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PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN PRESENCE D'UN MASQUE

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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.

Voir l'excellent site der Hespul

Voir.l'abaque 44.PDF

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.

Inclinomètre + Boussole

&

Comment faire un relevé de masque

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 solaires du 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.

1°) LOGICIEL VOLTAIC3.EXE :

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

Lancer VOLTAIC3

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.

2°) COMMENT PROCEDER AVEC UN MASQUE MULTIPLE ?

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

Lancer VOLTAIC4

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 dans MASQUE_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.