Fiche de révision : Introduction au calepinage et dimensionnement des panneaux photovoltaïques

📋 Plan du Cours

1. Calepinage vertical des panneaux rectangulaires
2. Calepinage horizontal des panneaux rectangulaires
3. Dimensionnement en panneaux carrés et formule
4. Données techniques du panneau et surface utile
5. Calcul de la taille d’installation par puissance
6. Calcul de la tension UMPP et critères de choix
7. Étude électrique et dimensionnement des conducteurs

📖 1. Calepinage vertical des panneaux rectangulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Calepinage vertical : Disposition d’une surface PV en colonnes, où des panneaux rectangulaires sont empilés verticalement pour couvrir la zone.
• Facteur rectangle : Paramètres géométriques d’un panneau rectangulaire utilisés pour compter le nombre de panneaux et organiser le calepinage.
• Lg : Dimension longitudinale du panneau rectangulaire utilisée dans le calepinage vertical.
• Ht : Dimension transversale du panneau rectangulaire utilisée dans le calepinage vertical.
• z : Variable de calepinage liée au comptage/au positionnement des panneaux dans la méthode verticale.

📝 Points essentiels

• Le schéma de calepinage vertical montre 3 panneaux en colonne et 2 panneaux en ligne, soit 6 panneaux au total.
• Les variables du calepinage vertical sont Lg, Ht et z, répétées dans le schéma pour organiser la couverture.
• La méthode verticale s’appuie sur la géométrie du rectangle pour déterminer le nombre de panneaux nécessaires à l’installation.
• Le comptage final de cette méthode correspond au nombre de panneaux représentés sur le schéma (6).
• Le calepinage vertical est présenté comme une 1ère méthode pour déterminer le nombre de panneaux nécessaires.

💡 Astuce mémo

Vertical = colonnes empilées : pense « 3×2 » comme sur le schéma.

📖 2. Calepinage horizontal des panneaux rectangulaires

🔑 Notions clés & Définitions

• Calepinage horizontal : Disposition d’une surface PV en lignes, où des panneaux rectangulaires sont alignés horizontalement pour couvrir la zone.
• Facteur rectangles : Ensemble des paramètres géométriques d’un panneau rectangulaire servant au comptage dans le calepinage horizontal.
• Lg : Dimension longitudinale du panneau rectangulaire utilisée pour organiser les lignes dans le calepinage horizontal.
• Ht : Dimension transversale du panneau rectangulaire utilisée pour organiser les colonnes dans le calepinage horizontal.
• z : Variable de calepinage utilisée pour le positionnement et le comptage dans la méthode horizontale.

📝 Points essentiels

• Le schéma de calepinage horizontal montre 2 panneaux en colonne et 6 panneaux en ligne, soit 12 panneaux au total sur la représentation.
• Les variables du calepinage horizontal sont Lg, Ht et z, indiquées comme facteurs géométriques dans le schéma.
• La méthode horizontale est présentée comme une 2ème méthode pour déterminer le nombre de panneaux nécessaires.
• Le comptage final de cette méthode correspond au nombre de panneaux représentés sur le schéma.
• Les facteurs rectangle sont réutilisés pour passer de la géométrie du panneau au nombre de panneaux à installer.

💡 Astuce mémo

Horizontal = lignes alignées : pense « 2×6 » comme sur le schéma.

📖 3. Dimensionnement en panneaux carrés et formule

🔑 Notions clés & Définitions

• Panneaux carrés : Panneaux dont la surface est traitée via un module unique, utilisés pour dimensionner le nombre de panneaux par rapport à la puissance d’usage.
• Nbre Panneaux : Quantité de modules à installer, calculée à partir de la puissance totale d’usage et de la puissance du module.
• UMPP : Tension au point de puissance maximale (UMPP) utilisée pour dimensionner et vérifier l’installation.
• Coeff : Coefficient de variation utilisé dans l’ajustement de la tension UMPP en fonction de la température.
• Temp : Température de calcul utilisée pour appliquer la correction de UMPP.

📝 Points essentiels

• La formule donnée pour les panneaux carrés est : Nbre Panneaux = Puissance totale d’usage / MODULE.
• UMPP est indiquée à 29,8 V comme valeur de départ dans le calcul.
• Le coefficient est donné comme 9,96 / 100 = 0,0048 pour la correction thermique.
• La température de calcul est indiquée à 70 dans l’exemple de calcul.
• Le calcul présenté ajuste UMPP via une expression du type UMPP = 29,8 + [29,8 × (−0,0048/100) × (−35)] puis compare à une valeur intermédiaire (35,58 < 38,5).

💡 Astuce mémo

Carré = comptage par puissance : Nbre = Puissance d’usage / MODULE, puis correction thermique sur UMPP.

📖 4. Données techniques du panneau et surface utile

🔑 Notions clés & Définitions

• Panneau : Module PV dont les caractéristiques électriques et géométriques sont fournies pour dimensionner l’installation.
• Surface utile : Aire exploitable associée au panneau, utilisée pour relier la surface disponible à la puissance installée.
• Iph max Panneau : Courant photo-généré maximal du panneau, utilisé pour dimensionner les courants en conditions données.
• UMPP : Tension au point de puissance maximale du panneau, utilisée pour les calculs de tension en charge.
• Uoc : Tension à vide du panneau, utilisée pour vérifier des contraintes de tension.

📝 Points essentiels

• La surface associée à un panneau est donnée : Panneau = 8 m².
• Le courant photo-généré maximal est donné : Iph max Panneau = 5,8 A.
• La tension au point de puissance maximale est donnée : UMPP = 29,8 V.
• La tension à vide est donnée : Uoc = 37,6 V.
• Le courant de court-circuit est donné : Icc = 8,06 A.
• Le coefficient de température de Iph est donné : −0,47 % / °C et celui de UMPP : −0,34 % / °C.

💡 Astuce mémo

Caractéristiques à mémoriser : 8 m², Iph max 5,8 A, UMPP 29,8 V, Uoc 37,6 V, Icc 8,06 A.

📖 5. Calcul de la taille d’installation par puissance

🔑 Notions clés & Définitions

• Taille d’installation : Dimension globale de l’installation PV, déterminée à partir de la puissance cible et des caractéristiques des modules.
• Puissance totale d’usage : Puissance que l’installation doit fournir, utilisée pour déterminer le nombre de panneaux.
• KWC : Puissance crête (kWc) utilisée comme base de dimensionnement de l’installation.
• Méthode Puissance : Approche de dimensionnement où la taille est déduite directement à partir de la puissance et du module.
• AN : Valeur de calcul liée au dimensionnement par surface/puisance dans l’exemple fourni.

📝 Points essentiels

• Une 1ère méthode est indiquée : Puissance = KWC pour déterminer la taille de l’installation.
• Une 2ème méthode est indiquée : Surface utile = KWC pour relier la puissance crête à la surface disponible.
• L’exemple donne : AN = 3020 / 8 = (3 71,5 kWc).
• Le calcul utilise explicitement 3020 et 8, ce qui relie la surface (ou grandeur de référence) au nombre de panneaux et à la puissance crête.
• Le dimensionnement par puissance est présenté comme une étape pour répondre à la question « Donnez la taille de l’installation ? ».

💡 Astuce mémo

Par puissance : KWC pilote la taille ; dans l’exemple, 3020 divisé par 8 mène à 71,5 kWc.

📖 6. Calcul de la tension UMPP et critères de choix

🔑 Notions clés & Définitions

• UMPP : Tension du module au point de puissance maximale, corrigée en fonction de la température pour vérifier la compatibilité électrique.
• Critères de choix : Conditions de sélection/validation de l’installation basées sur des contraintes électriques (tension et courant) liées à l’onduleur.
• Front clignotant : Tension de référence à calculer à partir d’une moyenne sur une fenêtre de temps avant de déterminer la tension en charge.
• Umax - DC onduleur : Limite maximale de tension en entrée DC de l’onduleur utilisée pour vérifier la sécurité de fonctionnement.
• Iph (-10°) : Courant photo-généré corrigé à −10 °C, utilisé pour vérifier la compatibilité courant avec l’onduleur.

📝 Points essentiels

• UMPP est rappelée à 29,8 V et les valeurs de référence incluent Iph max panneau = 5,8 A et Température = 25 °C.
• Le calcul de tension « front clignotant » demande de calculer sur la moyenne à vide (0 - 10 s) avant de déterminer la tension en charge UMPP à 25 °C.
• La contrainte de tension est donnée sous forme d’inégalité : Uoc (-10°) < Umax - DC onduleur et UMPP.
• La contrainte de courant est donnée sous forme d’inégalité : Iph (-10°) < Iph onduleur.
• Le texte indique que pour le secteur/investissement il faut prendre des coefficients de température (PMPP ou UMPP) et (UOC) au mieux et au pire.

💡 Astuce mémo

Vérif onduleur : à −10 °C, Uoc doit rester sous la limite DC et Iph doit rester sous le courant d’entrée.

📖 7. Étude électrique et dimensionnement des conducteurs

🔑 Notions clés & Définitions

• Étude électrique : Analyse des grandeurs électriques (tensions, courants, limites) pour dimensionner correctement l’installation et ses liaisons.
• Courant nominal : Courant de référence noté dans le document pour dimensionner les intensités dans les branches.
• Puissance de conducteur : Puissance/aptitude thermique ou électrique du conducteur devant être cohérente avec la puissance des modules.
• Rendement PV : Facteur de conversion reliant la puissance maximale du générateur PV à la puissance réellement disponible pour l’installation.
• Découpage : Organisation en sections/branches (ex. par rangées) utilisée pour répartir les courants dans le schéma.

📝 Points essentiels

• Le schéma mentionne une surface de toit de 3020 m² et une représentation de 14 panneaux en 2 rangées de 7.
• Le document rappelle : (IMPP = courant nominal) pour relier le courant au point de puissance maximale à la notion de courant nominal.
• Le courant d’onduleur est donné : Ic onduleur = 720 A.
• Le document répartit ce courant en trois branches : Ic1 = Ic2 = Ic3 = 720/3 = 240 A.
• Une relation de dimensionnement est indiquée : Ic1 = Idée de charge x max (formule incomplète mais présente).
• Le texte précise que la puissance de conducteur doit correspondre à la puissance des modules et que les installations travaillent en général avec un rendement compris entre 0,9 et 0,85 de la puissance maximale du générat

💡 Astuce mémo

Conducteurs : puissance conducteur ≈ puissance modules, avec rendement PV typique 0,9 à 0,85.

📊 Tableaux de synthèse

Comparaison calepinage vertical vs horizontal

⚠️ Pièges & confusions fréquents

1. Confondre les deux calepinages : le vertical montre 3×2 (6 panneaux) alors que l’horizontal montre 2×6 (12 panneaux) sur les schémas.
2. Oublier que les inégalités de choix onduleur utilisent des valeurs à −10 °C (Uoc et Iph corrigés), pas les valeurs à 25 °C.
3. Prendre UMPP sans correction thermique alors que le document insiste sur l’usage des coefficients de température (au mieux et au pire).
4. Mélanger Uoc (tension à vide) et UMPP (tension au point de puissance maximale) : les contraintes d’onduleur utilisent Uoc (-10°) et UMPP.
5. Croire que la puissance de conducteur se dimensionne indépendamment des modules : le document impose une cohérence avec la puissance des modules et un rendement 0,9 à 0,85.

✅ Checklist Examen

1. Savoir lire et exploiter les schémas de calepinage vertical et horizontal pour déterminer le nombre de panneaux (6 pour vertical, 12 pour horizontal).
2. Savoir appliquer la formule de dimensionnement en panneaux carrés : Nbre Panneaux = Puissance totale d’usage / MODULE.
3. Savoir utiliser les valeurs de référence du panneau : 8 m², Iph max 5,8 A, UMPP 29,8 V, Uoc 37,6 V, Icc 8,06 A.
4. Savoir appliquer les coefficients de température : −0,47 %/°C pour Iph et −0,34 %/°C pour UMPP, et comprendre l’objectif de correction thermique.
5. Savoir calculer/présenter la tension « front clignotant » à partir de la moyenne à vide (0 - 10 s) puis déterminer la tension en charge UMPP à 25 °C.
6. Savoir écrire et interpréter les critères de choix onduleur : Uoc (-10°) < Umax - DC onduleur et UMPP, et Iph (-10°) < Iph onduleur.
7. Savoir utiliser les données d’étude électrique : surface 3020 m², 14 panneaux en 2 rangées de 7, Ic onduleur 720 A et répartition en 3 branches à 240 A.
8. Savoir justifier le dimensionnement des conducteurs : puissance conducteur cohérente avec la puissance des modules, avec rendement PV typique entre 0,9 et 0,85.