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1/11jemoire de min dttudes di~ngenieur genie
Electrique
OUTIL D'AIDE AU DIMENSIONNEMENT
DES SYSTEMES PHOTOVOLTAIQUES
DOMESTIQUES
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERAtE
'tlujourd'hui, les énergies renouvelables
deviennent progressivement des énergies
à part entière, rivalisant avec des
énergies fossiles du point de vue coût et
performance de production. De ces énergies nouvelles
(biomasse, éolienne,
solaire, géothermie), le solaire
photovoltaïque présente une convenance
particulière pour notre continent, puisqu'il dispose
d'un gisement solaire
fortement propice au développement de cette forme
d'énergie.
Ia lutte contre le réchauffement de la planète
(effet de serre), fait la une de
l'actualité écologique. Un séminaire
atelier sur cette problématique a eu lieu en
Mars 2009 à l'Ecole nationale supérieure
polytechnique de Yaoundé. La
cérémonie d'ouverture présidée par
le Ministre de l'énergie et de l'eau a permis
de prendre la mesure des projets et de la
nécessité qu'il y a à investir sur le
photovoltaïque afin de minorer les effets des changements
climatiques.
a'autre part la qualité de l'énergie
électrique fournie par notre distributeur
d'électricité pourrait amener des particuliers
à investir dans le photovoltaïque, vu
que des sondages effectués par le RACE
(réseau associatif des consommateurs
d'électricité) montrent que les populations
camerounaises sont loin d'être
satisfaites par AES sonel Apply Electricity
Supply-Société nationale d'électricité du
Cameroun.
Investir dans le photovoltaïque demande
généralement d'importants moyens
financiers, raison pour laquelle le dimensionnement de
systèmes
photovoltaïques doit être fait avec beaucoup de
soin.
Z'automatisation du processus de dimensionnement de
systèmes
photovoltaïques constitue une solution intéressante
au problème de perte de
temps, et de surcoût excessif du système mis en
place; problèmes auxquels sont
confrontés les ingénieurs et techniciens
dans l'exercice de projets relatifs au
photovoltaïque.
C'est dans ce contexte que l'ACL nous a
confié cette étude sous le thème : «
Outil
d'aide au dimensionnement des systèmes
photovoltaïques domestiques ».
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
CONTEXTE
Generalites sur l~energie solaire
Généralité sur les systèmes
photovoltaïques
Contexte
GENERALITES SUR
L'ENERGIE SOLAIRE
~' énergie solaire est une
énergie produite par le rayonnement du soleil, direct
ou diffus à travers l'atmosphère. Le soleil
produit ainsi une énergie inépuisable et
naturellement disponible en quantité.
le gisement solaire est un
gisement réparti sur l'ensemble de la planète.
Le
gisement solaire d'un site correspond à
l'énergie disponible par le
rayonnement solaire, à une période de temps
donné.
Les grandeurs caractéristiques de ce gisement sont:
L'insolation: Exprimée en heure et
mesurée par
héliographe.
Le rayonnement global: Exprimé
en Wh/m2, il est mesuré par
pyranomètre.
Le rayonnement direct: Exprimé
en Wh/m2, il est mesuré par
Pyrhéliomètre.
Le rayonnement diffus:
Exprimé en Wh/m2, il est
mesuré par pyranomètre.
Le gisement solaire d'un site s'évalue
de deux façons selon que le site
est à:
Climat connu: Lorsque des stations
météorologiques existent dans les
environs et peuvent être considérées comme
comprises dans la même zone
climatique du site envisagé, les mesures sont
aisément acquises.
Climat mal connu: il arrive souvent que l'on
ne dispose d'aucune mesure des
paramètres météorologiques
nécessaires aussi bien sur site à caractériser
que dans les environs. Dans une telle situation, il est alors
conseillé
d'effectuer des mesures sur site au moins pendant une
durée recouvrant
l'ensemble des saisons et d'utiliser des formules empiriques
indiquées à cet
effet.
Généralité sur l'énergie
solaire 3/4
TECHNOLOGIE DE TRANSFORMATION DE L'ENERGIE
SOLAIRE
£es techniques pour capter directement
une partie de l'énergie solaire sont
diverses et sont constamment améliorées. On peut
distinguer le solaire
thermique et le solaire
photovoltaïque.
J[otre intérêt majeur quant aux
technologies de transformation de l'énergie solaire est
porté au photovoltaïque, car il
représente le socle de notre travail .
Généralité sur l'énergie
solaire 4/4
GENERALITES SUR LES
SYSTEMES
PHOTOVOLTAiQUES
On appelle système photovoltaïque
l'assemblage d'un
générateur photovoltaïque à un ou
plusieurs
récepteurs.
On appel générateur
photovoltaïque l'assemblage des
modules photovoltaïques couplés aux
éléments de
contrôle et de régulation.
Nous distinguons trois types de systèmes PV :
Autonomes
Hybrides
Raccordés au réseau
Systèmes raccordés au
réeau
Sytèmes autonomes
Les systèmes Hybrides
Les sytèmes raccordés au éseau permetnt
de
hybrides reçoivent une parti de
Les systèmes autonomes sont
complètement
réd
ii...Ezzaidgmszim
· --
· '
· Ab ES
servs
excestit"
etiluriegs.11EtsmripiagunesabBtkieliliskisndlaWAReI
TAT
immeubles, les domiciles déjà reiés au
réseau
ainsi qu'à des application comme la
une génératrice à
combustible. électrique.
surveillance à distance et le pompage de l'eau.
Ils peuvent être avec ou sans batteries de
stockage. Dans la majorité des cas, un système
autonome exigera des batteries
d'accumulateurs pour stocker l'énergie.
|
QLe fonctionnement dune installation
photovoltaIque
|
Q PREFEMiCES
Seeking (la 00110 (0.0%:1
A
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
PROBLEMATIQUE
Le dimensionnement des
générateurs photovoltaïques varie en fonction de la
puissance installée, de la consommation moyenne
journalière et des
paramètres météorologiques. Il demande bon
nombres de calculs qui sont
généralement faits manuellement (pertes de temps
considérables), l'exposant
ainsi à des risques d'erreur non négligeables,
entrainant par corollaire des
problèmes tels que le surdimensionnement excessif ou le
sous
dimensionnement du système mis en place.
Ces problèmes pourraient être évités
par la mise sur pied d'un outil qui ferait le
calcul à la place de l'ingénieur en très peu
de temps, exigeant de ce dernier
juste les caractéristiques du système
calculé.
Des outils informatiques relatifs au dimensionnement des
systèmes
photovoltaïques existent et sont pleinement utilisés
en Europe. Nous pouvons
citer : PVSYST, PVSOL et
ARCHELIOS utilisés majoritairement par l'INES en
France; RetScreen Canada, et
Sol-utions-Solar évolution.
Ces logiciels constituent pour la plupart des outils
d'aide à la décision dans des
projets sur des systèmes photovoltaïques. Lorsque
ceux-ci effectuent un calcul
de générateur photovoltaïque, ils se
limitent juste à un prédimensionnement
du système étudié. De plus,
Ils sont complètement adaptés au contexte
Européen et n'intègrent pas de données qui
rendraient leur utilisation profitable
aux Camerounais.
Les Camerounais ne disposent pas d'un outil d'aide au
dimensionnement des
systèmes photovoltaïques propre à
leur contexte et intégrant les données
solaires du pays. Un outil qui en plus de
rendre la tache facile aux ingénieurs dans
des projets relatifs au photovoltaïque, constituerait un
excellent moyen de
vulgarisation du photovoltaïque au Cameroun et en
Afrique.
C'est dans le but de concevoir et de réaliser un tel
outil, que L' ACL nous a
accueilli en son sein.
OBJECTIF
Plus explicitement, l'objectif visé dans ce travail est
celui de mettre sur pied une
plateforme qui apportera aux ingénieurs et techniciens
camerounais, beaucoup
d'aisance et de facilité dans le dimensionnement des
systèmes photovoltaïques
domestiques. Cet utilitaire devra après avoir
reçu des données fournies par
l'utilisateur :
faire le calcul du générateur PV
adéquat par rapport à la puissance installée
en fonction des données de la station Solari
métrique la plus proche du site
calculé, ou tout simplement par entrée de
l'irradiation dans le cas où l'utilisateur
n'est à proximité d'aucune station
solarimétrique.
faire des propositions sur le choix des
équipements. En effet l'application
devra disposer d'une base de données contenant tout une
gamme
d'équipements (modules PV, régulateurs, batteries
de stockage, onduleurs)
répartis par fabricants avec toutes leurs
caractéristiques techniques et leur prix.
L'utilisateur devra également avoir la
possibilité d'effectuer des choix
personnalisés.
faire un bilan énergétique et
environnemental annuel relatif à la production
du générateur PV, en présentant à
l'utilisateur entre autres : la production
annuelle, les mois de déficit énergétiques,
les mois de surproduction, une
évolution statistique de l'irradiation au voisinage du
site sur l'année, l'économie en
énergie fossile réalisée sur l'année
par rapport à une alternative groupe
électrogène, l'émission de CO2
évitée sur l'année.
a la demande de l'utilisateur, générer des
rapports imprimables :
d'évaluation de la consommation journalière
relative au site calculé
de calcul du générateur PV
de choix des équipements avec toutes les
caractéristiques techniques et les
prix
de bilan énergétique et environnemental annuel.
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
METHODOLOGIE
Méthodologie de dimensionnement des syst
èmes PV
Architecture de la plate forme
Conception de la plate forme
METHODOLOGIE DE
DIMENSIONNEMENT
DES SYSTEMES PV
Avant d'automatiser un processus, il est indubitablement
nécessaire de savoir
et de comprendre les principes, et les diverses étapes qui
lui sont associés.
La méthodologie que nous suivons pour
effectuer le dimensionnement de
système photovoltaïque autonome avec batteries,
régulateur et onduleur est
méticuleusement celle donnée par les
ingénieurs Luc Chancelier et Eric Laurent
dans leur Ouvrage « L 'électricité
photovoltaïque » en partenariat avec
l' ADEME département des énergies
renouvelables Agence de l'environnement
et de la maîtrise de l'énergie .
Dimensionnement des modules PV : 3
étapes
Évaluation de la consommation journalière,
Évaluation de l'énergie à produire en tenant
compte du rendement du
générateur PV, de l'incertitude
météorologique, des pertes dans les câbles.
Calcul de la puissance crête
Dimensionnement des Batteries : 4
étapes
Évaluation de la consommation journalière
Nombre de jour d'autonomie souhaité
Décharge profonde admissible
Calcul de la capacité de la batterie
Dimensionnement du régulateur: 2
étapes
Calcul de la caractéristique d'entrée
Calcul de la caractéristique de sortie
Dimensionnement des câbles:
Il se fait en utilisant des
abaques. il existe des abaques
pour choisir la
section des conducteurs. Ce choix est fait en fonction du
courant, de la
tension nominale du système et de la longueur des
câbles.
compte du cosô des récepteurs, et des
courants de démarra
appareils comme les réfrigérateurs.
Dimensionnement de l'onduleur :
Il se fait en appliquant un coefficient sur la puissance
installée pour tenir
ge des
ARCHITECTURE DE
LA PLATE FORME
Mode prédéfini
Evaluation de la consommation
journalière
Mode libre
Appareils
domestiques
diverses
Choix de la station météorologique et
contraintes d'utilisation
Rapport de
Récapitulatif des
Besoins Journaliers
Calcul du générateur photovoltaïque
CONCEPTION DE LA
PLATE FORME
OUTILS
INFORMATIQUES
MICROSOFT
EXCEL
MICROSOFT
DOT NET
FRAMEWORK
2
ACROBAT
READER
CUSTOMUI
EDITOR
VISUAL BASIC
FOR
APPLICATION
ICON
SUSHI
INNO
SETUP
XML
CONCEPTION DES
BASES DE DONNEES
relatve aux équipement constituan le
générateur PV:
Base de données spécifique à des
modèles prédéfinis type habitat:
Base de données relative aux récepteurs
pour usage domestique contient 5
Bas de donées solaires du Cameroun :
8 Tables: - 1 pour modules PV
Elle contient 11 Tables. Chacune liée à un
modèle prédéfini type habitat.
Tables à raison d'une table par type d'usage
domestique :
2 Tables: - Données solaires en fonction des
statons solarimétriqs
L'utilisateur peut alors choisir un modèle
prédéfini au lieu d'effectuer des choix
- 3 pour les régulateurs
-Eclairage
ponctuels ou des saisi e données.
- Coordonnées géographiques des stations
dans le système WGS 84
- 3 pour les onduleurs
- Réfrigération
- 1 pour les batteries de stockage.
- Electroménager
A Chaque équpement est associé son prix et
toutes ces caractéristiques
- Audio visuei
techniques.
- Informatique
MODÈLES PRÉDÉFINIS TYPES HABITATS
Equipements
BD l i
Ces bases de données ont été mise
sur pied avec le
Concours du Laboratoire de Recherche
énergétique de
Yaoundé rattaché L'IRGM artère du MI
NRESI
LRE
Et celui de la KISC Kvazar International Solar
Compagny
de Yaoundé.
'USC
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
RESULTATS
Outil d aide au climensionnement des 3ystrn.es PV - Easy_PV
LA'
demarrer :36 Dictionnares et ...
6 Explorateur
· 2 mEmoIREyAx_Tc... mernare_NDOLIMB...
- Outil da... FR 2:3:51
Introduction Generale
Contexte
Problématique
Méthodologie
Resultats
Conclusion et Perspectives
SOMMAIRE
CONCLUSION
Au terme de ce travail, nous avons développé un
outil d'aide au
dimensionnement des systèmes photovoltaïques
domestiques. Cet
utilitaire permet à
l'utilisateur de dimensionner des systèmes
photovoltaïques fiables et viables techniquement.
Conclusion 1/2
Cet outil vient dans un contexte de vulgarisation des
énergies propres (énergies
renouvelables), apporter une contribution considérable
dans la diffusion
d'informations relatives au photovoltaïque au Cameroun et
en Afrique. Ce travail
démontre une fois de plus l'engagement de l'école
nationale supérieure
polytechnique dans la lutte contre le changement climatique qui
est
effectivement entamée depuis plus d'une dizaine
d'années ( Protocole de Kyoto).
V'Les systèmes photovoltaïques connectés au
réseau ne sont pas encore
fortement développés chez nous en Afrique. Mais en
guise de perspective,
d'extension et de prévision il serait intéressant
de cogiter sur l'intégration d'un
module de calcul des systèmes photovoltaïques
connectés au réseau électrique, à
la plateforme E@ sy_PV qui n'en est qu'à
ça première version.
Conclusion 2/2
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Le coefficient k tient compte :
de l'incertitude météorologique ;
de l'inclinaison non corrigée des modules
suivant la saison ;
du point de fonctionnement des modules
qui est rarement optimal et qui peut être
aggravé par : la baisse des caractéristiques
des modules, la perte de rendement des
modules dans le temps (vieillissement et
poussières) ;
du rendement de charge et de décharge
de la batterie (90%) ;
du rendement du régulateur (95%) ;
du rendement de l'onduleur, s'il y en un ;
des pertes dans les câbles et connexions.
il est nécessaire d'avoir :
la distance D qui sépare le panneau de l'obstacle ;
la hauteur H de l'obstacle ;
l'angle á qui situe la position de l'obstacle par rapport
à l'axe nord-sud.
|
LATITUDE
|
INCLINAISON
|
|
L < 10°
|
I = 10°
|
|
10° < L < 30°
|
I = L
|
|
30° < L < 40°
|
I = L + 10°
|
|
L > 40°
|
I = L + 15°
|
sabro
Si fr
-i 41tIct-tronlque -1 Si mcilaire
IntirconntclIon
C1121)414
Signal de base
·
·
Reprise
Ts)
tON
in n
Le signal de base triangulaire permet la generation des sigraux
de coin mantle MLI grace a des comparateurs.
Les deux &cites en charge et decharge presente la variation
de la tension au niveau de Ia batterie.
Vsl C'est le signal de comniande MLI Ton augmente en
fonction du temp et Ia tension de Ia beetle ) de
Ia phase decharge.
Vs 2 C'est le signal de cammande JIL
( Ton d!minue en fonction dv temps et Ia
tension de Ia batterie ) de
Ia phase charge batterie.
la norme
NFEN 62305-2 (VDE 0185-305-2)
NF EN 62305-3 (VDE 0185-305-3)
M
,17
1
V
1
V
z-
=jt'z'
I I I I I I I
I
I
I
·
DNO.
TaLdenu exell6ral B4 3e. Tensi.ou
Le Parafoudre
sans parafoudre,
la surtension
apparaît
aux bornes des
matériels
sans
parafoudre, le
matériel
«claque»
· Son rôle
Le
parafoudre
écoule
«l'énergie
foudre» à la
terre
Le Parafoudre
le parafoudre
limite la
surtension
aux bornes du
matériel
varistance
à oxyde de
zinc
tension aux bornes
d'une varistance en
fonction
de l'intensité
«écoulée»
· Sa technologie
Différentes technologies existent
éclateurs, diode d'écrêtage ...
La technologie varistance est aujourd'hui la solution la plus
utilisée pour la
protection des installations électriques basse tension.
|
En fonctionnement
normal:
le parafoudre se
comporte en circuit
ouvert
|
pendant
l'écoulement de la
surtension,
: le parafoudre se
comporte
en circuit fermé
· Ses caractéristiques
· la tension maximale de régime permanent : Uc
· le courant de fonctionnement permanent : Ic
· le courant nominal de décharge : In
· le niveau de protection : Up
·
caractéristiques aux
bornes d'une
branche du
parafoudre pendant
l'écoulement
de la surtension
caractéristiques
aux bornes d'une
branche du
parafoudre en
fonctionnement
normal (50Hz,
230/400V
le courant maximal de décharge : Imax
| 
