Puissance nominale en photovoltaïque

La puissance nominale est la capacité nominale des dispositifs photovoltaïques (PV), tels que les cellules solaires, les panneaux et les systèmes, et est déterminée en mesurant le courant électrique et la tension dans un circuit tout en faisant varier la résistance dans des conditions définies avec précision. Ces conditions d’essai standard (STC) sont spécifiées dans des normes telles que IEC 61215, IEC 61646 et UL 1703; en particulier, l’intensité lumineuse est de 1000 W / m2, avec un spectre similaire à celui de la lumière du soleil atteignant la surface de la Terre à 35 ° de latitude N (été 1.5), la température des cellules étant de 25 ° C. La puissance est mesurée en faisant varier la charge résistive sur le module entre un circuit ouvert et un circuit fermé (entre la résistance maximale et minimale). La puissance maximale ainsi mesurée est la puissance «nominale» du module en watts. Cette puissance nominale divisée par la puissance lumineuse qui tombe sur une zone donnée d’un dispositif photovoltaïque (surface × 1000 W / m2) définit son efficacité, le rapport entre la puissance électrique de l’appareil et l’énergie incidente.

La puissance nominale est importante pour concevoir une installation afin de dimensionner correctement son câblage et ses convertisseurs. Si la surface disponible est limitée, l’efficacité de la cellule solaire et avec elle la puissance nominale par zone (par exemple kW / m2) est également pertinente. Pour comparer les modules, le prix par puissance nominale (par exemple, $ / W) est pertinent. Pour une orientation physique et une localisation données, la production annuelle attendue (par exemple en kWh) par production annuelle en supposant une puissance nominale, c’est-à-dire le facteur de capacité, est importante. Avec un facteur de capacité projeté, le prix par production annuelle projetée (par exemple, $ / kWh) peut être estimé pour une installation donnée. Enfin, avec une valeur projetée de la production, l’amortissement du coût d’une installation peut être estimé.

La puissance maximale est différente de la puissance dans des conditions de rayonnement réelles. En pratique, ceci sera environ 15 à 20% inférieur en raison du chauffage considérable des cellules solaires. De plus, dans les installations où l’électricité est convertie en courant alternatif, comme les centrales solaires, la capacité de production totale d’électricité réelle est limitée par l’onduleur, dont la capacité de pointe est généralement inférieure à celle du système solaire pour des raisons économiques. Comme le courant continu maximal n’est atteint que quelques heures par an, l’utilisation d’un onduleur plus petit permet d’économiser de l’argent sur l’onduleur tout en ne coupant qu’une très petite partie de la production totale d’énergie. La capacité de la centrale après conversion DC-AC est généralement indiquée dans WAC, par opposition à Wp ou WDC.

Définition
Watt Peak se réfère à la puissance électrique fournie par les modules solaires dans des conditions de test standard (STC) avec les paramètres suivants:

Température de la cellule = 25 ° C
Irradiance = 1000 W / m²
Spectre de lumière solaire selon AM = 1.5.

Watt-pic
Le Bureau international des poids et mesures, qui maintient la norme SI, déclare que l’unité physique et son symbole ne doivent pas être utilisés pour fournir des informations spécifiques sur une quantité physique donnée et qu’ils ne doivent pas être la seule source d’information sur une quantité. Néanmoins, l’anglais familier confond parfois la puissance de la quantité et son unité en utilisant le watt-pic de l’unité non SI et le symbole Wp non-SI préfixé comme dans le SI, par exemple kilowatt-crête (kWp), mégawatt-pic (MWp), etc. Par exemple, une installation photovoltaïque peut être décrite comme ayant “un kilowatt crête” au sens de “un kilowatt de puissance de crête”. De même, en dehors du SI, la puissance maximale est parfois appelée “P = 1 kWp” par opposition à “Ppeak = 1 kW”. Dans le contexte des installations photovoltaïques domestiques, le kilowatt (kW) est l’unité la plus courante pour la puissance de pointe, parfois exprimée en kWp.

Puissance de sortie en conditions réelles
La production des systèmes photovoltaïques varie avec l’intensité de l’ensoleillement et d’autres conditions. Plus il y a de soleil, plus le module PV sera puissant. Les pertes, comparées aux performances dans des conditions optimales, se produiront en raison d’un alignement non idéal du module en inclinaison et / ou azimut, température élevée, non-concordance de puissance (les modules d’un système étant connectés en série, le la chaîne à laquelle il appartient), la salissure et la conversion DC-AC. La puissance générée par un module dans des conditions réelles peut dépasser la puissance nominale lorsque l’intensité de la lumière solaire dépasse 1000 W / m2 (ce qui correspond approximativement à midi en été en Allemagne) ou lorsque l’irradiation solaire proche de 1000 W / m2 se produit à basse température.

Conversion de DC à AC
La plupart des pays se réfèrent à la capacité nominale nominale installée des systèmes et des panneaux photovoltaïques en comptant le courant continu en watts crête, noté Wp, ou parfois WDC, comme la plupart des fabricants et organisations de l’industrie photovoltaïque, tels que SEIA, SPE ou IEA- PVPS.

Cependant, dans certains endroits du monde, la capacité nominale d’un système est donnée après la conversion de la puissance en courant alternatif. Ces endroits incluent le Canada, le Japon (depuis 2012), l’Espagne et certaines parties des États-Unis. Le courant alternatif au lieu du courant continu est également donné pour la plupart des centrales photovoltaïques de taille utilitaire utilisant la technologie CdTe. La principale différence réside dans le faible pourcentage (environ 5%, selon l’IEA-PVPS) de l’énergie perdue lors de la conversion DC-AC. En outre, certains règlements relatifs au réseau peuvent limiter la sortie d’un système PV à 70% de son alimentation en courant continu (Allemagne). Dans de tels cas, la différence entre la puissance crête nominale et la sortie CA convertie peut donc atteindre 30%. En raison de ces deux paramètres différents, les organisations internationales doivent reconvertir les données nationales officielles des pays susmentionnés à la sortie DC brute afin de rendre compte du déploiement PV global cohérent en watts-crêtes.

Afin de préciser si la puissance nominale (“watt-peak”, Wp) est en fait DC ou déjà convertie en AC, elle est parfois explicitement désignée par exemple par MWDC et MWAC ou kWDC et kWAC. Le WAC converti est aussi souvent écrit “MW (AC)”, “MWac” ou “MWAC”. Tout comme pour Wp, ces unités ne sont pas conformes au SI mais largement utilisées. En Californie, par exemple, où la capacité nominale est indiquée en MWAC, on suppose une perte de 15% dans la conversion du courant continu en courant alternatif. Cela peut être extrêmement déroutant non seulement pour les non-experts, puisque l’efficacité de la conversion s’est améliorée à près de 98%, la réglementation du réseau peut changer, certains produits peuvent différer du reste du secteur et des pays comme le Japon peuvent adopter métrique différente d’une année à l’autre.

Puissance de sortie en conditions réelles
La puissance de sortie du système photovoltaïque dépend de l’intensité du rayonnement solaire et d’autres circonstances. Plus le rayonnement solaire est élevé, plus les performances du module photovoltaïque sont élevées. Les pertes peuvent être dues à l’orientation non directionnelle du module (inclinaison et / ou orientation) due à une température élevée, à une performance médiocre du module, à la saleté et à la conversion du courant continu en courant alternatif. Il est important de savoir que la puissance maximale du module peut facilement dépasser la puissance nominale partout où l’intensité lumineuse est supérieure à 1000 W / m 2 (ce qui équivaut approximativement à midi en été en Bavière).

Coût par watt
Bien que le watt-peak soit une mesure pratique et le nombre standardisé dans l’industrie photovoltaïque sur lesquels sont basés les prix, les ventes et les chiffres de croissance, ce n’est sans doute pas le chiffre le plus important pour les performances réelles. Étant donné que le travail d’un panneau solaire consiste à générer de l’énergie électrique à un coût minimal, la quantité d’énergie qu’il génère dans des conditions réelles par rapport à son coût devrait être le chiffre le plus important à évaluer. Cette mesure de “coût par watt” est largement utilisée dans l’industrie.

Il peut arriver qu’un panneau de la marque A et un panneau de la marque B donnent exactement le même pic en watts en laboratoire, mais leur puissance de sortie est différente dans une installation réelle. Cette différence peut être causée par différentes vitesses de dégradation à des températures plus élevées. Dans le même temps, bien que la marque A puisse être moins productive que la marque B, elle peut aussi coûter moins cher, ce qui lui permet de devenir financièrement avantageux. Un scénario alternatif peut aussi être vrai: un panel plus coûteux peut produire tellement plus de puissance qu’il surpasserait un panel moins cher financièrement. Une analyse précise des performances à long terme par rapport aux coûts, tant initiaux que continus, est nécessaire pour déterminer quel panel peut conduire le propriétaire à de meilleurs résultats financiers.

Utilisation
Des mots tels que “Le système photovoltaïque a une capacité de 10 kWc” ou “Ceci est un système solaire à aire ouverte de 1,2 MWp” sont familiers. Il devrait être formellement correct “Le système photovoltaïque a une puissance nominale de 10 kW” en supposant les conditions d’essai standard “ou” Il s’agit d’un système solaire en champ libre de 1,2 MW (puissance nominale dans l’hypothèse des conditions d’essai standard) ” .

La mention “Nécessite une surface d’environ 6 à 10 m² par kW p” signifie que pour une puissance de système souhaitée de 1 kW dans des conditions de test standard, une surface d’environ 6 à 10 m² est requise.

En conséquence, la notation “P nominal = 1 kW” pour les systèmes photovoltaïques est préférable à la notation “P = 1 kW p”, car l’ajout d’ajouts aux symboles d’unité n’est pas conforme aux normes.

Pertinence pratique en Allemagne
L’éclairement énergétique de 1000 W / m² est une valeur transitoire dans des conditions réelles. On l’atteint le plus souvent, plus l’air est clair, plus on se rapproche de l’équateur et plus on est haut au-dessus du niveau de la mer. Cela dépend aussi de la distance entre le soleil et le point le plus élevé. Il est généralement atteint en Allemagne seulement dans les heures de midi d’un jour sans nuage.

Les mesures de la fréquence d’irradiation en Allemagne mesurées sur une demi-minute montrent également les valeurs ci-dessus. Ceux-ci peuvent également atteindre jusqu’à 1500 W / m² en raison de la réflexion et de la diffusion. En raison de la faible disponibilité temporaire et du fait que les onduleurs sont généralement conçus pour un éclairement énergétique de 1000 W / m et moins (maximum économique), ils sont rarement utilisés. Le maximum d’éclairement énergétique au bord de l’atmosphère terrestre correspond à la constante solaire E 0 et est de 1367 W / m².

En fonctionnement normal, les modules solaires ou les cellules solaires ont généralement une température de fonctionnement beaucoup plus élevée que les 25 ° C fournis dans le test et ont donc un rendement inférieur de 20% et une puissance de sortie réelle inférieure, avec une irradiation de 1 kW / m². Alignement généralement rigide d’un système photovoltaïque fixe, les cellules sont rarement alignées précisément perpendiculairement à la lumière incidente, de sorte que l’éclairement est réduit par le cosinus de l’angle d’incidence.

L’indication dans Watt Peak est utilisée pour comparer les modules solaires coextensifs de différentes productions en termes d’efficacité et de dimensionnement des différents composants d’un système solaire. Il ne peut pas être utilisé comme unique indication pour la caractérisation d’un système photovoltaïque, comme pour le rendement énergétique et pour l’économie du système, des paramètres essentiels tels que le corps (espace ouvert, toit, suivi) et le site, d. H. le degré de latitude associé à l’éclairement énergétique moyen, ou les conditions climatiques prévalant sur le site, telles que la température, sont ignorés.

En résumé, pour un système photovoltaïque réellement réalisé, la spécification de la puissance en watts crête ne correspond pas à une puissance maximale ou à une puissance continue. Comme les conditions de rayonnement sont souvent pires et que les modules sont généralement beaucoup plus chauds que dans des conditions de test standard, la puissance maximale est atteinte dans la pratique seulement de manière sporadique et même plus rarement dépassée.