau: caractéristique de pompe doseuse

54

PARTIE 5

Batteries

Pompage Photovoltaïque au fil du soleil

55

SOURCE: ISBN 2-89481-006-7

Module sur batterie

56

OH 2 SO Pb 2

Décharge

ChargeSOH 2 PbO Pb 24422

Principe de fonctionnement d’un accumulateur

57

Technologies des plaques positives Plaques planes « collées »

Plaques spirales

Électrode positive tubulaire

Electrode négative toujours plaques planes

58

Classification

Durée de vie d'une batterie en fonction de la profondeur de décharge

Source : L'électricité Photovoltaïque, Collection : "le point sur"1995

59 Photovoltaïque raccordé au réseau

Powersafe TS ouvertes

Plaques positives tubulaires

Alliage plomb antimoine

245 à 4580 Ah (2V)

1700 cycles à 80%DOD

Varta VB

Plaques tiges

33 à 285 Ah (6 ou 12V)

60

Powersafe OPzS ouvertes

Plaques positives tubulaires en alliage plomb à faible taux d’antimoine (autodécharge limitée)

Electrolyte gélifié

300 à 4620 Ah (2V)

1500 cycles à 80% DOD

61

Powersafe OPzV étanche (VRLA)

A recombinaison de gaz

Plaques positives tubulaires en alliage plomb calcium étain

Electrolyte gélifié

270 à 3930 Ah (2V)

1400 cycles à 80% DOD

62

Powersafe XP (VRLA)

A recombinaison de gaz

Absorbed glass mat, plaques positives alliage plomb antimoine

60 à 215 Ah (6 ou 12V)

1000 cycles à 75%DOD

63

Genesis NP-GEL

A recombinaison de gaz

Plaques positives minces alliage plomb calcium

Electrolyte gélifié

26 à 87 Ah (6 ou 12V)

64

Powersafe VE/VEF

A recombinaison de gaz

Plaques en alliage plomb calcium étain

Absorbed glass mat

50 à 580 Ah (2, 6 ou 12V)

2000 cycles à 10%DOD

65

Typologie des sites isolés

66

Fonctionnement des chargeurs Chargeur TOR

20

22

24

26

28

30

32

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24Temps

Te

ns

ion

ba

tte

rie

[V

]

30 V - Fin de charge forcée

28,8 V - Fin de charge normale

(Régulation de charge)

23,4 V - Alarme batterie basse

22,8 V - Limitation de décharge

25,8 V - Fin limitation de décharge

Fin alarme batterie basse

T T

Charge forcée

Mise en service de la

batterie

Décharge et

charge normale

Décharge

et alarme

Charge,

décharge et

limitation de

décharge

Charge, fin de

limitation et charge

forcée

Charge et décharge

normale

67 Photovoltaïque raccordé au réseau

Fonctionnement des chargeurs Chargeur à tension constante

68

Rendement

Source : Satie ENS-Cachan

moyen de 0,7 à 0,85

L'efficacité de charge d'une batterie neuve est d'environ 90%

69

Rendement des batteries neuves

Efficacité énergétique (Wh) Efficacité capacitive (Ah) B

atte

ries

so

lair

es

Pla

qu

es p

lan

es

V

RLA

(A

GM

, gel

)

B

atte

ries

t

ub

ula

ires

Bat

teri

es s

ola

ires

Pla

qu

es p

lan

es

V

RLA

(A

GM

, gel

)

B

atte

ries

t

ub

ula

ires

Réglage du contrôleur de batteries

Déconnexion des charges

Reconnexion des charges

73

Durée de vie en fonction de la tension de floating

74

Capacité disponible en fonction du courant de décharge et de la température

La capacité diminue avec la température

Correction de la capacité en fonction de la température

75 Photovoltaïque raccordé au réseau

Durée de vie en fonction de la température

La durée de vie diminue avec l’augmentation de la température

76

Auto-décharge en fonction de la température

1,25 % / mois

7,1 % / mois 3,3 % / mois

L’auto-décharge augmente avec la température

77

Capacité initiale

Au cours des premiers cycles il a a augmentation de la capacité de la batterie. Un bon formatage de départ conditionne la durée de vie et les performances.

78

Manutention, entretien et stockage des batteries

V < 100V

Eau non ferreuse

79

Maintenance des batteries

• Les personnes intervenant sur les batteries doivent être habilitées au travail sous tension (selon l’UTE C 18-510 en France). • Ne jamais court-circuiter les bornes. Utiliser des outils isolés conformes. • Les batteries ne doivent pas être utilisées dans une enceinte étanche, une ventilation naturelle est nécessaire en conformité avec la norme EN50272-2 ou NFC15-100.

• Vérifier la propreté des batteries et de la connectique (resserrer la visserie). • Nettoyer les batteries avec un chiffon humide, pas de solvant. • Vérifier tous les trois mois que la tension totale des batteries est bien égale à 2.275V x N éléments en série pour une température de 20°C. Contrôler visuellement le niveau d’électrolyte. Contrôler l’état du fusible de batterie. • Vérifier annuellement les tensions individuelles de chaque monobloc, une dispersion due à la recombinaison des gaz de + ou – 2% peut être observée. Contrôle de l’état de charge grâce à un pèse acide. • Un contrôle d’autonomie peut être effectué une fois par an soit par décharge ou par contrôle des impédances.

80

Maintenance des batteries

La capacité restante des batteries peut être empiriquement déterminée en mesurant leur tension à vide après 24h minimum de repos.

81

Capacité restante en fonction de la durée de vie

A la fin de sa vie la capacité de la batterie diminue

82

Régime de décharge

Le régime de décharge est le temps donné de décharge de la batterie de capacité C (Ah) au courant donné.

Exemple: Une décharge à C/10 avec une batterie de 400 Ah correspond à un courant de décharge de 400 / 10 = 40 A

Un même régime de décharge peut être noté indifféremment C/20 ou 0,05C ou C0,05 (sachant que 1/20 = 0,05).

Exercice: quel est le régime de décharge d’une batterie de 300 Ah pour un courant de décharge de 30 A?

Réponse:

Exercice: quelle est la capacité d’une batterie qui se décharge à 5 A en 0,01C?

Réponse:

(h) t x (A) IAh C

83

Le régime de décharge est le temps donné de décharge de la batterie de capacité C (Ah) au courant donné.

Exemple: Une décharge à C/10 avec une batterie de 400 Ah correspond à un courant de décharge de 400 / 10 = 40 A

Un même régime de décharge peut être noté indifféremment C/20 ou 0,05C ou C0,05 (sachant que 1/20 = 0,05).

Exercice: quel est le régime de décharge d’une batterie de 300 Ah pour un courant de décharge de 30 A?

Réponse: 300 / 30 = 10 h, cela correspond à C/10 ou bien 0,1C

Exercice: quelle est la capacité d’une batterie qui se décharge à 5 A en 0,01C?

Réponse: 0,01C correspond à C/100 d’où C(Ah) = 5 x 100 = 500 Ah

Régime de décharge

(h) t x (A) IAh C

84 Photovoltaïque raccordé au réseau

Caractéristiques de décharge

La capacité diminue lorsque l’on augmente le courant de décharge

25 Min 10 h

190 h

I = 0,1 Cn

I = Cn

I = 0,005 Cn

42 Ah 100 Ah 150 Ah

85 Photovoltaïque raccordé au réseau

Les batteries Les fusibles DC

Ω

Ω

86 Photovoltaïque raccordé au réseau

Ω

Les batteries Les fusibles DC

87 Photovoltaïque raccordé au réseau

88

Analyse de schéma

Photovoltaïque raccordé au réseau