Optimisation photovoltaïque #6 : Dimensionnement

Sommaire

Cet article fait partie d’une série de posts ayant pour objectif de rendre rentable l’utilisation de panneaux solaires photovoltaïque dans un contexte domestique. Pour bien comprendre ce dont il s’agit, il est recommandé de lire les articles dans l’ordre. En voici la liste :

• 1. Le raisonnement : ce qui motive la rédaction de ces articles.
• 2. Principe et survol de la solution technique : comment exploiter à 100% l’énergie des panneaux solaires.
• 3. Contrôle numérique du variateur de puissance : pilotage de la puissance fournie en temps réel par un système informatique.
• 4. Mesurer l’énergie produite et l’énergie consommée : à l’aide de modules PZEM-004t et de microcontroleurs WiFi ESP8266 (ESP-01).
• 5. Le système de régulation : on rassemble toute les briques !
• 6. Dimensionnement : choisir de façon optimale sa capacité de production solaire photo voltaïque.
• 7. Et pour aller plus loin : améliorations et idées diverses.

Dimensionnement

Stratégie d’optimisation

A partir du moment où l’objectif est d’économiser le maximum d’énergie au meilleur coût, la question du dimensionnement de l’installation devient critique. Une installation sous dimensionnée n’apportera qu’un gain limité. Au contraire, une installation surdimensionnée sera difficile à rentabiliser.

Autant le dire tout de suite, il n’y a pas de réponse exacte à cette question. D’une part les besoins et la production d’énergie varient selon les saisons et les événements, d’autre part il faut composer avec les contraintes techniques et légales (type, capacité et prix des panneaux et onduleurs disponibles sur le marché, maximum de 3kWc en auto-consommation, etc.).

On peut quand même faire quelques calculs en partant sur un objectif simple : minimiser la suproduction. Autrement dit, faire en sorte qu’il reste toujours de l’eau à chauffer. C’est donc en partie le volume du ballon d’eau chaude (et l’énergie qu’on y stocke) qui conditionne la capacité de l’installation photovoltaïque.

Quelques calculs (sommaires et approximatifs)

Bien sur les besoins varient selon les familles, les modes de vie, les saisons, etc. Pour présenter le calcul de l’énergie nécessaire, nous allons prendre quelques hypothèses qu’il sera ensuite facile d’ajuster suivant les situations.

Imaginons une famille de 4 personnes. Pour ce foyer la consommation usuelle d’électricité (hors chauffage) pendant les heures de production solaire est d’environ 4 kW/h, tandis qu’un ballon de 200L permet d’avoir de l’eau chaude pour 2 jours. Calculons la quantité d’énergie nécessaire au chauffage de l’eau :

• avec une température moyenne de l’eau froide à 10° et une température de chauffage à 55°, c’est un delta de 45°
• or, il faut 1,16Wh pour élever 1L d’eau de 1°
• la quantité d’énergie pour chauffer 200L d’eau de 45° est donc : 200 x 1.16 x 45, soit 10440W/h (environ 10kW/h).

Pour résumer, l’installation solaire doit fournir environ 4kW/h plus 10kW/h tous les 2 jours. En ajoutant les pertes dues au rendement, arrondissons à 10kW/h par jour. C’est ce chiffre qu’il faut retenir. Une journée ensoleillée de durée moyenne doit pouvoir produire 10kW/h, mais pas beaucoup plus sinon l’énergie est perdue (pour nous).

Evaluation de la puissance crête à installer

On peut maintenant en déduire la puissance cumulée des panneaux à installer, en fonction du lieu de résidence et du matériel disponible. Ceci varie bien sur, mais pour vous donner un ordre d’idée, avec 2000W de puissance crête (c’est à dire maximale théorique), on arrive aux environ des 10/11kW/h lors d’une belle journée début Avril. A ce stade il est nécessaire de consulter les documentations techniques des panneaux et des onduleurs pour faire un choix pratique.

Ce qu’il faut bien comprendre, c’est qu’en pratique seules les journées ensoleillées comptent. Pendant une journée nuageuse la production d’électricité est faible, voire nulle, y compris en été. Il est donc illusoire et inefficace de surdimensionner l’installation en anticipant ces mauvaises journées. De toute façon la production sera très insuffisante. Le calcul de dimensionnement pour être réaliste doit se baser sur une journée complètement ensoleillée. Il faut admettre que par temps couvert il faudra recourir à EDF.

Enfin, j’aimerais insister sur un concept fondamental dont l’essence tend à se diluer dans mon discours. Il ne s’agit pas ici de déterminer la puissance qui va nous permettre d’avoir de l’eau chaude en permanence, mais plutôt la puissance à ne pas dépasser pour ne pas se retrouver en “sous-utilisation”. Il faut admettre qu’EDF (ou tout autre fournisseur) est la réelle variable d’ajustement, pas le nombre de panneaux.