Section du câble module/batteries :
La puissance du module étant de 40Wc, on ne doit pas
dépasser 1,2W de pertes. En appliquant la formule P = R x 2 x
I2, on obtient 1,2 = R x 2 x 32 , soit R = 0,067 Ù
. La résistance du câble ne doit pas dépasser 0,067
Ù.
Il ne reste plus qu'à calculer la section du
câble offrant une résistance inférieure à 0,067
Ù . En utilisant l'équation R = ñ x L / s, on obtient
0,067 = 17x10-9 x 8 / s, soit s = 2.04 mm2. C'est une section
petite, et on trouvera aisément dans le commerce une section de ce
genre, voir beaucoup plus grande (4mm2 par exemple, ce qui divisera
les pertes par 2). Il n'est donc pas nécessaire de modifier les
caractéristiques de l'installation, en produisant du 24Vdc au lieu de
12Vdc.
Section du câble batteries/onduleur :
Il faut suivre exactement la même méthode, avec
de nouvelles données : L'onduleur tolère jusqu'à 630W. Par
conséquent, on ne doit pas dépasser 18W de pertes (3%). En
appliquant la formule P = R x 2 x I2, on obtient 18W = R x 2 x
(52,5A)2, soit R = 0,0033 Ù . La résistance du
deuxième câble ne doit pas dépasser 0,0033 Ù.
En utilisant l'équation R = ñ x L / s, on
obtient 0,0033 = 17 x 10 - 9 x 2 / s, soit s = 10,41 mm2. C'est une
section assez importante et relativement coûteuse, mais nous n'en avons
besoin que sur une courte distance (2m). De plus, il est peu probable que le
courant atteigne une telle intensité puisse qu'il faudrait que tous les
appareils soient en fonctionnement, et qu'il y ait une pointe de consommation
du réfrigérateur. Il n'est donc pas nécessaire de changer
la tension que nous avions prévu dans les autres étapes du
dimensionnement, mais nous approchons de la limite.
Continuons notre exemple avec notre couple de retraités
qui voyage en camping car de juin à septembre. Nous avons obtenu de la
première étape les données suivantes : en
résumé, notre couple consommera 5082Wh par semaine en juin et
septembre, et 7260Wh tous les 10 jours en juillet et août. Calculons
maintenant la puissance du module à installer.
Connaissant l'ensoleillement heureusement, ont tendance
à rechercher le soleil. Ainsi nous avons les coefficients
d'ensoleillement minimum dans différentes régions
géographiques comme il suit : 4,1 en juin, 4,4 en juillet, 4,1 en
août et 3,8 en septembre. Coefficient d'ensoleillement minimum du
Cameroun est estimé en juin : 3,4
Puissance des modules
Nos retraités consomment chaque jour 726Wh. C'est donc,
en théorie, ce que devrait produire le module pour couvrir leurs besoins
et stabiliser les réserves d'énergie. Pour cela, le coefficient
le plus faible étant celui de la Belgique avec 3,4 , il nous faudrait un
module de 214Wc ( = 726 / 3,4 ). Cependant, il n'y a pas assez d'espace sur le
toit du camping car pour un module de cette taille. En général,
on utilise des modules de 150Wc, voir 200Wc grand maximum. De plus,
l'utilité de la batterie serait fortement réduite si on ne s'en
servait pas pour stocker l'énergie produite pendant les
déplacements. Nous choisirons donc un module de 150Wc.
Production quotidienne de ce module 150Wc :
En juin en Belgique : 150 x 3,4 = 510Wh
En juin dans le sud : 150 x 4,1 = 615Wh
En juillet dans le sud : 150 x 4,4 = 660Wh
En août dans le sud : 150 x 4,1 = 615Wh
En septembre dans le sud : 150 x 3,8 = 570Wh
57
Exemple résumant le dimensionnement d'une
installation photovoltaïque autonome
Pour un site isolé, il est très important de bien
connaître ses besoins afin de bien dimensionner le système.
Nous trouvons la consommation journalière de l'habitation
: 1344Wh/jour
Puissance des modules nécessaires : Pm=1344 x 0,85 =
1142,4 Wc
Le coefficient d'ensoleillement est 0,85 pour la ville
considérée.
Si on choisit des modules de 100 Wc, alors il faudra 12 modules
soit 1200 Wc. (environ 6 000 €)
Ce sont des modules de 12V et 7,16A.
Imaginons que nous mettons ces 12 panneaux en parallèle :
soit 12 branches et donc 12 x 7,16 = 86 A
Il n'existe pas de régulateur correspondant à cette
intensité.
Imaginons que nous mettons ces 12 panneaux en série : soit
1 branche donc 12 x 12 = 144Vc Ce n'est pas
possible pour un site isolé, car il faut limiter le
voltage afin de limiter les pertes dans les câbles.
En site isolé, on ne peut pas dépasser 48V. (12V ou
24V ou 48V).
On décide donc de mettre 2 modules en série soit 6
branches. Cela fait donc 24V et 6 x 7,16 = 43 A
Il faut des batteries de capacité : Cb = 373 Ah soit Cb =
(5 x 1344Wh/j)/(24V x 0,75)
On a des batteries de 175Ah et 12V à notre disposition.
Afin de respecter les 24V, il faut mettre 2 batteries de 12V en
séries. On met également 2 séries de batteries
en parallèle soit 175 x 2 = 350Ah.
Il faut toujours sous dimensionner les batteries par rapport aux
panneaux. On est donc bien inférieur à
373Ah.
On va donc utiliser 4 batteries (environ 1000 €).
On utilisera un régulateur de type 60A et 24V. Il faut
absolument que l'intensité du régulateur soit
supérieure à l'intensité du système
isolé. (240 €)
Attention aux sites isolés en 48V, en effet il existe peu
d'équipements en 48V. Le 48V est préconisé pour
les grandes longueurs de câbles.
Les prix sont des ordres de grandeur afin de donner une
idée au lecteur. En aucun cas ces calculs ne
peuvent être utilisés tel quel pour un
dimensionnement.
P total ? N b ? P
E j ? P total ? ? t
b) Calculs pour dimensionnement d'une centrale
solaire
r Rentrer les caractéristiques du site
à électrifier (Annexe 1)
* L'irradiation de la zone est à chercher sur le site de
la NASA ou de l'UE.
* Paramètre à définir par
l'équipe.
r Rentrer les caractéristiques de la centrale
solaire
? Recenser les charges (type et nombre) en
puissance active
? Définir le temps d'utilisation de
chaque charge.
r Première phase : circuit
continu
? Calcul de la puissance active (W) :
(2.7)
? Calcul de l'énergie journalière
consommée (Wh/j) : (2.8)
En continu la puissance apparente est égale à
la puissance active.
E j
j U batterie
I?
? Calcul de la consommation journalière
en courant (Ah/j) : (2.9)
? Calcul du courant nominal batterie (A) :
(2.10)
r Deuxième phase : circuit
alternatif
? Calcul de la puissance active (W) :
(2.11)
C j
j U batterie
? Calcul de la puissance apparente totale (S) :
(2.12)
On utilise toujours la puissance apparente pour
dimensionner une installation, on l'appelle encore puissance dimensionnant.
Attention, même si on utilise la puissance apparente on conserve quand
même l'unité Wh
P i
batterie U batterie
I onduleur
P i
? Calcul de l'énergie journalière
consommée (Wh/j) : (2.13)
? Calcul de la consommation journalière
en courant (Ah/j) : (2.14)
? Calcul du courant nominal batterie (A) :
(2.15)
? Récapitulatif du dimensionnement sans les
pertes On rentre dans notre tableur :
La puissance installée : (2.16)
La consommation par jour : (2.17)
Ensuite on calcul différents paramètres
caractéristiques :
Mod th
? Calcul de la puissance crête :
(2.18)
E?
? Calcul de la capacité batterie (Ah):
(2.19)
? Calcul de l'énergie absorbée
journalière : (2.20)
I?
? Calcul du courant nominal de batterie:
(2.21)
Vérification du calcul du courant de batterie
(2.22)
? Calcul du courant dans l'onduleur :
?
(2.23)
Usec
teur
|
? Calcul du nombre de module théorique
:
|
Pc
Pcmod
|
(2.24)
|
? Nombre de module réel : n est
pair
? Troisième phase : calcul des pertes dues
à la production
Pour calculer les pertes on va calculer l'énergie perdue.
On distingue les pertes par effet joule qui sont dues
aux résistances des câbles et les pertes dues
à d'autres éléments.
Pour cela, on calcul la puissance dissipée puis on calcul
l'énergie perdue en multipliant cette puissance par
l'irradiation équivalente.
On sait que l'on a n panneaux solaires (12V) tels que :
? Calcul de l'énergie perdue entre :
E = nx Rx I
x
2 I
n rréq
R
2x ? x l
|
? Cellules solaires /coffret couplage
|
|
|
(2.25)
|
|
|
|
58
S
On prend en compte la longueur de retour du câble dans
la formule de R ou bien on multiplie par 2 l'énergie perdue par effet
joule.
? Coffret couplage/Régulateur ?
Régulateur/Batterie
|
R
téq 1 ? 2 ? ?
1,18 h
|
2
xpx
|
l
|
|
|
S
|
|
? x ?
n I n
E R
= x ? ? x I rréq
? ?
2
2
(2.26)
59
La valeur du courant qui est calculée vient du fait que
les courants des blocs de 2 panneaux montés en
parallèle s'additionnent.
? Calcul de l'énergie perdue par :
? Les diodes Schottky (Udiode = 0 ,5V)
P ch arg e
? ? ? ? X
t t
éq S totale
10 ? 100 10
E ? ? t éq ? U
?Ibatterie
(2.27)
? L'impédance d'entrée du régulateur Ze
? L'impédance de sortie vers batterie Zs
(Ze=Zs=0,1Ù)
(2.28)
? Faire le total des pertes
énergétiques côté production en sommant les pertes
par effet joule et les pertes dues aux éléments.
r Troisième phase : calcul des pertes dues
à la consommation
On procède au même calcul que
précédemment en distinguant les pertes dues par effet joule des
autres pertes. Cependant cette fois on devra définir un temps
équivalent afin de calculer les pertes énergétiques au
niveau de la batterie.
? Calcul du temps équivalent de batterie
:
? ? ?
(2.29)
Où Pcharge est la puissance mise en jeu durant
l'intervalle de temps considéré.
Ex : On a une lampe qui consomme 10 W pendant 3h et une prise
(230V) qui consomme 100W pendant 1h
E ? I appelé ??
t ? R
? Calcul de l'énergie perdue entre : ?
Batterie/ régulateur ? Régulateur/onduleur
? Onduleur/boîte de repartition
(2.30)
? Calcul de l'énergie perdue par
:
? L'impédance Ze Batterie/Régulateur
? L'impédance Zs du régulateur
U x cos ( q, ) x
i
? sec teur (2.31)
Iappelé
? Calcul du courant appelé par chaque
charge :
P
(2.31)
2
Il est nécessaire de calculer le courant appelé par
chaque charge car celui-ci varie d'une charge à l'autre.
? Calcul de l'énergie perdue par la
charge : (2.32)
? Faire le total des pertes
énergétiques côté consommation en additionnant les
pertes par effet joules et les autres pertes de l'autre.
60
? Faire le total des pertes
côté consommation et des pertes côté production.
Pertes de production et consommation
? Récapitulatif du dimensionnement avec les
pertes
On avait Cj,1 qui était la consommation
journalière. Il faut maintenant ajouter Cj,2 (les pertes)
dans notre récapitulatif du dimensionnement.
a) Calcul de la consommation journalière :
|
(2.33)
|
b) Calcul de la
puissance crête :
|
(2.34)
|
|
|
(2.35)
|
|
|
(2.36)
|
|
|
(2.37)
|
e) courant nominal :
|
a)
|
(2.38)
|
f) Calcul du dans l'onduleur
|
a)
|
(2.39)
|
h) Nombre réel de module : n est pair
|
a)
|
Figure 2.5: La carte représente la terre
divisée en cinq catégories à différents facteurs
régionaux d'ensoleillement
Source SIEMENS
Réseau de distribution
Structure
Module PV
Parafoudre DC
Prise de terre du bâtiment
Interrupteur sectionneur général DC
Compteur d'énergie
CAG
Partie DC
AGCP
Compteur d'énergie
Interrupteur sectionneur DC
Câble de chaînes
Fusible DC
connecteur
Câble de groupes
Boîte de jonction paralléle
Parafoudre AC
S = 36 kVA
AGCP
Liaison équipotentielle
Parafoudre DC
Sectionneur Interrupteur sectionneur DC
Câble principal PV
Boîte de jonction parallèle
Onduleurs
S > 36 kVA
Coffret AC
Interrupteur sectionneur général AC
Disjoncteur sortie onduleur
Coffret DC
Figure 2.6 : schéma électrique de
principe d'une installation PV raccordée au
réseau [40]
61
Pour des solutions économiquement adaptées aux
besoins d'industrialisation, des systémes intégrés
(Fig 2.6) de poste de transformations
préfabriqués adaptés aux fonctionnement par PV,
constitué de deux enveloppes en béton préfabriqué
raccordées ensemble, l'une contenant la partie Basse Tension
(boîtes de raccordement BT, onduleurs, filtres...) l'autre contenant la
partie HTA (tableau HTA, transformateur...). Facilitent l'installation des
centrales PV. L'un des avantages de ces postes est qu'ils sont faciles
d'accès et le contrôle peut être effectué à
distance à partir d'une connexion internet.
62
Figure 2.7 : Schéma électrique d'une
centrale PV avec poste integré [41]
Le compteur d'énergie spécifique avec affichage
est mis en place à la sortie du ou des onduleurs dans le cas de la vente
d'énergie excédentaire. Le compteur interne à l'onduleur
permet d'enregistrer le cumul d'énergie fournie par le
générateur photovoltaïque. Le compteur d'énergie
externe est optionnel dans le cas d'une vente d'énergie totale dans la
mesure où le comptage de production est également effectué
par le distributeur.
Une centrale photovoltaïque peut être
installée sur terre, sur les toits ou les mûres d'habitats. Mais
pour tirer grandement profit de l'ensoleillement, il importe de disposer les PV
selon un certain angle et à des sin 180
( _ a _ fi )
distances comme illustrées en Figure 2.7
. L'expression ci-dessous nous permet d'estimer la position
optimale de nos panneaux solaires
B = A
.
= 90_(latitude+ 23,45 )
fi
Les Production photovoltaïque pour des puissances
>250kVA necessitent des études très minuscieuses et des
équipements adaptés à la fonction de production devant
être exécutée. Pour cette raison nous prenons le cas d'un
branchement de plus de 24 modules. Cette production est répartie en
parallèle sur des postes satellites (onduleur-transfo) d'une puissance
de 12MW. Cette architecture ci-dessous de branchement des PV
réalisée permet d'avoir le meilleur compromis (cout, ergonomie et
facilité de construction, maintenance, supervision).
63
B. Schéma de câblage des panneaux solaires
Figure 2.8a : raccordement des PV au poste de
livraison No1
Figure2.8b : mode de câblage des differents
postes de livraison (N+1) avec N=7 au poste de livraison
principal
L'architecture générale de la partie HTA
(Figure 2.8a, 2.8b) de cette centrales illustre en
Figure 2.8a le mode franchement d'une centrale PV à un poste de
livraison. Sur la Figure 2.8b nous présentons le mode de raccordement
d'un poste (Fig 2.8a) à d'autres postes de
livraisons similaires disponibles dans la centrale PV. Un câblage en
boucle est préféré à un câblage en
artère. Le chapitre suivant expliquera mieux les modes de
raccordement.
Figure 2.9: disposition des PV par rapport aux
rayons solaire.
64
2.2.1.3. Gestion énergétique au sein
d'une collectivité territoriale décentralisée
La politique énergétique national du Cameroun
définie dans PDSE à l'horizon 2030 représente une vision
générale du potentiel de production électrique du Cameroun
ainsi que la consommation des grandes entreprises installées sur
l'ensemble du territoire. Mais un problème se pose dans le cadre d'une
politique régionale ou locale énergétique de gestion des
CTD. La nécessité de la mise en place de stratégies
conduisant à l'élaboration d'un plan de développement
énergétique spécifique à chaque commune permet :
? Maîtrise de l'énergie dans le patrimoine
des collectivités,
La somme des factures d'énergie d'une
collectivité représente entre 5 et 10 % de son budget de
fonctionnement, et plus de 10% si on déduit des frais de personnel de la
collectivité. Par ailleurs leurs services industriels et commerciaux
(station d'épuration, installations de traitement des
déchets,...) sont également des gros consommateurs. Au regard de
cette situation, la maîtrise de l'énergie semble important pour le
développement durable de la collectivité territoriale.
? Création d'un département en charge de
problémes énergétique
La fonction de responsable énergie au sein du service
énergie de la commune, devrait exister et être occupée par
une personne dotée de compétences en matière de
maîtrise de la consommation énergétique et de gestion
financière. Afin d'effectuer un ratio entre ces deux
éléments conduisant à l'élaboration d'un bilan
annuel et d'indices de performance dans une collectivité car c'est un
vrai métier, à la fois en termes de technique, de gestion et en
termes de communication vis-à-vis des utilisateurs des installations
municipales.
Cet énergéticien(e) communal(e) aura pour
fonction le suivi des consommations, le choix des sources d'énergie
adaptées au tarif raisonnable, le suivi technique des installations, la
formation des utilisateurs, la mise en route et l'évaluation des actions
et travaux. Selon les cas, il sera intégré aux services
techniques où il aura une fonction plus horizontale et proche des
élus.
En effet à travers ce métier, on observera
l'ouverture des marchés élargie aux services
énergétiques au sein des communes et qui poussera bon nombre de
collectivités à réfléchir sur leurs consommations
d'hydrocarbure et d'électricité et sur leurs relations avec les
fournisseurs historiques par exemple AES-Sonel et autres. Le lancement de ce
type d'appels d'offres est une occasion unique pour la collectivité de
se poser les bonnes questions : Quels sont les besoins de la
collectivité ? Comment peut-on les maîtriser ? Combien cela
coûte ? Peut-on imposer une part d'électricité verte ?
Peut-on déterminer un objectif d'économies d'énergies ?
Pourrait-on produire soi-même cette énergie plutôt que de
l'acheter à un fournisseur ? Ce métier peut difficilement se
rentabiliser sur une seule commune. C'est là que la compétence
communautaire prend tout son sens. La communauté peut créer,
selon sa taille, un service énergie ou un responsable énergie,
dont la fonction sera de mettre en place une politique de maîtrise de
l'énergie pour l'ensemble des bâtiments et éclairages
publics du territoire, qu'ils soient sous gestion communale (écoles,
mairies, équipements sportifs,..) ou sous gestion intercommunale. Ce
peut être une valeur ajoutée par la communauté pour aider
les communes à gérer l'énergie dans leur patrimoine,
chacune restant ensuite maître des travaux à effectuer.
? Développement des énergies
locales,
La production d'énergie par les collectivités
territoriales ne date pas d'hier. Depuis plusieurs décennies, dans les
pays développés, elles ont installé ou participé
à l'installation de chaudières au bois, de capteurs solaires
thermiques et photovoltaïque, ou de microcentrales hydrauliques,
incinéré les déchets, valorisé du biogaz de station
d'épuration.
Avec la politique de décentralisation menée au
Cameroun, les CTDs se doivent de plus d'ingéniosité afin de
bénéficier des financements disponibles pour promouvoir les EnRs.
Le développement d'énergie local
65
au Cameroun n'est pas nouveau. La preuve dans la région
de l'Est par exemple, certaines collectivités territoriales
isolées du réseau électrique du fournisseur
d'énergie AES-Sonel sont électrifiés mais les coûts
de fonctionnement sont énormes car les machines électriques
utilisent des sources d'énergies fossiles pour produire
l'électricité. Au regard de cette technique de production
d'énergie électrique, Plusieurs activités municipales
peuvent être productrices d'énergie à partir des ressources
locales. Les communes sont souvent promotrices des énergies moins
couteuses à long terme et résidant dans les EnRs qui, sans leur
intervention, resteraient inemployées :
La création des sociétés d'Etat telle que
l'AER et autres constituent un nouveau cadre d'expression légale des
communes pour le développement des énergies renouvelables. Dans
ce cadre, la collectivité peut produire elle-même pour la vente ou
pour l'autoconsommation, ou faciliter les conditions de production par d'autres
acteurs locaux (habitants, entreprises, associations, coopératives
agricoles, écoles, lycées...).
Plusieurs activités municipales peuvent être
productrices d'énergie à partir des ressources locales. Les
communes sont souvent promotrices de ces énergies qui, sans leur
intervention, resteraient inemployées. La collecte et
traitement des déchets au sein de la commune constituent
une ressource énergétique à valoriser. Elles conduisent
à la production du biogaz et la méthanisation des déchets
ce qui limite la déforestation, ceux-ci nécessaires à la
cuisson des aliments des populations résidentes de la
collectivité, leur incinération ou la thermolyse permettent la
production d'énergie électrique propre.
Les petites centrales hydroélectriques au
sein des communes peuvent être développées au
sein de communes qui disposent de cours d'eau ayant une dénivellation
importante.
Le bois de chauffage des communes
forestières représente une source d'énergie
à valoriser à travers les déchets issus de l'industrie du
bois (sciures, écorces, chutes...). De nombreuses lois existent et
imposent les exploitants forestiers locaux à traiter sur place une
partie du bois coupé sur place, les déchets émis pour les
raisons de protection de l'environnement, doivent être
incinérés, et ce gisement de déchets constituent une
source de revenue communale pouvant être revendue aux entreprises de
recyclage des matières organiques.
? Distribution des énergies des
réseaux,
Au Cameroun la distribution d'énergie au sein des
populations est réglementée. Pour cette raison, la distribution
du Gaz et de l'électricité sont réglementés par des
lois visant à protéger le consommateur. Pour le moment il existe
un monopole sur le marché de l'électricité assuré
par AES-Sonel, mais le marché des hydrocarbures est ouvert et permet aux
opérateurs d'intégrer le marché qui les semble
opportun.
? Déplacements, Urbanisme et Aménagement du
territoire,
L'urbanisme et les déplacements font en
général partie des compétences communautaires. Les choix
qui sont faits en ce domaine sont déterminants sur les consommations
d'énergie des habitants du territoire. Autant le constat est
évident, autant les moyens d'action sont difficiles à mettre en
oeuvre. Les communautés doivent mener une réflexion
approfondie.
En matière de déplacement, les moyens de
transport en commun (taxi, bus, moto...etc) sont une source de revenue aux
différents communes car les stationnements aménagés pour
eux doivent être payant.
Les choix en matière d'urbanisme ont des
conséquences importantes en matière de consommation
énergétique. En matière d'aménagement, on peut dire
que l'urbanisme d'aujourd'hui représente les consommations et
émissions de demain et ce, pour longtemps au vu des durée de vie
des bâtiments
? Sensibilisation et incitation des
populations,
Pour convaincre les habitants et les opérateurs
économiques, l'exemple de la collectivité est un
préalable. L'animation passe d'abord par la valeur d'exemple d'une bonne
gestion énergétique du patrimoine municipal et par une gestion
efficace des délégations de service public de distribution
(d'eau, d'hydrocarbure, d'électricité) à travers la
dotation par les communes d'un plan de développement
66
énergétique disposant tous les renseignements
conduisant à une planification programmée des projets de
développement énergétique de la commune.
| 
