Dans les régions éloignées de haute altitude, l'extension du réseau électrique est prohibitionnellement coûteuse et les ménages comptent souvent sur des générateurs diesel pour l'électricité. Cependant, cette solution est coûteuse, gênante et non durable sur le plan environnemental. Avec le développement rapide des technologies photovoltaïques et de stockage d'énergie, l'énergie propre est devenue l'alternative la plus viable pour les communautés hors réseau.
Cette conception se concentre sur un foyer d'éleveurs situé à une altitude de 4 200 mètres, où l'ensoleillement annuel atteint environ 2 600 heures et le rayonnement solaire annuel moyen est de 5 800 MJ / m2. Sur la base des conditions locales et de la demande quotidienne en énergie, un système de stockage solaire photovoltaïque et de batterie est proposé. Le système est conçu pour fournir une alimentation électrique fiable 24 heures sur 24 pour l'éclairage, les appareils ménagers et les équipements de production à petite échelle. Il combine la faisabilité technique, l'efficacité économique et la durabilité environnementale, offrant une solution pratique pour améliorer la qualité de vie des résidents des régions éloignées du plateau.
Un établissement résidentiel est situé à une altitude de 4 200 mètres, à 35 kilomètres du réseau électrique le plus proche, et le coût de l'extension du réseau est prohibitif. La région a une moyenne annuelle d'environ 2 600 heures de soleil et d'abondantes ressources solaires (radiation annuelle moyenne de 5 800 MJ / m2). Une alimentation électrique hors réseau 24 heures sur 24 était nécessaire pour un ménage de bergers (une famille de cinq personnes) pour répondre aux besoins de base de la vie, de l'éclairage et de l'équipement de petite production.
2. Analyse Load
| Appliances domestiques | Power | Quantité | Heures quotidiennes de travail | Énergie (Wh) |
| Lumière LED | 10 | 4 | 4 | 160 |
| réfrigérateur | 80 | 1 | 10 | 800 |
| TV | 60 | 1 | 3 | 180 |
| Téléphone Charger | 10 | 4 | 2 | 80 |
| Pump | 300 | 1 | 0.5 | 150 |
| Cooker à riz | 500 | 1 | 0.5 | 250 |
| Total énergie quotidienne | 1620Wh | |||
Paramètres clés :
Puissance totale : ≈ 1,1 kW. La pompe est une charge inductive. Au démarrage, la puissance de crête est environ quatre fois supérieure à la puissance nominale. Puissance de crête : 1 200 W.
Consommation électrique quotidienne moyenne : 1,62 kWh.
Tous les appareils ménagers sont 220V / 50Hz.
3. Conception de système photovoltaïque
3.1 PV array configuration
3.1.1 Sélection du panneau Soalr : panneau photovoltaïque en silicium monocristallin (325W / pièce)
● Maximum power (Pmax/W):325
● Open-circuit voltage (Voc/V)::46.15
● Short circuit current (Isc/A) :9.39
● Peak power voltage (Vmp/V) :37.45
● Peak power current (Imp/A) :8.68
● Module Efficiency:19.2%
3.1.2 Calcul de la quantité de panneaux solaires :
● Heures de soleil maximales quotidiennes moyennes locales : 4,08 heures (basées sur les données météorologiques de la NASA)
● Total system power demand = daily power consumption / system efficiency = 1600Wh / 0.8≈ 2000Wh
● Total module power = 2000Wh ÷ 4.08h ≈ 490W
● Configuration réelle : 2 × 325W = 650W (25% de redondance pour tenir compte de la poussière, de l'atténuation et des jours de pluie)
● Disposition du réseau : 2 modules en série (2S), tension de fonctionnement 65,2V
3.2 Battery Configuration
Sélection de batterie solaire : batterie au phosphate de fer au lithium (longue durée de vie, haute densité énergétique)
Calcul de la capacité :
Requiert un fonctionnement pendant trois jours de pluie consécutifs (pas de lumière du soleil)
Capacité totale de décharge : consommation d'énergie quotidienne × nombre de jours sans soleil × profondeur de décharge
1620Wh × 3 ÷ 0.95 = 5115Wh
Total battery capacity (24V system) : 5115Wh ÷ 25.6V ≈ 200Ah
Configuration actuelle : une batterie solaire 25.6V200Ah
Capacité utilisable réelle : 25.6 × 200 × 0.95 (DOD) = 4864Wh
Ici, nous utilisons la batterie 25.6V200A de Brovolt. Il a une densité d'énergie élevée, une longue durée de vie, un taux de décharge élevé et une durée de vie allant jusqu'à dix ans. Les modules Bluetooth et chauffage sont optionnels.
| Modèle | BVL24200 |
| voltage | 25.6V |
| Capacité | 200Ah |
| Batterie cellulaire | LiFePO4 |
| Max décharge actuelle | 200A |
| Charge max actuelle | 200A |
| Cycle de vie | >3000 fois |
| Design de vie | 10 ans |
3.3 Sélection inverseur
Exigences de puissance : pompe à eau (300W). Il s'agit d'une charge inductive, et la puissance de pointe au démarrage est environ quatre fois supérieure à celle d'une charge de 1200 W.
Modèle : Onduleur solaire à ondes sinusoïdales pures (résistant aux chocs)
Puissance nominale : 2kW
Puissance maximale : 4 kW
Voltage de la batterie : DC 24V
Voltage de sortie : AC 220V ± 3%
Type de chargeur solaire : MPPT
Voltage maximal en circuit ouvert PV Array : 102vdc
Puissance PV maximale : 1400W
MPPT Range @ Operating Voltage:30-80VDC
Maximum Solar Charge Current:50A
4. Système Structure Diagramme
5. Principales garanties de design
Protection anti-courant inverse :
1. La batterie est dotée d'un capteur de température intégré, qui active le chauffage lorsque la température tombe en dessous de -10 ° C.
2. Les panneaux photovoltaïques sont inclinés à un angle de 60 ° (un angle élevé en hiver améliore les chutes de neige).
Protection contre les éclairs :
1. The photovoltaic array grounding resistance is ≤ 4Ω.
2. Un arrête-foudre secondaire (40kA) est installé sur le côté DC.
3. Protection contre les surcharges : L'onduleur a intégré la protection contre les surcourants, les courts-circuits et les surtempératures.
6. Génération d'énergie et analyse économique
6.1. Power Generation Estimation
| Season | Average sunshine duration | Production quotidienne moyenne d'électricité | Demandes de charge | Redundant power quantity |
| Summer | 5.2h | 3.38kWh | 1.7kWh | 1.68kWh |
| Hiver | 3.1h | 2.01kWh | 1.9kWh | 0.11kWh |
6.2 Investissement initial
| Device | Specification | Qty | Prix (USD) | Amount(USD) |
| Panneau solaire | 325W | 2 | $118 | $236 |
| Batterie solaire | 25.6V200Ah LiFePO4 | 1 | $440 | $440 |
| inverseur | 2000W | 1 | $280 | $280 |
| Brackets et câble | N/A | 1 | $150 | $150 |
| Total | $1106 | |||
6.3. Avantages économiques :
Cost of alternative solution: Diesel generator (annual fuel consumption ≈ 600L × 1.1 USD/L = 660USD/year)
Frais d'entretien annuel du système PV : environ 45 USD (test de batterie / nettoyage du module)
Période de pay-back statique :
Investissement initial ÷ économie annuelle de carburant = 1106 ÷ (660 - 45) = 1,8 ans
Durée de vie de la batterie : 10 ans (basé sur 95% d'utilisation du DOD), durée de vie du système > 15 ans
7. Gestion de l'exploitation et de la maintenance Formation utilisateur recommandée :
1. Nettoyer la poussière de la surface du panneau photovoltaïque mensuellement.
2. Surveillance à distance : Installez un module d'acquisition de données 4G (pour surveiller la production d'énergie et le SOC de la batterie).
3. Regular Maintenance: Check battery health quarterly.
4. Vérifiez la résistance au sol et l'isolation du câble.
8. Design sommaire
Ce système, basé sur un réseau photovoltaïque de 650 W et un stockage d'énergie de 5 kWh, répond aux besoins en électricité hors réseau d'un seul ménage dans la région du plateau. Avec un investissement initial de 1 106 USD, le coût de remplacement du moteur diesel peut être récupéré en 1,8 ans.
Design Features Include:
1. L'onduleur améliore l'efficacité de la production d'énergie de plus de 10% dans les environnements à basse température et assure un démarrage fiable des charges du moteur.
2. La batterie lithium-ion supporte le fonctionnement à -30 °C, ce qui la rend adaptée aux zones froides et à haute altitude.
3. 3-stockage d'énergie de jour redondant pour faire face à des conditions pluvieuses continues
