Conception d'un système d'éclairage à LED utilisant des cellules photovoltaïques à énergie solaire pour un projet de complexe commercial

Rapports scientifiques volume 12, Numéro d'article : 13289 (2022) Citer cet article

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Le document décrit les concepts et la conception d'un futur système solaire photovoltaïque autonome pour répondre aux besoins énergétiques d'un nouveau complexe commercial proposé. Le but de cette étude est de développer une méthode de prédiction de l'utilisation de l'énergie solaire à des fins commerciales. Tout d'abord, la demande annuelle d'énergie pour l'éclairage et les services publics dans un complexe commercial est calculée. Les lumières LED sont considérées dans le complexe pour l'éclairage afin de minimiser le coût de l'énergie. Sur la base de l'estimation de la charge, le nombre de panneaux solaires est estimé à 6097, pour générer de l'électricité pour la zone proposée. Deuxièmement, la partie importante de la conception dans l'estimation du rayonnement solaire et de l'angle d'inclinaison optimal d'un panneau photovoltaïque a été calculée pour la récolte d'énergie maximale. Dans ce cas, l'angle d'inclinaison optimal est de 49,34°. L'installation de panneaux photovoltaïques pour un fonctionnement optimal et réalisable est également prévue. Les paramètres calculés sont utilisés dans une simulation avec un logiciel pour tester leur praticité dans le complexe commercial. La technique est utilisée pour déterminer la quantité d'énergie produite et le rapport de performance du système. Une estimation des coûts est également fournie pour le système solaire photovoltaïque. Enfin, une analyse de ces simulations et estimations est présentée.

Une centrale solaire photovoltaïque convertit la lumière du soleil en électricité en utilisant des cellules photovoltaïques, également appelées PV ou cellules solaires1. Des alliages de silicium sont utilisés pour fabriquer ces cellules2. L'énergie solaire est directement convertie en électricité par des cellules photovoltaïques. Ils fonctionnent selon le principe du photovoltaïque3. Les photons sont absorbés par certains éléments lorsqu'ils sont exposés à la lumière, ce qui libère des électrons libres. L'effet photoélectrique est le terme utilisé pour décrire ce phénomène4. L'effet photovoltaïque est le processus de production d'électricité en courant continu selon le principe de l'effet photoélectrique5.

Sur la base du principe de l'effet photovoltaïque, des cellules solaires ou cellules photovoltaïques sont créées6. La lumière du soleil est convertie par eux en électricité à courant continu (CC)7. Mais la quantité d'électricité générée par une cellule solaire n'est pas suffisante8. Ainsi, les modules solaires ou panneaux solaires sont constitués de plusieurs cellules solaires montées sur un cadre de support et connectées électriquement les unes aux autres7.

En général, les panneaux solaires sont disponibles dans une gamme de tailles et de puissances allant de plusieurs centaines de watts à plusieurs kilowatts9. Alors que les panneaux ou modules délivrent de l'énergie à une certaine tension, le courant qu'ils produisent est déterminé par l'intensité de la lumière incidente10. Dans la plupart des cas, cependant, les systèmes d'énergie solaire sont également équipés d'onduleurs pour fournir du courant alternatif11.

L'Inde consomme environ 6 % de l'énergie mondiale12. L'Inde a une capacité de production installée de 365 GW dont 55,8% au charbon, 13,7% à l'hydroélectricité, 10,1% à l'éolien, le solaire photovoltaïque à 8,8%, 6,8% au gaz naturel, la bioénergie et les déchets à 2,7% , 2 % est nucléaire, 0,1 % est au pétrole13.

L'énergie solaire représente environ 8,8 % de l'électricité produite14. En effet, les centrales solaires ne peuvent pas être déployées dans des régions où l'ensoleillement est irrégulier ou en raison de la grande surface nécessaire pour capter l'énergie solaire15. Cependant, dans les pays et les régions riches en énergie solaire, l'électricité produite à partir de panneaux solaires est moins chère que l'électricité produite commercialement16. Ces dernières années, l'utilisation de l'énergie solaire a connu une croissance exponentielle en Inde17. Les progrès de l'efficacité des panneaux solaires devraient rendre l'énergie solaire plus facilement disponible pour une utilisation dans les immeubles résidentiels et de bureaux18.

Le présent projet vise à se concentrer sur l'étude d'un système d'éclairage et d'utilités économe en énergie utilisant des lampes LED, pour un complexe commercial. L'utilisation de systèmes tels que les diodes électroluminescentes (DEL) au lieu des lampes traditionnelles peut réduire la consommation d'électricité19. La portée des travaux consiste à concevoir un système solaire photovoltaïque efficace qui répondrait à la demande énergétique complète d'un complexe commercial proposé sans consommer l'approvisionnement en énergie conventionnelle.

Un schéma fonctionnel du processus provisoire est illustré à la Fig. 1.

Schéma fonctionnel du concept de conception du projet actuel.

En fonction des besoins en énergie, plusieurs modules solaires sont connectés électriquement pour former un générateur photovoltaïque et obtenir plus de puissance20. Il existe différents types de systèmes photovoltaïques en fonction de leur application :

Systèmes PV directs

Ce système n'alimente la charge que lorsque le soleil brille. Il n'y a pas de batterie car l'énergie générée n'est pas stockée21. Un schéma du système PV direct est illustré à la Fig. 2.

Systèmes hors réseau

Les systèmes de ce type sont généralement utilisés dans des endroits où la puissance du réseau n'est pas disponible ou fiable. Il n'y a pas de connexion au réseau électrique pour les systèmes d'énergie solaire hors réseau. Il dispose d'un réseau de panneaux solaires, d'une batterie de stockage et d'un circuit inverseur21. Un schéma du système hors réseau est illustré à la Fig. 3.

Systèmes connectés au réseau

En profitant de la connexion au réseau, de l'énergie supplémentaire peut être obtenue du réseau pour ces systèmes d'énergie solaire. Il peut ou non être soutenu par des piles21. Un schéma du système connecté au réseau est illustré à la Fig. 4.

Système PV direct22.

Système hors réseau23.

Système connecté au réseau23.

Le processus de construction d'une centrale solaire photovoltaïque est un effort complexe qui nécessite un temps et une expertise considérables.

Il peut être divisé en étapes suivantes :

Identification du lieu.

Détermination du point de raccordement au réseau.

Documentation et négociations de pré-construction.

Construire l'infrastructure, c'est-à-dire les routes, la clôture, la sécurité, etc.

Achat de matériel et de logistique.

Installation de structures de soutien.

Installation du poste de transformation.

Connexion avec le réseau.

Surveillance de la configuration du système24.

La disposition proposée du bâtiment ou de la structure est illustrée à la Fig. 5. Elle est établie selon les plans de fondation et les spécifications fournies par l'ingénieur ou l'architecte.

Disposition (zone d'éclairage proposée) du complexe commercial25.

Actuellement, la conception des bâtiments se concentre sur la maximisation de la durabilité, de l'impact environnemental et de l'efficacité énergétique. Tous ces facteurs ont un effet direct sur la distribution de puissance dans le bâtiment. En pratique, les ingénieurs électriciens doivent travailler avec des architectes et des ingénieurs mécaniciens pour obtenir les estimations les plus précises de la demande.

La demande d'électricité prévisionnelle identifie les besoins du bâtiment en termes d'alimentation et de distribution d'électricité. Par conséquent, une estimation précise de la quantité d'énergie nécessaire au bon fonctionnement d'un bâtiment est une étape essentielle de la planification et de la conception d'un système. Les appareils utilisés dans le complexe commercial avec leur puissance nominale sont indiqués dans le tableau 1. Enfin, la charge totale du complexe commercial proposé est indiquée dans le tableau 2.

Les systèmes solaires photovoltaïques doivent être conçus en fonction de la quantité de lumière solaire pouvant être exploitée à un moment et à un endroit donnés. Le rayonnement solaire (ou rayonnement) et l'isolation solaire sont les deux méthodes de rayonnement solaire les plus prédominantes. Le rayonnement solaire est décrit comme la densité de puissance instantanée en kW/m2. Le rayonnement solaire varie, de 0 kW/m2 la nuit à 1 kW/m2 le jour27. L'emplacement et la météo locale sont également des facteurs cruciaux affectant le rayonnement solaire. Des pyranomètres (pour mesurer le rayonnement global) et des pyrhéliomètres (pour mesurer le rayonnement direct) sont utilisés pour les mesures. Ces données ont été recueillies pendant plus de deux décennies dans un lieu bien établi28.

Les enregistreurs d'ensoleillement sont également une méthode peu coûteuse et moins précise de mesure du rayonnement solaire. Les enregistreurs d'ensoleillement (également connus sous le nom d'enregistreurs Campbell-Stokes) mesurent le nombre d'heures pendant la journée où la lumière du soleil dépasse un certain niveau (généralement 200 mW/cm2)27. Les données ainsi recueillies permettent de calculer l'insolation en fonction des heures d'ensoleillement mesurées avec une valeur calculée à l'aide de plusieurs facteurs de correction28. Enfin, les données de couverture nuageuse recueillies à partir d'images satellites existantes peuvent être utilisées pour estimer l'insolation solaire, comme illustré à la Fig. 6. Une carte du rayonnement solaire de l'Inde est présentée à la Fig. 6. 29.

Carte du rayonnement solaire de l'Inde29.

D'après la Fig. 5, l'irradiance solaire à Kolkata est de 3,5 à 4,0 kWh/m2/jour. Les heures de plein soleil annuelles à Kolkata sont de 3,5 × 365 = 1227,5 kWh/m2/an. L'efficacité de la cellule PV en la considérant comme une cellule polycristalline est de 17 %30.

Donc,

Nombre de modules = \(\frac{914487.8 }{150}\) = 6096.5853 ≃ 6097 Considérant que la puissance du module est de 150 W pour chaque module31.

Par conséquent, nous aurions besoin d'environ 6 097 panneaux pour fournir l'électricité complète au complexe commercial proposé.

Considérant la trajectoire verticale de la surface de la mer comme unité, la longueur du trajet des rayons solaires à travers l'atmosphère est décrite en termes de "masse d'air"32.

Alternativement, la masse d'air "m" est le rapport de la longueur du trajet des rayons solaires à travers l'atmosphère à la longueur du trajet lorsque la position du soleil est directement au-dessus (c'est-à-dire la position zénithale)32.

Ainsi, m = \(\frac{\mathrm{La\,longueur\,du\,le\,chemin\,transversé\,par\,le\,rayon\,rayonnement}}{\mathrm{Atmosphérique\,vertical \,longueur du trajet}}\)

La figure 7 montre la géométrie du rayonnement solaire et les différents angles formés qui seront expliqués dans les sous-sections suivantes.

Géométrie du rayonnement solaire32.

Selon la figure 8,

où, α = angle d'inclinaison ou angle d'altitude, θz = angle zénithal.

Direction du rayon solaire par rapport à l'atmosphère32.

Donc,

C'est l'angle entre les rayons du soleil et le plan vertical. Il est noté "θz"32.

Selon la figure 8,

Selon l'éq. (1), la masse d'air est égale à la cosécante de l'angle d'altitude (α). Donc, au niveau de la mer m = 1.

m = 1 lorsque le soleil est au zénith (c'est-à-dire au-dessus de la tête).

m = sec θz, quand m > 3.

m = 0, juste au-dessus de l'atmosphère terrestre.

La latitude est l'angle formé par la ligne radiale reliant un lieu donné au centre de la Terre. Cette ligne est projetée sur le plan équatorial pour déterminer la latitude de l'espace vertical à la surface de la Terre32.

A partir du centre de la terre, c'est le nombre de degrés d'angle nord-sud de l'équateur32. Une latitude positive indique l'hémisphère nord et une latitude négative indique l'hémisphère sud. Il est noté ϕL.

Selon la figure 9, l'angle de latitude est l'angle entre la ligne OA et la ligne de projection OA', sur le plan de l'équateur. Le point A, représente l'emplacement sur la surface de la terre, le point O, représente le centre de la terre. Par convention, la latitude sera + ve pour l'hémisphère Nord.

Latitude de localisation (ϕL), Angle horaire (ω) et Angle de déclinaison de la somme (δ)32.

Par conséquent, selon la figure 9, ϕL est ∠AOA'.

L'angle de déclinaison est la distance angulaire des rayons du soleil au nord (ou au sud) du plan équatorial de la Terre. Il est noté par le symbole δ32.

Il peut également être défini comme l'angle entre la ligne allant du centre du Soleil au centre de la Terre et la projection de cette ligne sur le plan équatorial de la Terre32. Il est illustré à la figure 10.

Angle de déclinaison (δ)32.

Lorsqu'il est mesuré d'en haut, l'angle de déclinaison du plan équatorial est positif dans l'hémisphère nord32. C'est la conséquence directe de l'inclinaison et elle varierait entre 23,5° le 22 juin et − 23,5° le 22 décembre. Pour une déclinaison minimale ou maximale, le soleil apparaît immobile. Cette condition s'appelle un solstice. Pendant le solstice d'hiver, les rayons du soleil seraient à 23,5° au sud de l'équateur terrestre, c'est-à-dire que δ est de − 23,5°. Pendant le solstice d'été, les rayons du soleil seraient à 23,5° au nord de l'équateur terrestre, c'est-à-dire que δ est de 23,5°. La variation de la déclinaison du soleil est illustrée à la Fig. 11.

Variation de la déclinaison du soleil33.

La déclinaison de l'angle peut être déterminée à partir de l'équation approximative de Cooper.

où "n" est le jour de l'année compté à partir du 1er janvier.

L'angle auquel la Terre doit tourner pour obtenir le méridien d'un point particulier (ou le point d'observation) directement aligné avec les rayons du soleil est appelé l'angle horaire à ce moment. Il est noté ω32.

Autrement dit, à tout instant, c'est le déplacement angulaire du soleil vers l'Est ou l'Ouest du méridien local (dû à la rotation de la terre sur son axe)32. L'angle horaire (ω) est illustré à la Fig. 12.

L'angle horaire (ω)32.

Selon la figure, à 06h00. ω vaut + 90° et le soir, 18h00, ω vaut − 90°.

Par exemple, ω vaut − 15° à 11h00, ω vaut 0° à 12h00 et ω vaut 15° à 13h00 D'où la différence ou l'addition de 15° à chaque heure.

En considérant la Fig. 11, pour calculer l'angle horaire (ω) est l'angle mesuré dans le plan équatorial de la Terre, entre la projection de OA et la projection d'une ligne du centre du soleil au centre de la terre.

Par conséquent, considérant la Fig. 12,

Angle horaire, ω est ∠A'OB'.

L'angle d'altitude indique à quelle hauteur le soleil apparaît dans le ciel. L'angle est mesuré entre la ligne imaginaire entre l'observateur et le soleil et le plan horizontal sur lequel l'observateur se tient32. Lorsque le soleil tombe sous l'horizon, l'angle d'altitude est négatif. Il est également connu sous le nom d'angle d'inclinaison et d'angle d'élévation solaire. Il est noté "α".

Selon la figure 8,

α = Angle d'inclinaison ou Angle d'altitude = ∠QPS.

Selon la figure 13,

Angle d'inclinaison solaire (α), angle zénithal (θz) et angle d'azimut solaire (rs)32.

α = ∠CAB = Angle d'inclinaison ou Angle d'altitude.

Comme (a + θz) = 90° = \(\frac{\uppi }{2}\)

Donc,

Encore une fois, θz = \(\frac{\uppi }{2}\) – a.

La valeur de cet angle pourrait être calculée directement à partir d'un logiciel en utilisant les valeurs de latitude et de longitude.

C'est l'angle solaire sur un plan horizontal, en degrés, entre la ligne plein sud et la projection des rayons solaires sur le plan horizontal. Il est noté rs32.

En d'autres termes, il s'agit d'un angle horizontal mesuré du nord à la projection horizontale des rayons du soleil.

Lorsqu'il est mesuré du sud vers l'ouest, l'angle d'azimut solaire est positif.

D'après la Fig. 13, Angle d'azimut solaire, rs est ∠BAS.

AS est la ligne due au sud et BA est la ligne de projection horizontale du rayon du soleil vers l'ouest.

Par conséquent, rs est ∠BAS.

La valeur de cet angle pourrait également être calculée directement à partir d'un logiciel en utilisant les valeurs de latitude et de longitude.

C'est l'angle entre les rayons solaires incidents sur la surface plane et la normale à cette surface. Il est noté θi32. L'angle d'incidence est illustré à la Fig. 14.

Angle d'incidence (θi), angle d'inclinaison (β) et angle de latitude (ϕL)32.

En général, l'angle d'incidence peut être exprimé comme

C'est l'angle entre la surface plane inclinée et l'horizontale. Il est noté β32.

Il est pris positif pour la surface inclinée vers le sud et négatif pour la surface inclinée vers le sud32.

β est l'angle entre la surface inclinée et le plan horizontal par rapport à la surface du collecteur.

Le calcul des angles solaires pour l'emplacement du complexe commercial, c'est-à-dire Kolkata (la longitude est de 88,363895 ° E, la latitude est de 22,572646 ° N) à un moment donné, c'est-à-dire 12h00 le 18 avril 2021, est effectué. Pour calculer l'angle d'élévation solaire et l'angle d'azimut, le logiciel Keisan Online Calculator sera utilisé. La figure 15 montre les spécifications données de Kolkata présentées dans le logiciel.

Compte tenu des spécifications de Kolkata34.

La figure 16 montre la variation de l'angle d'élévation solaire par rapport au temps à Kolkata le 18 avril 2021. Ici, l'axe X représente le temps et l'axe Y est la variation de l'angle d'élévation solaire. On observe à partir du graphique que la valeur de l'angle d'élévation commence à augmenter régulièrement à partir du négatif à 00h00, après quoi elle devient positive vers 05h00, puis atteint son maximum vers 11h30 et après cela, elle diminue régulièrement jusqu'à redevenir négatif vers 18:00 h. Comme l'angle d'élévation solaire représente la hauteur à laquelle le soleil apparaît dans le ciel. Ainsi, on pourrait conclure du graphique que le soleil est sous l'horizon avant 05h00 et après 18h00 et qu'il atteint son maximum à 11h30. Par conséquent, l'énergie solaire pourrait être récoltée entre 05h00 et 18h00. Les valeurs de l'angle d'élévation solaire (α) et de l'angle d'azimut (rs) d'un emplacement donné, ici, Calcutta et à un jour donné, ici, le 18 avril 2021 peuvent être directement calculées par les valeurs de latitude et de longitude par le calculateur. Les valeurs calculées des angles solaires sont prédites dans le tableau 3.

Représentation graphique des angles d'élévation solaire de Calcutta le 18 avril 202134.

Maintenant, afin de déterminer le rapport de performance du système PV du complexe commercial, les valeurs des angles solaires qui ont été calculées jusqu'à présent seront mises dans le logiciel PVSyst. La ville considérée est Kolkata, en Inde, l'emplacement du complexe commercial. Certaines des captures d'écran importantes de la simulation sont les suivantes :

La figure 17 montre l'angle d'inclinaison et l'angle d'azimut du système solaire photovoltaïque. Le plan considéré ici est un plan incliné fixe. L'optimisation se fait par rapport au rendement d'irradiation annuel. L'axe X du graphique (a) représente l'inclinaison du plan tandis que l'axe X du graphique (b) représente l'orientation du plan et l'axe Y des deux graphiques représente le rendement d'irradiation annuel. À partir de la simulation, les valeurs obtenues du facteur de transposition (TF) sont de 0,98, les pertes par rapport à l'optimum sont de -8,2 % et l'irradiation sur la plaque collectrice est de 1713 kWh/m2.

Définition de l'angle d'inclinaison et de l'angle d'azimut dans le logiciel.

La figure 18 représente dans l'entrée de la charge totale du complexe commercial dans une année qui s'avère être de 1 90 830,760 kilowattheures/an.

Définition de la consommation électrique totale dans le logiciel.

La figure 19 montre les spécifications de la batterie utilisée dans la centrale solaire photovoltaïque. La batterie utilisée ici est une batterie lithium-ion réglable. Le nombre total. de cellules utilisées ici est de 512 dont 16 sont connectées en série et 32 ​​sont connectées en parallèle.

Définition des besoins en batterie dans le logiciel.

La figure 20 définit le nombre de modules solaires utilisés ici. Comme calculé précédemment, le nombre de modules solaires requis pour répondre à la demande énergétique complète du complexe commercial est de 6097. Mais ici, 6102 modules ont été pris en compte afin de maintenir la symétrie série et parallèle. Mais ce serait également bénéfique car il servira de secours chaque fois qu'il y aura une demande d'énergie supplémentaire. Parmi les 6102 modules, 6 modules seront connectés en série et 1017 modules seront connectés en parallèle. Il montre également les spécifications de fonctionnement de la batterie utilisées dans la centrale solaire photovoltaïque. La batterie doit fonctionner à température ambiante standard à 24 °C dans une pièce fixe climatisée. C'est parce que la température de la batterie est cruciale pour le vieillissement de la batterie.

Définition du nombre de modules requis dans le logiciel.

La figure 21 définit les spécifications de la cellule PV utilisée. Tel que défini dans le calcul, la cellule PV utilisée ici est une cellule en silicium polycristallin de 150 W. La conception du générateur photovoltaïque est également donnée ici. Le tableau aurait 41 piqûres et 24 modules en série. Il est fait de manière à ce qu'il y ait une utilisation optimale de l'espace, c'est-à-dire une surface minimale utilisée pour une production maximale d'électricité. La figure montre également que le contrôleur utilisé dans le système est un contrôleur universel qui fonctionnera en mode convertisseur DC-DC.

Définition des besoins en cellules PV dans le logiciel.

La figure 22 montre le schéma de circuit du système solaire photovoltaïque autonome pour le complexe commercial proposé.

Schéma de circuit du système PV.

La figure 23 montre les résultats finaux générés par le logiciel pour le système PV autonome.

Rapport généré par logiciel pour le système PV autonome.

En considérant le premier graphique, 23(a), le diagramme entrée/sortie journalier, l'axe X représente l'incident global sur la plaque collectrice en kWh/m2/jour et l'axe Y représente l'énergie efficace à la sortie du champ en kWh/jour . On observe que l'énergie de sortie augmente avec l'augmentation du rayonnement solaire incident.

Le graphique 23(b) est le graphique du rapport de performance (PF) et de la fraction solaire (SF). Ici, l'axe X représente le ratio de performance (PF) et l'axe Y représente le temps en mois. À partir de la simulation, la valeur PF est de 0,569 et la fraction solaire (SF) est de 0,740.

Le graphique 23(c) est le tableau de distribution de puissance. L'axe X représente la puissance effective à la sortie du générateur en kW et l'axe Y représente l'énergie effective à la sortie du générateur en kWh. La courbe actuelle tracée ici concerne l'année entière, du 1er janvier au 30 décembre 2021.

Le graphique 23(d) est la température du réseau en fonction de l'irradiance effective. L'axe X représente l'éclairement énergétique effectif en W/m2 du générateur en kW et l'axe Y représente la température moyenne du module pendant le fonctionnement en °C. Elle est estimée pour l'année entière du 1er janvier au 30 décembre 2021. D'après le graphique, il est établi que la température du module augmente avec l'augmentation de l'irradiation solaire mais les performances diminuent. Les paramètres obtenus à partir de la simulation sont présentés dans le tableau 4.

Chaque organisation productrice d'énergie a son propre coût par unité d'électricité. Cependant, nous déterminerons ici le taux unitaire sans tenir compte des débits, du capital et des taxes. En considérant notre centrale solaire photovoltaïque autonome pour le complexe commercial, la répartition du coût en capital est indiquée dans le tableau 5.

Sur la base des conclusions de cet article, la faisabilité de la conception d'un système solaire photovoltaïque (PV) autonome est évaluée, capable de répondre à l'ensemble des besoins énergétiques d'un complexe commercial proposé. Il a été réalisé sans le soutien d'aucune source d'énergie conventionnelle, c'est-à-dire d'une centrale électrique conventionnelle.

L'article commence par une brève théorie de la centrale solaire photovoltaïque, son principe de fonctionnement, son application et sa part en pourcentage dans le secteur de l'énergie. Ensuite, des descriptions de différentes centrales solaires ainsi que leur principe de fonctionnement sont présentées de manière brève mais compacte. La construction d'une centrale solaire est également précisée dans l'étude car elle joue un rôle important. Dans la deuxième phase, une configuration typique d'un complexe commercial est présentée et la demande énergétique annuelle du complexe commercial est calculée. Une attention particulière a été accordée à l'utilisation des lampes LED à des fins d'éclairage car elles jouent un rôle important dans la conservation de l'énergie. Il contient également la carte du rayonnement solaire de l'Inde. Les facteurs cruciaux dont la conception du système PV est que la théorie et le calcul des angles solaires. Les propriétés des différents angles solaires sont décrites pour certaines applications importantes. La valeur calculée de l'angle d'inclinaison optimal est de 49,3153814° compte tenu du complexe commercial de Kolkata (Inde). La technique de simulation et l'aspect pratique du système sont également décrits dans un processus étape par étape. L'article se termine par une estimation du coût du système solaire photovoltaïque pour un bâtiment particulier.

Les principales conclusions de cette étude sont les suivantes :

Le système solaire photovoltaïque (PV) autonome serait en mesure de fournir une indépendance énergétique complète à tout bâtiment individuel. Ainsi, l'énergie non conventionnelle (ici l'énergie solaire) peut être la source alternative d'éclairage et d'utilités pour un complexe de bureaux ou un immeuble résidentiel.

La valeur du facteur de transposition (0,98) établit l'efficacité du système PV, la valeur de la fraction solaire (0,740) établit l'efficacité du système et le rapport de performance (0,569) montre que l'indépendance énergétique est une possibilité à l'avenir. En outre, on pourrait également souligner qu'à mesure que l'efficacité des cellules photovoltaïques augmente, ce serait la valeur du rapport de performance et de la fraction solaire du système.

L'estimation des coûts montre que le coût d'acquisition et d'installation du système PV est économiquement réalisable pour un complexe commercial typique.

L'entretien nécessaire pour les centrales solaires est très moindre et, par conséquent, il peut être installé dans n'importe quel espace donné où la lumière du soleil est suffisante. Il peut être facilement installé sur le toit des immeubles de grande hauteur. Par conséquent, il est conclu que l'énergie solaire générée par les modules solaires photovoltaïques est l'énergie du futur. Ce système réduira considérablement la pollution. Il est tout à fait possible de les utiliser dans des bâtiments individuels pour atteindre une indépendance énergétique complète dans le futur.

Toutes les données générées ou analysées au cours de cette étude sont incluses dans cet article publié [et ses fichiers d'informations supplémentaires].

Al-Najideen, MI & Alrwashdeh, SS Conception d'un système solaire photovoltaïque pour couvrir la demande en électricité de la faculté d'ingénierie de l'Université Mu'tah en Jordanie. Resour. Efficace. Technol. 3(4), 440–445. https://doi.org/10.1016/j.reffit.2017.04.005 (2017).

Article Google Scholar

Energy.gov. 2022. Principes de base des cellules solaires photovoltaïques. https://www.energy.gov/eere/solar/solar-photovoltaic-cell-basics

Green, MA Principes photovoltaïques. Phys. E 14(1–2), 11–17. https://doi.org/10.1016/S1386-9477(02)00354-5 (2002).

Article CAS Google Scholar

Britannique. Les rédacteurs de l'Encyclopédie. Effet photoélectrique. Encyclopédie Britannica, 28 mai. 2021, https://www.britannica.com/science/photoelectric-effect.

Cellules solaires - Encyclopédie de la chimie - structure, métal, équation, la jonction pn". www.chemistryexplained.com.

Alireza, K. & Omer, CO Sources d'énergie. Dans Power Electronics Handbook 4th edn (ed. Muhammad, HR) 725–765 (Butterworth-Heinemann, 2018). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-811407-0.00025-8.

Chapitre Google Scholar

Eia.gov. 2022. Photovoltaïque et électricité - US Energy Information Administration (EIA). https://www.eia.gov/energyexplained/solar/photovoltaics-and-electricity.php.

Ashok, S., Fonash, SJ, Fonash, RT Cellule solaire. Encyclopédie Britannica. 2022, https://www.britannica.com/technology/solar-cell.

Les temps économiques. 2019. Panneaux solaires couramment utilisés en Inde, leurs caractéristiques et comment en choisir un idéal selon vos besoins. https://economictimes.indiatimes.com/small-biz/productline/power-generation/monocristallin-vs-polycrystallin-solar-panel-which-is-most-suitable-for-power-requirements/articleshow/69202894.cms ? de=mdr

Département américain de l'énergie, "PV Physics", Energy Efficiency and Renewable Energy, Solar Energy Technologies Program, http://www1.eere.energy.gov/solar.

Energy.gov. 2022. Intégration solaire : bases des onduleurs et des services de réseau. https://www.energy.gov/eere/solar/solar-integration-inverters-and-grid-services-basics

Examen de la politique énergétique 2020 de l'AIE en Inde.

Sayan, KN, Biswapriyo, G., Prosenjit, S., Koushik, M. & Arijit, M. Tendances récentes de la consommation d'énergie en Inde. Int. J.Eng. Rés. Électr. Électron. Ing. 6, 9 (2020).

Google Scholar

Autorité centrale de l'électricité, CEA, capacité installée dans toute l'Inde.

Akkas, O., Erten, M., Cam, E. & Inanc, N. Sélection optimale du site pour une centrale solaire dans la région anatolienne centrale de la Turquie. Int. J. Photoénergie 2017, 1–13 (2017).

Article Google Scholar

Zhifeng, W. Chapitre 1—Introduction. Dans Design of Solar Thermal Power Plants (éd. Zhifeng, W.) 1–46 (Academic Press, 2019). https://doi.org/10.1016/B978-0-12-815613-1.00001-8.

Chapitre Google Scholar

Sinha, S. (2020) L'Inde est le nouveau hotspot pour les investisseurs dans les énergies renouvelables. [en ligne] Forum économique mondial. https://www.weforum.org/agenda/2020/01/india-new-hotspot-renewable-energy-investors/

Kerr, E. & Burrus, A. (2019) L'avenir de l'énergie solaire est brillant - la science dans l'actualité. École supérieure des arts et des sciences de Harvard. https://sitn.hms.harvard.edu/flash/2019/future-solar-bright/

Energy.gov. 2022. Éclairage DEL. Département américain de l'énergie, de l'efficacité énergétique et des énergies renouvelables. https://www.energy.gov/energysaver/led-lighting

Chwieduk, D. Utilisation de l'énergie solaire. Opto-électron. Rév. 12, 13–20 (2004).

CAS Google Scholar

Zipp, K. (2015) Quels sont les types courants d'installations solaires photovoltaïques et de stockage ?. Monde de l'énergie solaire. https://www.solarpowerworldonline.com/2015/10/what-are-some-common-types-of-solar-pv-and-storage-installations/#:~:text=There%20are%20three%20main% 20types, %2Fhybride%20et%20hors%2Dgrille.

IndiaMART. Système solaire direct PV. https://m.indiamart.com/proddetail/pv-direct-solar-system-20730124548.html.

Hyder, Z. (2022) Comparé : Systèmes solaires connectés au réseau, hors réseau et hybrides. Avis solaires. https://www.solarreviews.com/blog/grid-tied-off-grid-and-hybrid-solar-systems

DAO solaire. 2017. Comment construire une centrale solaire photovoltaïque. https://medium.com/@solar.dao/how-to-build-pv-solar-plant-6c9f6a01020f

Makemyhouse.com. Plan de maison 40*70, 2800 m². pi. Plan d'étage Duplex Home Design - 4215. https://www.makemyhouse.com/architectural-design/40x70-2800sqft-shopping-mall-design/4215/139.

Solaire non lié. 2022. Tableau de consommation d'énergie des appareils ménagers. https://unboundsolar.com/solar-information/power-table

Building Services Operation and Maintenance Executives Society. http://www.bsomes.org.hk/upload_pdf/GPRD2016_S1-4.pdf

Honsberg, CB & Bowden, SG (2019) Site Web d'éducation photovoltaïque. www.pveducation.org.

India Solar Resource, Global Horizontal Irradiance, Solar Energy Center, National Renewable Energy Laboratory, Anthony Lopez, Billy Roberts : 25 avril 2013. http://www.nrel.gov/international/ra_india.html

Singh, A. (2019) 10 meilleurs panneaux solaires en Inde 2022—Avis et guide de l'acheteur. SolarClap. https://solarclap.com/best-solar-panels-in-india/

Les temps économiques. (2019) Panneaux solaires couramment utilisés en Inde, leurs caractéristiques et comment en choisir un idéal selon vos besoins. https://economictimes.indiatimes.com/small-biz/productline/power-generation/monocristallin-vs-polycrystallin-solar-panel-which-is-most-suitable-for-power-requirements/articleshow/69202894.cms

Khan, BH Ressources énergétiques non conventionnelles (Tata McGraw-Hill Education, 2009).

Google Scholar

Padilla, R. Méthodologie simplifiée pour la conception de centrales solaires paraboliques. (2011)

Calculatrice en ligne Keisan, 2022 CASIO COMPUTER CO., LTD. https://keisan.casio.com/exec/system/1224682277

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Les auteurs sont reconnaissants au chef du département de génie électrique, Techno Main Salt Lake, groupe Techno India pour avoir fourni l'opportunité nécessaire de ce projet de recherche. Ils remercient également tous les membres du corps professoral du département pour leur soutien constant.

Département de génie électrique, Techno Main Salt Lake, Kolkata, Bengale occidental, Inde

Sayan Kumar Nag et Tarun Kumar Gangopadhyay

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Les auteurs confirment leur contribution à l'article comme suit : Conception et conception de l'étude : SKN, TKG ; Collecte de données : SKN ; Analyse et interprétation des résultats : SKN, TKG ; Préparation de l'ébauche du manuscrit : SKN Tous les auteurs ont examiné les résultats et approuvé la version finale du manuscrit.

Correspondance à Sayan Kumar Nag.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Réimpressions et autorisations

Nag, SK, Gangopadhyay, TK Conception d'un système d'éclairage à DEL utilisant des cellules photovoltaïques à énergie solaire pour un complexe commercial proposé. Sci Rep 12, 13289 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-17353-2

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Reçu : 03 avril 2022

Accepté : 25 juillet 2022

Publié: 02 août 2022

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-022-17353-2

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