CALCUL DES VARIATIONS D'ENERGIE REELLE DE PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES EN FONCTION DE LA TEMPERATURE

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Au cours de la journée, suivant la date dans l'année et l'heure du jour, la température ambiante peut placer les panneaux photovoltaïques dans une ambiance thermique très différente des 25°C retenus pour les caractéristiques de puissance.

Cette page peut, si le sujet vous intéresse, vous aider à calculer votre perte de production d'énergie photovoltaïque en fonction des températures de la journée.

I MODELISATION DE LA TEMPERATURE :

Explications sur ma logique :

La modélisation du comportement en température des cellules photovoltaïques est , pour l'instant, mon point faible.

Je suis en effet persuadé que cette température dépend de la température extérieure, pour ce qui est de la conduction

J'ai donc, dans un premier temps, choisi de modéliser la température en disant que la température du matin est  probablement celle extérieure au lever du soleil, mais pas pour la température en fin de soirée, par effet retard

. Par contre, je ne sais pas évaluer précisément la température, au plus fort de la journée, donc  je commence par prendre la température extérieure ( i.e 32°C) et par tâtonnements, je détermine l'effet sur le rendement de la température, en travaillant sur la puissance instantanée, et je corrige la température par un coefficient appelé   COEFFICIENT_EMPIRIQUE K   qui devrait se situer entre 1.2 et 2

Exemple: Puissance instantanée théorique à 2000 W

Puissance lue au compteur à1800 W

Puissance calculée avec K = coeff empirique = 1 à1900 W

J'essaie plusieurs valeurs du coefficient au dessus de 1 et par exemple, je trouve  un  coefficient empirique de 1.45

Ceci va signifier que la température maximale des panneaux est de :Temp_max = 32 x 1.45 = 46.4 °C

Pour la suite je garderai cette valeur dans des conditions analogues ou bien je mettrai en place une fonction reliant le coefficient à la température maximum.

1°) LE CALCUL :

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 différentiel 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 = - [ .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. On retiendra une perte

 dP/P = - 0.42 % /°C

NB1 : On comprend maintenant aussi, pourquoi le photovoltaïque est excellent en montagne.  Il bénéficie d'un ensoleillement en général non voilé et surtout d'une température de fonctionnement plus basse. Cette remarque vaut aussi pour les pays du Nord de l'Europe. Qu'on ne s'étonne donc pas de l'utilisation de cette énergie en Allemagne depuis de nombreuses années.

NB2 : Il est naturellement regrettable ( pour moi dans le midi ) que la plus grosse perte se produise sur la production maximum de l'été.

Une simulation est nécessaire pour évaluer la perte réelle, sachant que la température peut varier tout au long d'une journée d'été  avec une montée le matin de 20°C à 60°C et la redescente de 60°C à 25°C le soir.

EXEMPLE PRATIQUE :

Caractéristiques de l'installation: 16 panneaux de puissance 180 watts, longitude 0°, latitude 45°, inclinaison de toit  30°, sans masque, orientation plein sud, le 31 juillet 2010:

La courbe de température est calculée avec 22°C au lever, 32°C à midi et 25°C au coucher du Soleil.

1 - Je calcule avec VOLTAIC1.EXE à la puissance théorique instantanée par exemple à 14 h ( Midi au soleil ) et je trouve ( sans prise en compte de la température ) 2534 Watts  et 2380 Watts après l'onduleur et le câblage, soit 2.5 KW injectés dans le réseau EDF

2 - Je calcule l'énergie journalière théorique sur la journée par VOLTAIC2.EXE ce qui me donne une énergie ( sans prise en compte de la température ) pour le 31 juillet de 22.4 Kwh en sortie de panneaux et 21 KWh vendus à EDF .

3 - Je fais tourner le programme VOLTAIC5.EXE pour calculer la puissance réelle instantanée ( programme dérivé de VOLTAIC1.EXE )  d'une installation parfaite sans masque, en présence de la température, qui peut conduire à une perte en été et un gain en hiver.   

NB : Avec 22°C au lever, 24°C  au coucher, 31 °C max et des panneaux à 58°C la perte est de 13.86 % faisant chuter la puissance de 2534 W à 2183 W et 2096 W injectés dans le réseau.

4 - J'achève en calculant avec VOLTAIC6.EXE l'énergie journalière reçue en tenant compte d'une température variable en cours de journée.  

NB :Le modèle de température des panneaux prend en compte la température au lever et coucher du soleil, la température extérieure maximale de la journée et la température maximale estimée des panneaux en fonctionnement. C'est cette dernière qui n'est pas évidente à cerner.

Le calcul de la perte d'énergie journalière, à une date et une heure précise. Les conditions sont idéales, tout masque absent, aucune autre perte n'est prise en compte. Ce programme sert à prendre encore plus conscience du niveau de perte de puissance. Les pertes en pourcentage ne sont les mêmes qu'en a) car le niveau des pertes dépend de la température or celle ci varie au cours de la journée.

Le calcul peut très bien donner un gain, par exemple en hiver. Les exemples qui suivent le montrent.

NB : Une gain de puissance instantanée entre 5 et 10% est tout à fait possible avec une température de fonctionnement inférieure à 10°C, en hiver.