Etude et dimensionnement d'un système solaire photovoltaà¯que pour le lycée polyvalent de Ziniaré

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Etude et dimensionnement d'un système solaire photovoltaïque de secours pour l'administration du lycée polyvalent de Ziniaré

DEDICACE

4 ma famille pour son soutien inconditionnel tout

au long de cette aventure.

4 mes ami(es) : Osée, Ibrahim, et Carole pour leurs

soutiens multiformes et leurs encouragements.

4 mes professeurs pour la transmission de leur savoir

et l'ambition qu'ils nous inspirent.

4 tous mes proches pour leurs soutiens et

encouragements.

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REMERCIMENTS

Nul ne peut obtenir du succès sans l'aide de Dieu et de son prochain. Cela est une évidence dans la mesure où ce travail ne pouvait être effectué sans l'appui des uns et des autres. Ainsi, nous ne saurions présenter ce rapport sans manifester notre gratitude à ceux qui nous ont prêté main forte pour la réalisation de ce document. Sur ce, nous tenons particulièrement à remercier :

M. OUATTARA Abu, mon tuteur pédagogique pour avoir accepté d'encadrer mon travail malgré ses nombreuses occupations.

M. SAWADOGO Albert, Directeur Général de AFRITECH ENERGY de nous avoir accepté au sein de sa structure ;

M. YELKOUNI Osée, notre maître de stage d'avoir accepté sans hésitation de nous encadrer dans la réalisation de ce travail malgré son emploi du temps très chargé ;

Tout le personnel de AFRITECH ENERGY,

L'ensemble du corps professoral qui ont assuré et continuent d'assurer notre formation,

Tous les membres de l'administration de l'IST pour leur accompagnement durant nos activités académiques,

Enfin je témoigne ma reconnaissance à ma famille, à tous mes camarades, ami(e)s et tous ceux qui ont contribué directement ou indirectement à la réalisation de ce travail.

Que chacun trouve en ce travail, le sien et l'expression de ma profonde gratitude.

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SOMMAIRE

DEDICACE i

REMERCIMENTS ii

LISTE DES TABLEAUX iv

LISTE DES FIGURES v

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS vi

PREAMBULE vii

INTRODUCTION GENERALE 1

CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D'ACCUEIL 4

CHAPITRE II : GENERALITES LES INSTALLATIONS SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES 6

Introduction 7

I. Présentation de la structure générale d'un système PV 7

II. Constitution d'une installation photovoltaïque 10

CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT DE L'INSTALLATION 22

Introduction 23

I. Données géographique du site 23

II. Dimensionnement et choix des différents éléments de l'installation 24

III. Dimensionnement des câbles de connexion 35

IV. Récapitulatif du dimensionnement 37

V. Maintenance des équipements 38

CHAPITRE IV: EVALUATION ECONOMIQUE DU PROJET 41

Introduction 42

I. Estimation financière du Coût des équipements 42

II. Coût prévisionnel de remplacement des équipements 43

III. Rentabilité du projet 43

IV. Bilan de stage 45

Conclusion générale 46

BIBLIOGRAPHIE ix

WEBOGRAPHIE x

LISTE DES ANNEXES xi

TABLE DES MATIERES xviii

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LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1 : Tableau comparatif des différentes technologies des panneaux 13

Tableau 2 : Irradiation globale horizontal de la ville de Ziniaré 23

Tableau 3 : Tableau indiquant les caractéristiques des récepteurs 25

Tableau 4: Bilan des puissances des récepteurs 26

Tableau 5 : Besoin journalier de l'établissement 27

Tableau 6 : Tension du système 28

Tableau 7 : Caractéristiques d'un panneau de 300Wc 29

Tableau 8 : Tableau comparatif des batteries 33

Tableau 9 : Caractéristiques des batteries 33

Tableau 10 : Caractéristiques de l'onduleur 34

Tableau 11 : Choix de la section des câbles pour l'alimentation Panneaux/onduleur 35

Tableau 12 : Choix de la section des câbles pour l'alimentation onduleur/batteries 36

Tableau 13 : Section des conducteurs choisi 37

Tableau 14 : Récapitulatif du dimensionnement 37

Tableau 15 : Estimation du Coût des équipements 42

Tableau 16 : Coût prévisionnel de remplacement des équipements 43

Tableau 17 : Coût estimatif pour une facture SONABEL pour un compteur 30A 44

Tableau 18 : Tableau de rentabilité 44

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LISTE DES FIGURES

Figure 1 : Structure d'un système photovoltaïque avec stockage 7

Figure 2 : Structure d'un système photovoltaïque sans stockage 8

Figure 3 : Module monocristallin 13

Figure 4 : Module polycristallin 13

Figure 5 : Batterie AGM Victron 14

Figure 6 : Batterie gel OPzV Victron 15

Figure 7 : Batterie lithium fer-phosphate 15

Figure 8 : Batterie lithium ion 15

Figure 9 : Branchement de 2 batteries en parallèle 16

Figure 10 : Branchement de 2 batteries en série 16

Figure 11 : Branchement mixte de 4 batteries 17

Figure 12 : Régulateur de charge standard 18

Figure 13 : Onduleur Hybride 20

Figure 14 : Position du soleil au cours de la journée 24

Figure 15 : Agencement des panneaux solaires 30

Figure 16 : Branchement des batteries 32

Figure 17 : Synoptique de l'installation 38

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LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS

Ah : Ampère heure V : Volt

AC : Alternative Curent VA : Voltampère réactive

AGM : Absorbed Glass Mat PV : Photovoltaïque

C : Capacité des batteries W : Watts

CJ : Consommation journalière WH : Watt heure

DC : Direct Curent WC : Watt crête

DTS : Diplôme de technicien supérieur

Ej : Ensoleillement journalier

IST : Institut Supérieur Privé de Technologies

Icc : Intensité de court-circuit

K : Facteur de correction

KWh : Kilowattheure

KVA : Kilovoltampère

kWh/m²/J : Kilo Wattheure par m² par jour

m² : Mètre carré

MPPT : Maximum Power Point Tracking

Nms : Nombre de modules en série

Nmp : Nombre de modules en parallèle

Nbs : Nombre de batteries en série

Nbp : Nombre de batterie en parallèle

PWM : Pulse Width Modulation

SONABEL : Société Nationale d'Electricité du Burkina

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PREAMBULE

Présentation de l'IST

1. Historique

Dans une dynamique d'auto-prise en charge des jeunes et dans une perspective de réduire le taux de chômage, l'État s'est lancé en 2000 dans une politique de formation technique et professionnelle à travers la création d'un ministère délégué à l'enseignement technique.

Cette politique a permis la naissance de plusieurs écoles supérieures techniques dont l'Institut Supérieur de Technologie (IST).

L'Institut Supérieur de Technologies (IST), sis à Gounghin, secteur 9, rue 9.50, Avenue du Conseil de l'Entente, 01 BP : 823 Ouagadougou 01, Burkina Faso, Tel : [phone] / 00 - 226 50 34 25 94, Email: [e-mail], site web: www.istburkina.com est un établissement d'Enseignement Supérieur Technique et Professionnel créé sous la forme d'une SARL de droit privé par cinq associés, agréé par l'Etat du Burkina Faso.

Son objectif social est la réalisation et la gestion d'établissement d'enseignement technique et professionnel, la réalisation d'étude, de conseil, de formation dans l'enseignement technique et continue des travailleurs.

L'Institut Supérieur de Technologie (IST) a développé et mis en oeuvre des nouvelles filières de formation grâce à des collaborations avec des universités publiques au niveau national et des universités étrangères.

Dans le cadre du volet formation dans l'enseignement technique et la formation professionnelle ainsi que la formation continue des travailleurs, l'IST a pour vocation la formation des techniciens supérieurs, des ingénieurs et des cadres de conception. Son objectif principal est de relever un défi en besoin des personnes compétentes, dynamiques et performantes pour le marché de l'emploi à travers deux (2) départements repartis en plusieurs filières :

2. Le Département science de gestion

Le département science de gestion prépare aux Diplômes de Technicien Supérieur (DTS) en Finance-Comptabilité, en Marketing et Gestion Commerciale et en Secrétariat de Direction-Bureautique.

Il prépare également à la licence professionnelle en gestion des projets de développement, en Finance-Comptabilité, en Gestion des Ressources Humaines et en Marketing Management.

Enfin, le département science de gestion prépare conjointement avec le Centre International des Études Supérieurs Appliquées (CIESA) du Canada aux masters en Comptabilité, Contrôle et Audit, en gestion des Ressources Humaines, en Gestion des projets de développement et en Marketing et Stratégie.

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3. Le Département science et technologie

Ce département prépare aux Diplômes de Technicien Supérieur (DTS) en Réseaux Informatique et Télécommunication, en Maintenance Industrielle, en Génie Électrique, option : Électronique et Informatique Industrielle, en Génie Biomédical et en Agroalimentaire.

Il prépare également à l'ingénierie de travaux, option : Réseaux et Système Informatique, aux licences professionnelles en Maintenance Biomédicale et Hospitalière, en Nutrition Humaine Appliquée, en Qualité et Sécurité Sanitaire des Aliments, en Génie Minier, aux masters en Agroalimentaire et Génie Minier.

En partenariat avec l'Université Polytechnique de Bobo-Dioulasso, elle forme à la licence en Maintenance Industrielle, en Productique, en Électronique, Électrotechnique, Automatisme et Informatique Industrielle.

Enfin, le département science et technologie prépare conjointement avec le Centre International des Études Supérieurs Appliquées (CIESA) du Canada aux masters en Gestion de l'environnement tropical, en Génie Industriel et Réseau Informatique et Multimédia.

4. Les stratégies de collaboration et de développement institutionnel de l'IST

A ce jour, l'IST compte trente et deux diplômes (32) diplômes homologués par le Conseil Africain et Malgache pour l'Enseignement Supérieur (CAMES).

Il se veut un institut reconnu et respecté des instances universitaires et du monde professionnel, une école apprenante, qui entend offrir à ses étudiants, aux entreprises, à son personnel et ses actionnaires, un milieu riche, ouvert, diversifié et axé sur la réussite de tous. Pour atteindre plus d'efficacité dans ses activités, il a signé des partenariats avec d'autres universités ou instituts nationaux et internationaux dans la formation et la délivrance des diplômes.

L'IST dispose de nos jours de 6 (six) campus notamment le Campus de Gounghin qui abrite le siège, le campus de Wayalghin, le campus de Tanghin, le campus Ouaga 2000, le campus de Tampouy et le campus numérique.

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INTRODUCTION GENERALE

L'arrivée du nouveau millénaire a entrainé un débat sur l'avenir énergétique de notre planète en prenant en compte les besoins sans cesse croissants dans ce domaine et les conséquences qui peuvent en résulter à moyen et long terme.

En effet, la croissance démographique et les besoins énergétiques des sociétés industrialisées sont en augmentation. En outre, les pays en développement auront besoin de plus en plus d'énergie pour achever leur développement. Aujourd'hui, une grande partie de la production mondiale d'énergie provient de sources fossiles. La consommation de ces sources induit l'émission des gaz qui provoquent le réchauffement de la planète et la pollution. Le danger supplémentaire est que la consommation excessive des ressources naturelles réduit les réserves de ce type d'énergie de façon inquiétante pour les générations futures. En fait, l'énergie solaire est une excellente source naturelle d'énergie renouvelable, offrant un grand potentiel et peut être utilisée tout en respectant l'environnement. Le photovoltaïque semble être un système parfait pour la production de l'énergie en raison de ses qualités intrinsèques: ses coûts de fonctionnement sont très faibles, les exigences d'entretien sont limitées, il est fiable, inaudible et relativement facile à installer.

Au Burkina Faso, le déficit énergétique s'accroit d'année en année et la SONABEL peine à trouver des solutions idoines ce qui explique les délestages à répétitions. Les délestages ont un impact négatif sur l'économie du pays que ce soit sur le plan industriel qu'administrative. Cet état de fait justifie la disposition d'une source d'alimentation secours afin de faire face aux conséquences des coupures de courant.

Dans ce contexte, nous avons effectué une étude générale sur un projet de dimensionnement photovoltaïque de secours pour le compte du Lycée polyvalent de Ziniaré qui sera développé dans la suite de notre étude.

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1. Problématique

Nous sommes dans un contexte marqué par un déficit énergétique où la SONABEL peine à satisfaire aux besoins de ses abonnés. Ces difficultés se manifestent par des coupures intempestives du courant électrique notamment dans les périodes chaudes de l'année.

Les délestages ralentissent considérablement le fonctionnement des administrations et le Lycée Polyvalent de Ziniaré n'échappe pas à cette réalité.

Cela entraine des désagréments pour l'établissement dans le sens que cela empêche la reproduction de documents administratifs, la multiplication des devoirs. Lorsqu'un délestage de longue durée survient pendant une composition cela entraine souvent un non-respect du chronogramme.

2. Objectifs

2.1. Objectif Général

Mettre en place un système solaire photovoltaïque de secours capable d'alimenter les récepteurs des bâtiments administratifs du Lycée Polyvalent de Ziniaré en cas de coupure de courant

2.2. Objectifs intermédiaires

Notre mémoire présentera les objectifs secondaires suivants :

? Faire une étude générale du projet ;

? Faire un état des besoins énergétiques journaliers ;

? Dimensionner les composants du système photovoltaïque ;

? Choisir les composants du système photovoltaïque ;

? Evaluer le projet.

3. Organisation du document

Pour atteindre notre objectif, ce présent mémoire sera développé en quatre chapitres qui sont :

- Chapitre 1 : Présentation de la structure d'accueil ;

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- Chapitre 2 : Généralité sur les installations solaires photovoltaïques ;

- Chapitre 3 : Dimensionnement de l'installation ; - Chapitre 4 : Évaluation économique du projet.

4. Méthodologie de travail

Après avoir abordé l'installation électrique et ses caractéristiques nous suivrons une méthodologie dans notre étude présentée ainsi :

? La phase des renseignements et la collecte d'informations : dans cette partie c'est au sein du Lycée Polyvalent de Ziniaré que nous avons organisé les entretiens et collectes d'informations.

? L'identification : dans cette étape nous avons procéder à l'identification des récepteurs qui seront alimenté par le système, à leur dénombrement et relever leur caractéristiques pour faciliter les calculs.

? Le dimensionnement du système à proprement dite

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CHAPITRE I :

PRESENTATION DE LA

STRUCTURE D'ACCUEIL

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I. Présentation de AFRITECH ENERGY

1. Historique

Créée en 2018, l'entreprise AFRITECH ENERGY est née de la volonté d'un groupe de jeunes ingénieurs du BURKINA FASO. Elle développe en son sein des services techniques et professionnels pour faciliter le transfert de technologies industrielles innovantes et des énergies renouvelables au profit des entreprises, des ménages tout en facilitant l'accès aux équipements photovoltaïques.

Monsieur Albert SAWADOGO économiste de formation et Monsieur Osée YELKOUNI, Ingénieur en énergie renouvelables co-fondateurs d'AFRITECH ENERGY Sarl, interviennent avec leur équipe auprès d'une clientèle variée.

Depuis sa création, elle n'a cessé de prendre de l'ampleur grâce à la qualité de ses services et au travail abattu par son personnel compétent, dynamique, prêts à relever les défis du moment. Afritech Energy Sarl compte environ 15 agents.

2. Activités

Forte de son équipe d'ingénieurs et de techniciens qualifiés avec plusieurs années d'expériences professionnelles dans les domaines des énergies renouvelables, du génie énergétique, Afritech Energy Sarl intervient dans divers domaines notamment:

? Le solaire photovoltaïque

? L'expertise énergétique

? Les études et appui conseil dans le domaine de l'optimisation énergétique

Dans ce chapitre, il a été question de présenter notre structure d'accueil précisément AFRITECH ENERGY.

Dans le chapitre suivant nous allons aborder les généralités sur les installations solaires photovoltaïques et ses différentes composantes.

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CHAPITRE II :

GENERALITES LES

INSTALLATIONS

SOLAIRES

PHOTOVOLTAIQUES

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Introduction

Une installation solaire est un système de production d'électricité qui utilise la lumière du soleil comme source primaire. Il en existe essentiellement deux types : les installations solaires photovoltaïques (PV) et les installations solaires thermodynamiques. Notre étude sera dirigée vers les installations solaires photovoltaïques.

L'énergie photovoltaïque résulte de la transformation directe de la lumière du soleil en énergie électrique aux moyens des cellules généralement à base de silicium cristallin qui reste la filière la plus avancées sur le plan technologiques et industriel.

I. Présentation de la structure générale d'un système PV

On distingue généralement deux types de système photovoltaïque : les systèmes photovoltaïques avec stockage électrique et les systèmes photovoltaïques sans stockage électrique ou système au fil du soleil. La différence entre ces deux systèmes est que le second ne contient pas des batteries accumulateurs. Nous présenterons donc sur les figures ci-dessous un système avec stockage d'énergie et un système sans stockage de l'énergie souvent utilisé

Figure 1 : Structure d'un système photovoltaïque avec stockage

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Figure 2 : Structure d'un système photovoltaïque sans stockage

I.1. Les différents types d'installations

Les installations photovoltaïques sont constituées d'alignements de panneaux montés sur des châssis. Les installations fixes se distinguent des installations mobiles.

Les installations fixes sont généralement orientées au sud selon un angle d'exposition pouvant varier de 12 à 15° en fonction de la topographie du site.

Les installations mobiles, appelées également suiveurs ou « trackers », sont équipées d'une motorisation leur permettant de suivre la course du soleil pour optimiser leur exposition, et donc leur rendement. Elles nécessitent un investissement et un entretien plus importants pour une productivité supérieure. À puissance équivalente, les trackers permettent d'augmenter la production d'électricité. Deux catégories de trackers existent :

Trackers à rotation mono-axiale, orientant les modules en direction du soleil au cours de la journée : de l 'Est le matin à l'Ouest le soir ;

Trackers à rotation bi axiale, orientant les modules à la fois Est-Ouest et Nord-Sud.

I.2. Description d'une installation type

Toute installation photovoltaïque est composée des éléments suivants : ? Le système photovoltaïque

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Le système photovoltaïque comprend plusieurs alignements de panneaux. Chaque panneau contient plusieurs modules, eux-mêmes composés de cellules photovoltaïques. Si nécessaire, des fondations reçoivent les supports sur lesquels sont fixés les modules.

? Les câbles de raccordement

Tous les câbles issus d'un groupe de panneaux rejoignent une boite de jonction d'où repart le courant continu, dans un seul câble, vers le local technique. Les câbles issus des boites de jonction sont soit posés côte à côte sur une couche de 10cm de sable au fond d'une tranchée dédiée, d'une profondeur de 70 à 90 cm, soit hors sol au niveau de chemins de câbles.

Les hautes tensions en courant alternatif sont généralement enterrés et transportent le courant du local technique jusqu'au réseau électrique.

? Les locaux techniques

Les locaux techniques (ou postes de transformation) abritent :

? les onduleurs qui transforment le courant continu en courant alternatif ;

? les transformateurs qui élèvent la tension électrique pour qu'elle atteigne les

niveaux d'injection dans le réseau ;

? les compteurs qui mesurent l'électricité injectée sur le réseau extérieur ;

? les différentes installations de protection électrique.

? Le poste de livraison

L'électricité produite est injectée dans le réseau au niveau du poste de livraison qui peut se trouver dans le local technique ou dans un local spécifique.

? La sécurisation du site

La clôture des installations photovoltaïques est exigée par les compagnies d'assurance pour la protection des installations et des personnes. La sécurisation du site peut être renforcée par des caméras de surveillance, un système d'alarme, un gardiennage permanent ou encore un éclairage nocturne à détection de mouvement. La sécurisation est beaucoup plus recommandée lorsqu'il s'agit d'une centrale solaire isolée.

? Les voies d'accès et zones de stockage

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Des voies d'accès sont nécessaires pendant la construction, l'exploitation et le démantèlement de l'installation. Une aire de stationnement et de manoeuvre est généralement aménagée à proximité. Pendant les travaux, un espace doit être prévu pour le stockage du matériel (éventuellement dans un local) et le stockage des déchets de chantier.

Durant l'exploitation, il doit être rendu possible de circuler entre les panneaux pour l'entretien (nettoyage des modules, maintenance ou des interventions techniques (pannes).

II. Constitution d'une installation photovoltaïque

Une installation photovoltaïque est constituée des éléments d'un générateur photovoltaïque, un parc de batterie d'accumulateurs, d'un onduleur (ou régulateur de charge et de décharge), et des câbles d'alimentation.

II.1. Les modules photovoltaïques

Les panneaux solaires sont montés sur le toit ou à une hauteur du sol. Elle absorbe et convertissent les rayons lumineux du soleil en une forme d'énergie utilisable. L'installation d'un système photovoltaïque permet de réduire la dépendance au réseau électrique. Le résultat d'une installation photovoltaïque est une énergie propre et renouvelable qui nécessite peut d'entretien.

Les modules sont un assemblage de photopile (ou cellule) montée en série, afin d'obtenir la tension désirée (12V, 24V ...). La cellule photovoltaïque est l'élément de base dans la conversion du rayonnement. Plusieurs cellules sont associées dans un module qui est la plus petite surface de captation. Les modules sont regroupés en panneaux, qui sont à leur tour associés pour obtenir des champs photovoltaïques selon les besoins. Les cellules photovoltaïques sont réalisées principalement par le silicium cristallin, qui est utilisé sous forme monocristalline ou multi-cristalline en plaquette ou en ruban ou encore en couches semi-minces sur substrat selon les technologies récentes.

Le panneau solaire le plus répandu est le photovoltaïque. C'est lui que l'on retrouve le plus souvent sur le toit de nos maisons. Le panneau solaire photovoltaïque est composé de cellules photovoltaïques qui lui permettent de générer du courant électrique lorsque les rayons du soleil viennent le percuter.

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II.1.1. Les différentes technologies de panneaux solaires

Il existe de nombreux semi-conducteurs capables d'exploiter l'effet photovoltaïque. Ils diffèrent essentiellement par leur prix, leur rendement, leur sensibilité spectrale. Beaucoup de technologies sont encore en phase de recherche.

Les premières photopiles mises au point furent au sélénium avec un rendement de 0,2%. Puis on a découvert les avantages du silicium et les rendements ont fortement progressé. On distingue :

· silicium monocristallin

Le panneau solaire monocristallin est composé d'un seul cristal de silicium ; cher à fabriquer et coûteux en énergie, il présente un bon rendement à fort et moyen éclairement (à partir de 100W/m²). Tous usages en extérieur de forte et moyenne puissance. Rendement typique : 12 à 16%. Plus sensible dans l'infrarouge. Couleur : bleu marine uniforme. Rendement record : 32%.

· silicium polycristallin ou multicristallin

Le panneau solaire polycristallin est constitué de plusieurs cristaux de silicium, il est moins onéreux que le monocristallin et aussi un peu moins performant, il est utilisé essentiellement aux éclairements modérés (à partir de 200W/m²). Rendement typique : 11 à 14%. Technologie la plus utilisée actuellement car c'est un bon compromis entre prix et performance. Rendement record : 19%.

· silicium amorphe (aSi)

Dans la technologie amorphe, les atomes sont complètement désordonnés contrairement aux technologies cristallines. Il existe des « bras morts », c'est à dire que certains électrons restent seuls. On ajoute alors des atomes d'hydrogène pour créer des liaisons. Les rendements typiques (5 à 7%) sont beaucoup plus bas qu'avec du silicium cristallin.

Plus sensible dans le visible et efficace même sous faible ensoleillement (<200W/m²) ou si la cellule est partiellement ombragée. Utilisation : applications de petite puissance et grandes surfaces. Couleur : noir uniforme/brun foncé. Rendement record : 13%. Bon comportement en température. En début de vie, le rendement oscille et la puissance délivrée est de 15 à 20% supérieure à la valeur nominale et se stabilise après quelques mois.

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On parle aussi de silicium amorphe en couche mince car on dépose une couche de silicium liquide d'1um environ sur un substrat (verre). Il peut y avoir plusieurs couches pour absorber les différentes couleurs du spectre solaire : par exemple une couche pour le rouge, une pour le vert, une pour le bleu. Les rendements sont ainsi nettement améliorés.

II.1.2. Quelques technologies en cours de développement

· CuInSe2 (CIS) (diséluniure de cuivre et d'indium + sulfure de cadmium)

Technologie en couches minces utilisant peu de matière première. Elle présente un moindre coût par rapport aux cellules au silicium cristallin, tout en ayant des rendements supérieurs aux cellules "amorphe". Rendement record : 18%

· CdTe (tellurure de cadmium)

Technologie récente et peu chère pour des procédés industriels. Cependant, le cadmium (Cd) est connu pour sa toxicité et certains pays l'on même interdit. Des recherches ont mis au point des structures à bandes interdites variables (BIV) par un gradient de largeur de bande interdite qui permet une réponse spectrale plus étendue : 5um, tout le spectre solaire est ainsi exploité, mais il existe toutefois des obstacles. Rendement record : 16%

· GaAs (arséniure de gallium)

Principalement utilisé dans les applications spatiales et les concentrateurs car d'un prix très élevé. Très haut rendement : de 20 à 25%. Pas d'utilisation dans les bâtiments.

· TiO2 ou cellules de Graeztel

Inspirées de la photosynthèse, ce sont des cellules nano-cristallines à colorant portant le nom de leur inventeur, le chimiste suisse Michael Grätzel. Ces cellules équiperont peut être bientôt un avion solaire censé faire le tour du monde. Encore au stade expérimental.

Les modules sont associés en série ou en parallèle pour obtenir des puissances importantes et la tension désirée.

On protège chaque cellule PV contre l'échauffement en lui montant une diode dite « diode bypass » en parallèle qui la court-circuite. Aussi on évite qu'un module PV soit récepteur en mettant en série à chaque branche une diode dite « diode anti-retour », de chute de tension

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négligeable. Les associations série-parallèle des modules et des diodes sont présentées sur la figure ci-dessous.

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Figure 3 : Module monocristallin

Figure 4 : Module polycristallin

Tableau 1 : Tableau comparatif des différentes technologies des panneaux

Technologie	Rendeme nt	utilisation	^Eclairement minimal	Avantages		Inconvénients	Monocristallin
15%	Moyenne et grande puissances	100W/m2	Bon rendement Pratique pour des petites surfaces	Assez cher et coûteux en énergie pour la production		Polycristallin
12%	Moyenne et grande puissances	200W/m^2	Bon compromis	Assez sensible aux variations d'éclairement		Amorphe (aSi)
8%	Petite puissance et grandes surfaces		Efficace même par temps couvert	Rendement faible		CIS
10%	Moyenne puissance		Peu cher			CdTe
	Moyenne puissance		Réponse spectrale très étendue	Toxicité du cadmium		GaAs
25%	Satellites		Très bon rendement	Prix très élevé

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TiO2

4%

recherche

Gros progrès attendus

Faible résistance à la chaleur

II.2. Les batteries

Les batteries solaires sont adaptées au cycle quotidien et à la charge lente des panneaux solaires. Leur durée de vie est considérablement augmentée si la profondeur de décharge quotidienne est inférieure à 30%.

On distingue principalement :

? Les batteries au plomb ? Les batteries lithium

II.2.1. Les batteries au plomb

? Les batteries AGM

Les batteries AGM (Absorbed Glass Mat) sont des batteries étanches au plomb scellé. Elle ne nécessite pas d'entretien. Elles ont une durée de vie importante (jusqu'à 10ans) et sont très souple d'utilisation. Elles sont conçues pour supporter une forte demande de puissance, comme au démarrage d'un moteur. Elles présentent e plus l'intérêt d'être étanche et de ne pas dégager d'hydrogène ni de chaleur durant les cycles de charge ou de décharge.

Figure 5 : Batterie AGM Victron

? Les batteries Gel OPzV

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Ce sont des batteries à plomb fermé étanche. Il s'agit de cellule de 2v et de grande capacité. Il est nécessaire de les mettre en série pour une alimentation de 12, 24, ou 48v. Elles acceptent un taux de décharge pouvant aller jusqu'à 80% et encaissent facilement des fortes demandes de courant.

Figure 6 : Batterie gel OPzV Victron

II.2.2. Les batteries lithium

Les batteries lithium s'adaptent au changement de température et possède une durée de vie élevée. Elles sont une batterie ultra compacte et très facile à intégrer dans une installation. La température de stockage est comprise entre -40 et 60°c. A la différence des batteries au plomb ou au nickel, les batteries lithium fer-phosphate ne se dégradent pas si elles ne sont pas régulièrement chargées à 100% et le processus de charge est plus rapide.

Comme exemple de batterie lithium nous avons : ? La batterie lithium fer-phosphate

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Figure 7 : Batterie lithium fer-phosphate Figure 8 : Batterie lithium ion

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II.2.3. Association de batterie

En fonction de la tension ou de la quantité d'énergie du système, il existe diverses manières d'associer les batteries :

- Association parallèle ou dérivation : quand deux ou plusieurs batteries sont branchées en parallèle, leurs capacités se cumulent (C = C1 + C2 + ... + Cn) de même que leurs intensités (I = I1 + I2 + ... + In) mais la tension reste identique (U = U1 = U2 = Un).

Figure 9 : Branchement de 2 batteries en parallèle

- Association série : quand deux ou plusieurs batteries sont branchées en série, leurs tensions s'additionnent (U = U1 + U2 + ... + Un) alors que la capacité exprimée en Ah reste identique (C = C1 = C2 = Cn) ainsi que le courant (I = I1 = I2 = In).

Figure 10 : Branchement de 2 batteries en série

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- Association mixte : on peut placer en série plusieurs blocs de série en parallèle comme on peut placer aussi en parallèle plusieurs blocs de batteries en série.

Figure 11 : Branchement mixte de 4 batteries II.3. Le régulateur de charge et décharge

Le régulateur dans un système photovoltaïque gère la charge et la décharge de la batterie. Il limite la tension de la batterie afin d'éviter une surcharge, en déconnectant la batterie trop chargée des modules PV. Quand la batterie est déchargée, il la déconnecte de l'utilisation, par un disjoncteur automatique pour la protéger contre la décharge profonde. Il est situé entre le champ de modules et les batteries accumulateurs. Sa fonction est primordiale car il a un impact direct sur la durée de vie de la batterie.

On rencontre :

V' Les régulateurs PWM (Pulse Width Modulation)

Il est composé d'un interrupteur électronique fonctionnant en MLI (Modulation de Largeur d'Impulsion) et d'un dispositif anti-retour (diode).

L'ouverture et la fermeture de l'interrupteur électronique s'effectuent à une certaine fréquence, ce qui permet de réguler le courant de charge en fonction de l'état de charge avec précision.

V' Les régulateur MPPT (Maximum Power Point Tracking)

Le régulateur de charge est composé d'un convertisseur DC/DC à découpage de haut rendement qui assure trois fonctions :

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- Détection de la puissance maximale du champ photovoltaïque tant que la batterie n'est pas chargée.

- Conversion DC/DC.

- Régulation de la tension de sortie en fonction de la phase de charge.

Figure 12 : Régulateur de charge standard

II.4. L'onduleur

La tension produite par les modules photovoltaïques est en courant continue (CC) ainsi que celle fournie par les batteries pour l'alimentation des charges. Dans ces conditions, il faudra intégrer obligatoirement un onduleur au système PV destiné à alimenter des charges alternatives. L'onduleur est un convertisseur DC/AC, c'est-à-dire convertir la sortie continue (DC) du champ de module ou des batteries en courant alternatif (AC) standard comme celui fournie par la SONABEL.

En partant d'un parc batterie en 12V, 24V ou 48V on obtient une tension de sortie alternative sinusoïdale, 230Vac en monophasé et 400Vac en triphasé sous une fréquence de 50Hz. L'onduleur possède en son sein un régulateur de charge et de décharge intégré.

On rencontre généralement les types d'onduleurs suivant :

? Les onduleurs autonomes : Ils n'ont pas besoin forcement du réseau électrique pour leur bon fonctionnement.

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· Les onduleurs non autonomes : ce sont des onduleurs qui ont besoin de l'assistance du réseau électriques.

· Les onduleurs hybrides

Un onduleur hybride est souvent composé :

- D'un régulateur Maximum Power Point Tracking (MPPT) qu'on appelle aussi chargeur

solaire. C'est ce qui permet de réguler la puissance produite par les panneaux solaires. - D'un inverseur de sources. Ça permet de passer de l'alimentation de la batterie à celle

du réseau.

- D'un convertisseur DC/AC. C'est ce qu'on appelle aussi l'onduleur, c'est ce qui permet de transformer le courant continu en alternatif.

Les onduleurs hybrides disposent souvent de quatre modes de fonctionnement à savoir :

· Le mode Off Grid. Avec ce mode votre onduleur fonctionne hors réseau public. Pour ça, il doit être connecté à une batterie.

· Le mode On Grid. Ici, votre onduleur fonctionne sur le réseau. Donc soit vous consommez toute votre électricité, soit vous la réinjectée dans le réseau public.

· Le mode hybride. Ce mode réunit les deux premiers qu'on vient de voir. Vous pouvez relier votre onduleur à la fois au réseau et à un parc de batteries. En fait, c'est lui qui décide s'il envoie le courant dans vos batteries ou dans votre maison.

· Le mode Back-Up. C'est le mode de fonctionnement le plus pratique. Ça veut dire que l'onduleur vous alimente même s'il y a une panne de courant sur le réseau public (ce qui n'est pas le cas pour une installation classique).

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Figure 13 : Onduleur Hybride II.5. Les convertisseur DC-DC

Il peut arriver que dans un système PV, la tension de sortie du champ ou de la batterie soit

inférieure ou supérieure à celle de l'utilisation, qui doit être alimenté en courant continu. Il
est donc nécessaire pour ces systèmes, un convertisseur DC-DC qui assure l'adaptation de la tension de sortie du système PV à celle d'usage de la charge. Le convertisseur DC-DC transforme une tension continue de son entrée en une tension de sortie continue inférieure ou supérieure à celle de l'entrée selon qu'il soit abaisseur ou élévateur. Il permet de contrôler le signal d'alimentation de la charge et le stabilise.

II.6. Les câbles électriques

Les câbles relient électriquement tous les composants du système PV. Le câblage est un point critique de toute installation PV. Il est très important de bien dimensionner les conducteurs afin d'éviter la circulation d'un courant très fort dans les câbles même pour de petites puissances dans le cas d'utilisation de faibles tensions. Le choix des câbles doit tenir compte des conditions d'utilisation.

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Dans ce chapitre nous avons abordé les installations solaires photovoltaïques dans leurs généralités et surtout le rôle que joue chacun des éléments dans le système.

Notre prochain chapitre sera dédié au dimensionnement de l'installation et de ses différents composants.

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CHAPITRE III :

DIMENSIONNEMENT DE

L'INSTALLATION

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Introduction

Le dimensionnement d'une installation est une étape du projet d'installation solaire. Le but du dimensionnement du système est d'avoir une production d'électricité la plus efficace pour répondre aux besoins du client. Il s'agit donc de trouver un juste milieu entre la production éventuelle de l'installation et la consommation. Cette étape est primordiale car elle contribuera à la satisfaction du client et surtout aura un impact sur la durée de vie du système. Pour cela il faut évaluer les besoins du consommateur afin de déterminer la puissance adéquate à installer.

I. Données géographique du site

L'énergie produite par un générateur photovoltaïque est estimée à partir des données de l'irradiation globale sur un plan incliné, de la température ambiante et des données du constructeur. Les données de l'irradiation du milieu sont représentées dans le tableau ci-dessous.

Tableau 2 : Irradiation globale horizontal de la ville de Ziniaré

MOIS		Irradiation Globale Horizontale (kWh/m^2/Jour)	Janvier
4.91		Février
5.41		Mars
5.92		Avril
6.20		Mai
6.02		Juin
6.09		Juillet
6.24		Août
5.66		Septembre
5.78		Octobre
5.63		Novembre
5.32		Décembre
4.69

Donnés du site : Source Application PVsyst 7.2.19

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NB : Nous retiendrons le mois le plus défavorable de l'année comme base de calcul qui est ici le mois de décembre avec un ensoleillement journalier de 4.69 kWh/m²/jour

La trajectoire du soleil au cours de la journée est décrite dans la figure ci-dessous, ce qui permet de connaitre les périodes de la journée ou la production du système sera au minimum.

Figure 14 : Position du soleil au cours de la journée

II. Dimensionnement et choix des différents éléments de l'installation

Il s'agira d'effectuer les calculs nécessaires afin de déterminer la puissance globale à installer ainsi que la puissance de chaque élément de l'installation et leurs caractéristiques. La méthode de dimensionnement consiste à déterminer la puissance crête nécessaire en tenant compte du temps de fonctionnement journalier de chaque récepteur et de la quantité d'énergie consommée. Les équipements choisis doivent nécessairement permettre de garantir une fourniture d'énergie suffisante sur une période donnée. Il nous revient donc d'évaluer le besoin énergétique

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journalier afin de définir la puissance crête du champ photovoltaïque, la capacité totale des batteries à installer, les caractéristiques de l'onduleur et la section des câbles.

II.1. Détermination de la puissance crête à installer II.1.1. Estimation du besoin journalier

Tableau 3 : Tableau indiquant les caractéristiques des récepteurs

Référence	Nombre		Puissance (w)	Lampes
22	18		Ventilateurs
9	75		Vidéo projecteur
2	120		Ordinateur de bureau
6	100		Ordinateur portable
2	60		Imprimante
4	90		Téléviseur
1	80		Photocopieuse
2	300		Cafetières
2	100		réfrigérateur
2	175		Lampe projecteur
2	100

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? le bilan de puissance

Tableau 4: Bilan des puissances des récepteurs

Récepteurs	Quantité	Puissance Unitaire (W)		Puissance totale (W)	Lampes
22	18	396		Ventilateurs
9	75	675		Vidéo projecteur
2	120	240		Ordinateur de bureau
6	100	600		Ordinateur portable
2	60	120		Imprimante
4	90	360		Téléviseur
1	80	80		Photocopieuse
2	300	600		Cafetières
2	100	200		réfrigérateur
2	175	350		Lampe projecteur
2	100	200		Total
		3271

? Consommation journalière

L'évaluation du besoin énergétique journalier se fait en tenant compte de la puissance des récepteurs et du temps d'utilisation de chaque récepteur. L'énergie consommée journalière s'obtient par la formule :

Cj = P x t avec

Cj = Énergie consommée par récepteur (Wh) ; T : le temps d'utilisation en(h) ;

P : Puissance du récepteur en (w).

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Tableau 5 : Besoin journalier de l'établissement

Récepteurs	Puissance totale en W	Durée de fonctionnement par jour en heure		Energie consommée en Wh	Lampes
396	8	3168		Ventilateurs
675	6	4050		Vidéo projecteur
240	8	1920		Ordinateur de bureau
600	8	4800		Ordinateur portable
120	2	240		Imprimante
360	5	1800		Téléviseur
80	10	800		Photocopieuse
600	3	1800		Cafetières
200	1	200		réfrigérateur
350	10	3500		Lampe projecteur
200	6	1200		Total
		23478

? Calcul de la puissance crête

Cj

PC= K * Ej

Avec :

Pc : Puissante crête à installer

Cj : Consommation journalière

Ej : Ensoleillement journalier du mois le plus défavorable

K : facteur de correction prenant en compte divers rendement K= Kp . _Tbat . _Treg . Tond

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Kp : Coefficient panneau et vaut 0.8

çbat : Rendement batterie ; Treg : Rendement régulateur et Tond : Rendement onduleur

AN : Pc =

4.91*(0.8*0.9*0.85*0.9)

= 8681.31 Wc

23478

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La puissance totale à installer sera de 8681.31Wc II.1.2. Choix des panneaux solaires

> Tension du système

La tension d'utilisation du système dépend de la puissance crête maximale du champ photovoltaïque. Le tableau ci-dessous donne les tensions normalisées en fonction des différentes puissances.

Tableau 6 : Tension du système

Puissance des modules	0-500Wc	500Wc- 2kWc	2kWc- 10kWc		>10kWc	Tension normalisée
12v	24v	48v	>48v

La puissance de notre système est située entre 2kwc et 10kwc donc la tension de notre système sera de 48 Vdc

II.1.4. Nombre de module à installer

Afin de constituer notre générateur photovoltaïque, nous utiliserons des panneaux solaires de 300Wc chacun de type monocristallin pour meilleur rendement.

> Nombre de module série

Ucharge 48 Nms = Nms = Umodule 36.75

=1.32

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Nombre de module en série : 2 modules en série

> Nombre de module en parallèle

???? ????????.????

?????? = ????????*?????? ?????? = = ????. ???? ????

??????*??

Nombre de branche en parallèle : 15 branches en parallèle > Nombre de module nécessaire

????= ??????* ?????? ????= ??* ????= ????

La puissance crête installée est le nombre de module total multiplié par la puissance d'un

module Pc = 30 × 300WC = 9000Wc

II.1.5. Caractéristiques des panneaux solaires Tableau 7 : Caractéristiques d'un panneau de 300Wc

Type de panneau		Panneau solaire monocristallin	Puissance
300WC		Courant de court-circuit
8.9A		Tension sortie
36.75V		Courant nominal
8.16A		Dimension
1690*1120*112mm		Poids
10.8Kg

II.1.6. Agencement des panneaux solaires

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9000 Wc

300Wc

300Wc

300Wc

300Wc

300Wc

300Wc

300Wc

300Wc

Figure 15 : Agencement des panneaux solaires

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II.2. Détermination de la capacité des batteries de stockage

La détermination de la capacité des accumulateurs tient compte du nombre du jour d'autonomie désiré, de la tension des batteries et du rendement de celles-ci.

Cj*Nj

C(Ah) =

(DM*Ubat*abat)

Avec :

C : Capacité du parc de batterie

Nj : nombre de jour d'autonomie (un jour pour notre projet)

DM : décharge maximale de la batterie (50 à 70%)

Ubat : tension de la batterie (48V)

çbat: rendement de la batterie (85%)

23478*1 AN : C = (0.6*48*0.85) La capacité totale des batteries de stockage est de 959Ah

= 959.068 Ah

II.2.1. Nombre totale des batteries d'accumulateurs > Nombre de batterie en série

Ucharge

Nbs =

Ubat

= 48 = 4

12

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Nombre de batterie série : 4 Batteries en série

Nous avons choisi d'utiliser des batteries de 12V ; 250Ah chacune. Nombre de branche en parallèle

C 959.068

·---:

Cbat = 250 = 3. 83

4

Nbp =

Nombre de branche parallèle : 4 branches parallèle > Nombre totale de batterie

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Nt = Nbs * Nbp = 4 * 4 = 16

Nous installerons un parc de 16 batteries de 12V ; 250Ah à savoir 4 en série avec 4 branches en parallèle pour garantir l'autonomie désirée

II.2.2. Agencement des batteries

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

48V- 1000Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah

12V-250Ah	12V-250Ah	12V-250Ah

Figure 16 : Branchement des batteries

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II.2.3. Choix des batteries

Le tableau comparatif entre les batteries au plomb et les batteries lithium ci-dessous nous permet de faire un meilleur choix en tenant compte de la relation qualité/prix

Tableau 8 : Tableau comparatif des batteries

Batteries	Dure de vie	Avantages		Inconvénients	Les batteries Au plomb
4- 6 ans	-Accepte de fortes intensités en charge et décharge -Simple et facile à poser -Pas d'entretien -Technologie robuste : bonne résistance aux chocs et vibrations	-Résiste peu aux fortes températures -Durée de vie très assez faible		Les batteries lithium
10 à 15 ans	-S'adapte au changement de température -Possède une durée de vie élevée -Elle peut se connecter au réseau AC pour contrôler l'alimentation de l'installation	-Elle est très coûteuse et nécessite de grand moyen pour son acquisition

Au vu des caractéristiques ci-dessus exposées nous choisirons les batteries au plomb qui supportent mieux les hautes températures. La température moyenne de fonctionnement sur le site est estimée à 35°c.

II.2.4. Caractéristiques de batteries de stockage Tableau 9 : Caractéristiques des batteries

Type de batterie		Batterie au plomb AGM Victron Energy	Capacité (Ah)
250AH		Tension
12V		Durée de vie à 25°c
4 à 7 ans		Dimension
L=522mm ; l=240mm ; h=224mm		Poids
67Kg

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II.3. Dimensionnement de l'onduleur

Le dimensionnement de l'onduleur doit tenir compte du courant total du champ photovoltaïque, de la tension et de la puissance des récepteurs que celui-ci doit alimenter.

II.3.1. Le courant de l'onduleur

Ce courant s'obtient en multipliant le nombre de branche parallèle de module par le courant d'un module

Iond=Nmp . Imod AN : Iond= 15 x 8.16=122.4 A

L'onduleur que nous choisirons doit pouvoir supporter un courant de 122.4 A II.3.2. Puissance de l'onduleur

La puissance de l'onduleur s'obtient en multipliant la puissance totale des récepteurs AC par 3. La puissance totale des récepteurs de l'établissement est de 3271W

P= 3271* 3= 9813W

Nous utiliserons donc un onduleur hybride de 10kVA ; 48Vdc ; 160A

II.3.3. Caractéristiques de l'onduleur Tableau 10 : Caractéristiques de l'onduleur

Type de l'onduleur		Onduleur hybride EcoWatt monophasé	Puissance
10 KVA		Tension d'entrée
MPPT 48Vdc		Courant
160A		Tension de sortie
230V AC		Poids
12Kg

Source : www.kitsolaire-discount.com

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III. Dimensionnement des câbles de connexion

Le choix de la section des câbles est une étape très importante car il contribue à l'efficacité du système. Une section de câble mal dimensionnée peut entrainer des graves dommages pour l'installation et expose à des risques d'incendie.

Pour que les câbles soient adaptés au système, la détermination de la section doit tenir de l'intensité du courant à transporter, de la distance entre les différents éléments et de la chute de tension. Pour cela les différents fournisseurs proposent des tableaux permettant de choisir la section des câbles adaptés en prenant en compte la tension, l'intensité et la distance. Le générateur photovoltaïque être le plus près possible du local technique afin de limiter les chutes de tension.

III.1. Section normalisée des câbles

? Section normalisée des câbles entre les panneaux et l'onduleur pour une tension de 48Vdcc

Le choix de la section des câbles tient compte de la distance et du courant qui va y circuler, cela permet de limiter les pertes par effet joule. La section du câble d'alimentation entre les panneaux solaires et l'onduleur doit être assez importante afin d'exploiter au maximum possible la production du champ.

Tableau 11 : Choix de la section des câbles pour l'alimentation Panneaux/onduleur

SECTION CÂBLE		Longueur des câbles
		5m	7.5m	10m	0.75mm^2
13.8A		6.6A	4 .8A	3.6A	1.5mm^2
27A		13.8A	9A	6.6A	2.5mm^2
45A		22.8A	15A	11.4A	4mm^2
72A		36A	24A	18A	6mm^2
108A		54A	36A	30A	10mm^2
180A		90A	60A	48A	16mm^2
288A		144A	96A	72A

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25mm^2	450A	228A	150A		114A	35mm^2
630A	318A	210A	156A

? Section normalisée des câbles entre l'onduleur et les batteries pour une tension de 48Vdcc

La section du câble de liaison entre l'onduleur et les batteries est importante car elle permet d'assurer la charge optimale des batteries et ainsi augmenter leur durée de vie.

Tableau 12 : Choix de la section des câbles pour l'alimentation onduleur/batteries

SECTION CABLE		Longueur de câble
		5m	7.5m	10m	0.75mm^2
9.2A		4.4A	3.2A	2.4A	1.5mm^2
18A		9.2A	6A	4.4A	2.5mm^2
30A		15.2A	10A	7.6A	4mm^2
48A		24A	16A	12A	6mm^2
72A		36A	24A	20A	10mm^2
120A		60A	40A	32A	16mm^2
192A		96A	64A	48A	25mm^2
300A		152A	100A	76A	35mm^2
420A		212A	140A	104A

III.2. Choix des sections de câbles

En considérant les tableaux ci-dessus nous avons choisis d'utiliser les sections de câbles

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Tableau 13 : Section des conducteurs choisi

Utilisation	Section (mm^2)	Longueur (m)		Matériaux	Panneaux Onduleur
35	15	cuivre		Onduleur Batterie
16	5	cuivre

IV. Récapitulatif du dimensionnement Tableau 14 : Récapitulatif du dimensionnement

Références	Caractéristiques		Puissance	Panneaux solaires
300Wc ; 30 modules	9000Wc		Batteries de stockage
250Ah ; 12v ; 16 unités	1000Ah ; 48v		Onduleur
Hybride monophasé	10Kva ; 48Vdc/230Vac ; 160A		Câble panneau- onduleur
Cuivre	2*35mm^2 ; 15m		Câble onduleur-batterie
Cuivre	2*16mm^2 ; 5m

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Figure 17 : Synoptique de l'installation

V. Maintenance des équipements

La maintenance d'un équipement est définie dans la norme de l'AFNOR par "l'ensemble des actions permettant de maintenir ou de rétablir un bien dans un état spécifié ou en mesure d'assurer un service déterminé". Ainsi la maintenance garantit le niveau de production d'électricité attendu de l'installation photovoltaïque tout au long de sa durée de vie.

On distingue la maintenance préventive et la maintenance curative.

- La maintenance préventive : Elle consiste à effectuer des opérations de contrôles et d'entretiens ;

- La maintenance corrective : elle consiste à intervenir pour éliminer un défaut ou une panne

Bien que la technologie photovoltaïque ne possède pas d'éléments mobiles et donc fait preuve d'une grande fiabilité, l'investissement important au départ s'attend à une grande longévité du système afin de garantir sa rentabilité. La maintenance préventive et corrective de l'installation

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s'effectue sur l'ensemble des équipements et sur son environnement proche. Elle permet avant tout de prévenir ou de corriger les défauts de l'installation photovoltaïque.

V.1. Le générateur photovoltaïque

La maintenance du générateur photovoltaïque se résume à l'inspection visuelle des modules, à leur nettoyage et à leur remplacement en cas de défaillance. Il peut s'agir d'une inspection. L'inspection visuelle du générateur photovoltaïque permet de s'assurer de l'état de propreté des modules et de repérer certaines anomalies. Généralement effectuée annuellement dans le cadre d'une petite installation, elle peut être programmée différemment pour une plus grande installation selon les recommandations d'un système de supervision.

Quelques opérations peuvent mener comme le nettoyage :

Le nettoyage des modules permet de supprimer la crasse et de retrouver le niveau de production d'électricité d'origine. La fréquence de nettoyage est très variable selon les installations photovoltaïques. Elle dépend de l'environnement et de l'inclinaison du système.

V.2. L'onduleur

La maintenance de l'onduleur d'une installation photovoltaïque est primordiale. En effet, l'onduleur est la pièce centrale de l'installation, il doit donc être entretenu et contrôlé au moins une fois par an.

Sa maintenance consiste à :

V' Garder le local où se situe le ou les onduleurs propre ;

V' Dépoussiérer l'onduleur au niveau des entrées d'air, ses filtres, et s'assurer que les

grilles de ventilations ne soient pas obstruées ;

V' Vérifier que les câbles de connexion AC et DC sont correctement serrés ;

V' S'assurer que le local technique est bien ventilé

V.3. Les batteries

Les batteries ont une durée de vie limitée selon la technologie utilisée et le nombre de cycles de charge et décharge, l'entretien des batteries permettra de leur garantir une durée de vie optimale. L'entretien consiste à :

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y' Nettoyer les bacs et la surface supérieure des batteries (enlever toute trace de saleté, de poussière et d'humidité) ;

y' Nettoyer les bornes et les connexions (éliminer les sels et les traces d'acide avec une éponge humide) ;

y' Vérifier le serrage des bornes ;

y' Vérifier régulièrement la température de l'enceinte où sont stockées les batteries.

Comme tout type d'équipement un système solaire a besoin de maintenance et de suivi pour assurer sa pérennité.

Dans ce chapitre nous avons effectué le dimensionnement des éléments principaux du système solaire à savoir le générateur photovoltaïque, les batteries d'accumulateurs, de l'onduleur hybride, de la section des conducteurs et vu comment ces éléments peuvent être entretenus pour assurer leur pérennité. Tout travail de dimensionnement peut comporter des erreurs mais la mise en oeuvre du projet permettra de réajuster certaine imperfection.

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CHAPITRE IV:

EVALUATION

ECONOMIQUE DU

PROJET

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Introduction

La réalisation de tout projet nécessite des fonds. L'évaluation économique est une étape très importe d'un projet car elle permet de situer le client sur le besoin en ressources financières pour la réalisation du projet. Elle permet aussi de prendre une décision. Il nous revient donc de faire une évaluation financière en tenant compte de chaque matériel et de son Coût.

Dans ce chapitre nous allons évaluer le coût total des équipements photovoltaïques de l'installation afin de déterminer la faisabilité du projet.

I. Estimation financière du Coût des équipements

Tableau 15 : Estimation du Coût des équipements

N°	Désignations	Unité	Quantité	Prix unit		Prix total	01
Panneaux solaire 300Wc	U	30	100.000	3.000.000		02
Batterie de 250 Ah	U	16	205.000	3280.000		03
Câble panneaux 2*35mm^2	m	15	13.000	195.000		04
Câble batterie 2*16mm^2	m	5	10.000	50.000		05
Onduleur hybride 10 KVA	U	1	800.000	800.000		06
Coffret de protection DC	U	1	180.000	115.000		07
Support panneaux	U	1	225.000	225.000		08
Support batterie	U	1	150.000	150.000		09
Travaux de génie civil	U	1	140.000	140.000		10
Accessoires (tube gorgé, vis ...)	U	1	15.000	15.000		11
Main d'oeuvre	U	1	1.500.000	12
Total	9.470.0000 FCFA

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II. Coût prévisionnel de remplacement des équipements Tableau 16 : Coût prévisionnel de remplacement des équipements

N°	Désignations	Durée de vie	Nombre de remplacement	Quantité	Prix unit		Prix total	01
Panneaux	25 ans	0					02
Batterie	5 ans	1	16	205.000	3.280.000		03
Onduleur hybride 10 KVA	10 ans	1	1	1.000.000	1.000.000		04
Accessoires		1	1	15.000	15.000		05
Total			1	4.295.000	06
Total investissement				13.765.000

Le Coût total du total du projet est estimé à treize millions cinq cent soixante-cinq mille franc CFA (13.765.000 FCA).

III. Rentabilité du projet

Le rendement d'une installation photovoltaïque est un facteur important pour déterminer sa rentabilité et le délai de récupération de l'investissement. Nous rappelons que la consommation journalière de l'administration est : Cj = 23 478 Wh soit environ 25kWh en prenant en compte que l'établissement est fermé les dimanches.

III.1. Coût de la facture mensuelle

La facturation mensuelle tient compte de l'ampérage du compteur et de la tranche de consommation du client. Pour notre cas l'établissement dispose d'un compteur de 30A

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Tableau 17 : Coût estimatif pour une facture SONABEL pour un compteur 30A

Énergie journalière Cj en kWh	25				Énergie consommée mensuelle en kWh
650				Tranche
	0 à 50 51 à 200 +200			Tarif
	96 102 109			Montant de la facture par tranche
	1 à 50 = 51 à 200 +200 =	4 800 = 15 300 49050		Prix total
69 150				Redevance
1 132				TSDAAE
1 500				TDE
1 230				TVA 18%
6 692				Prime fixe
10 664				Montant de la facture mensuel
90 368 FCFA

Source : grille tarifaire de la SONABEL publiée sur leur page Facebook le 20 Avril 2021 III.2. Calcul de la rentabilité

Le calcul de rentabilité consiste à évaluer le coût total de réalisation et faire une comparaison en fonction de l'utilisation de l'énergie électrique SONABEL pour une durée minimum de 20 ans de service fonctionnel.

Tableau 18 : Tableau de rentabilité

Coût annuel de facturation	Coût de facturation pour 20 ans	Coût de réalisation du projet		Marge bénéficiaire (différence)	90.368 x 12
90.368 x12x20	13.765.000 FCFA	21.688.320-13.765.000

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1.084.416 FCFA	21.688.320 FCFA			7.923.320 FCFA

Avec cette étude, nous remarquons qu'au bout de 12 ans le lycée aura déjà atteint le coût total d'investissement du projet.

Au vu de les calculs précédemment effectué nous pouvons dire que le projet est rentable car au bout de 20ans (durée de vie de l'installation) le lycée aura économisé près de huit millions (8.000.000) de francs CFA.

Sur le plan écologique si l'on prend en compte l'avantage du projet par rapport à la protection de l'environnement on constate qu'il est très rentable.

IV. Bilan de stage

Durant notre stage, l'ambiance qui régnait au sein de l'entreprise était très bonne et nous été très bien accueilli ; cependant nous avons rencontré quelques difficultés qui sont :

· Difficulté d'accès à l'internet pour nos recherches ;

· Difficulté de moyens de déplacement lorsque l'entreprise est sollicitée simultanément à plusieurs endroits ;

· Difficulté liées au faite que le nombre de techniciens n'est conséquent

Malgré ces difficultés, des enseignements néanmoins ont été tirés notamment : - L'importance de travailler en équipe;

- La nécessité d'avoir des connaissances théoriques afin de pouvoir résoudre un problème donné ;

- La capacité à travailler sous pression ;

Pendant les trois (3) mois que nous avons passé au sein de Afritech Energy, malgré les difficultés, les enseignements tirés ont apporté des idées novatrices, et nous suggérons à AFRITECH :

? De renforcer son personnel en recrutant des techniciens supplémentaires ;

? D'augmenter le nombre de véhicule de chantier afin d'être plus mobile sur le terrain ;

? D'installer un point de connexion wifi pour faciliter l'accès à internet.

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Conclusion générale

Notre stage qui avait pour but de nous mettre en situation réelle dans le milieu professionnel a été un succès, car durant cette période à AFRITECH ENERGY, nous avons pu participer aux divers travaux et chantiers en cours en moment-là.

Par la suite nous nous sommes appesantis sur un projet où il nous fallait trouver des solutions aux blocages des activités pédagogiques lors des délestages au Lycée Polyvalent de Ziniaré. Cette préoccupation a ainsi suscité notre intérêt à aborder la question de la pertinence de disposer d'une alimentation secours pour assurer la continuité de service lors des délestages. Nous avons donc étudié les installations électriques des bâtiments de l'administration afin de déterminer les besoins journaliers des récepteurs. Et par la suite nous avons donc effectué un dimensionnement solaire pouvant répondre aux besoins de l'établissement.

Dans un premier temps nous avons abordé les généralités sur les installations solaires photovoltaïques ;

Ensuite nous avons procédé au dimensionnement du système à proprement dite et pour terminer nous avons fait une évaluation financière du projet.

Au terme de tout cela nous pouvons manifester notre satisfaction face aux résultats obtenus car nous avons pu dimensionner un système solaire de 9 kWc capable d'alimenter l'installation pendant 24 heures en cas de coupure de courant.

Notre travail n'est pas complet et de là découle ses limites, car ce dimensionnement n'a pas pris en compte toute l'installation électrique de l'établissement ; il pourrait donc être élargie afin de prendre en compte l'éclairage et la ventilation des salles de classe.

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BIBLIOGRAPHIE

[1] YOTTO Conrad (2011) Etude et conception d'un mini centrale photovoltaïque pour l'alimentation d'une partie de l'installation Electrique de la présidence de la république du Benin. Mémoire pour l'obtention du Master à 2IE

[2] Cours d'énergie renouvelables de M. OUATTARA Abou de 3è année ELT à l'IST

[3] AZIZI ZINEB (2015) Etude de Faisabilité d'Utilisation d'un Système Photovoltaïque pour Sécuriser un Réseau GSM. Mémoire pour l'obtention d'une licence à l'Université AHMED DRAIA ADRAR d'ALGER

[4] Centrales photovoltaïques : Guide pour le dimensionnement er la réalisation des projets. 1996, 252 pages

[5] KANTAGBA Dieudonné (2016) ; mémoire pour l'obtention de la licence professionnelle à l'IST

[6] KABORE Hyppolite (2022) mémoire pour l'obtention de la licence professionnelle à l'IST

[7] Laurent OUEDRAOGO ; mémoire pour l'obtention de la licence professionnelle à

l'IST

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WEBOGRAPHIE

[1] http://www.scholar.google.fr consulté le 02 Janvier 2022 à 10h47mm

[2] http://www.solaris-store.com consulté le 02 Aout 2022 à 17h23mn

[3] http://www.victronenergy.com

[4] http://www.laboutique-solaire.com consulté le 02 Aout 2022 à 16h01mm

[5] http://www.nelsonsolar.com consulté le 05 Septembre 2022 à 08h12mm
[07] http://www.kitsolaire-discount.com consulté le 02 octobre 2022 à 08h00

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LISTE DES ANNEXES

Annexe 1 : Présentation de l'onduleur xii

Annexe 2 : section des câbles en fonction du courant xiii

Annexe 3 : structure d'un champ photovoltaïque connecté à un onduleur réseau xiv

Annexe 4 : méthode de mise en série des panneaux xv

Annexe 5 : Exemple de réseau de modules en série-parallèle xv

Annexe 6 : Principe de mise en oeuvre de l'équipotent alité des modules PV xvi

Annexe 7 : Image de la salle des professeurs xvi

Annexe 8 : Etat de batteries mal entretenue xvii

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Annexe 1 : Présentation de l'onduleur	1. Indicateur d'état 2. Indicateur de charge 3. Indicateur de défaut 4. Boutons 5. Interrupteur marche / arrêt d'alimentation 6. Entrée AC 7. Sortie AC 8. Entrée PV 9. Entrée de la batterie 10. Disjoncteur 11. Port de communication RS232 12. Câble de communication parallèle (uniquement pour le modèle parallèle) 13. Câble de partage de courant (uniquement pour le modèle parallèle) 14. Contact sec

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Annexe 2 : section des câbles en fonction du courant

Type de câbles	Section
		Courant max admissible (A)
		2 câbles sur parois (Ta = 30°C) : I'z	2 câbles sur parois (Ta = 70°C) : I'z
	2,5	33	19
Câble PV unipolaire	4	45	26
(Tmax= 90°C)
	6	57	33
	10	79	46
	2,5	52	30
Câble PV unipolaire (Tmax=	4	69	40
120°C)
	6	89	52
	10	124	72

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Annexe 3 : structure d'un champ photovoltaïque connecté à un onduleur réseau

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Annexe 4 : méthode de mise en série des panneaux

Annexe 5 : Exemple de réseau de modules en série-parallèle

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Annexe 6 : Principe de mise en oeuvre de l'équipotent alité des modules PV

Annexe 7 : Image de la salle des professeurs

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Annexe 8 : Etat de batteries mal entretenue

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TABLE DES MATIERES

DEDICACE i

REMERCIMENTS ii

LISTE DES TABLEAUX iv

LISTE DES FIGURES v

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS vi

PREAMBULE vii

Présentation de l'IST vii

1. Historique vii

2. Le Département science de gestion vii

3. Le Département science et technologie viii

INTRODUCTION GENERALE 1

1. Problématique 2

2. Objectifs 2

2.1. Objectif Général 2

2.2. Objectifs intermédiaires 2

3. Organisation du document 2

4. Méthodologie de travail 3

CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA STRUCTURE D'ACCUEIL 4

I. Présentation de AFRITECH ENERGY 5

1. Historique 5

2. Activités 5

CHAPITRE II : GENERALITES LES INSTALLATIONS SOLAIRES PHOTOVOLTAIQUES 6

Introduction 7

I. Présentation de la structure générale d'un système PV 7

I.1. Les différents types d'installations 8

I.2. Description d'une installation type 8

II. Constitution d'une installation photovoltaïque 10

II.1. Les modules photovoltaïques 10

II.2. Les batteries 14

II.3. Le régulateur de charge et décharge 17

II.4. L'onduleur 18

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II.5. Les convertisseur DC-DC 20

II.6. Les câbles électriques 20

CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT DE L'INSTALLATION 22

Introduction 23

I. Données géographique du site 23

II. Dimensionnement et choix des différents éléments de l'installation 24

II.1. Détermination de la puissance crête à installer 25

II.2. Détermination de la capacité des batteries de stockage 31

II.3. Dimensionnement de l'onduleur 34

Tableau 10 : Caractéristiques de l'onduleur 34

III. Dimensionnement des câbles de connexion 35

III.1. Section normalisée des câbles 35

III.2. Choix des sections de câbles 36

Tableau 13 : Section des conducteurs choisi 37

IV. Récapitulatif du dimensionnement 37

V. Maintenance des équipements 38

V.1. Le générateur photovoltaïque 39

V.2. L'onduleur 39

V.3. Les batteries 39

CHAPITRE IV: EVALUATION ECONOMIQUE DU PROJET 41

Introduction 42

I. Estimation financière du Coût des équipements 42

II. Coût prévisionnel de remplacement des équipements 43

III. Rentabilité du projet 43

III.1. Coût de la facture mensuelle 43

III.2. Calcul de la rentabilité 44

IV. Bilan de stage 45

Conclusion générale 46

BIBLIOGRAPHIE ix

WEBOGRAPHIE x

LISTE DES ANNEXES xi

TABLE DES MATIERES xviii

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RESUME

L'énergie solaire est indispensable de nos jours avec la rareté des sources primaires de production de l'énergie électrique. L'énergie solaire permet d'assurer une continuité de service vu son abondance. Vue l'importance d'une telle source, il a été question de proposer un système photovoltaïque pour l'administration du Lycée polyvalent de Ziniaré ; d'où le thème «Etude et dimensionnement d'un système solaire photovoltaïque de secours pour l'administration du lycée polyvalent de Ziniaré » a été proposé. Les tâches principales étaient de dimensionner le générateur photovoltaïque, les batteries de stockage et l'onduleur correspondant. A l'issue de ce dimensionnement, un générateur photovoltaïque de 30 modules de 300Wc chacun, une capacité de stockage de 16 batteries de 250Ah, 12V chacun et un onduleur hybride de 10KVA 160A.

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ABSTRACT

Solar energy is essential nowadays with the scarcity of primary sources of production of electrical energy. Solar energy ensures continuity of service given its abundance. Given the importance of such a source, there was talk of proposing a photovoltaic system for the administration of the Polyvalent High School of Ziniaré; hence the theme «Study and dimensioning of a photovoltaic emergency solar system for the administration of the multi-purpose high school of Ziniaré» was proposed. The main tasks were to size the photovoltaic generator, the storage batteries and the corresponding inverter. At the end of this dimensioning, a photovoltaic generator of 30 modules of 300Wp each, a storage capacity of 16 batteries of 250Ah, 12V each and a hybrid inverter of 10kVA 160A.