Université Mohammed V – Agdal Ecole Mohammadia d’Ingénieurs Département: Génie Electrique Réalisé par: SADELLAH Nizar & NASRALLAH Zakaria Année Universitaire 2012/2013 Encadré par: M. MAAROUFI 1. Introduction et Généralités sur le photovoltaïque 2. Présentation du projet 3. Etude technique 4. Etude économique et financière 5. Conclusion Page 2 Historique 1839: Découverte de l’effet photovoltaïque par Becquerel 1916: Robert Millikan produit de l’électricité avec une cellule solaire 1954: Construction du premier panneau solaire Page 3 Energie photovoltaïque Page 4 Système photovoltaïque Un système photovoltaïque est l’ensemble des composants nécessaires à l’alimentation d’une application en toute « fiabilité » Page 5 Composition d’un système photovoltaïque 1 2 3 4 Page 6 • Champ de modules • Parc de batterie • Système de régulation • Onduleur 1 Page 7 • Champ de modules 2 • Parc de batterie Causes Accumulateur de dégradation chimiqued’une est lebatterie: plus utilisé Surcharge Décharge Complète Oxydation des bornes et électrodes Page 8 3 • Système de régulation • • Simple Eviter les décharges Moinsprofondes coûteux Fonction principale du régulateur de charge: Il y a 2 types de régulateur: Prolonger la durée de vieprovenant de la batterie Couper le courant de charge du champ Régulateur charge Régulateurde charge/décharge photovoltaïque vers les accumulateurs lorsque Garantir un fonctionnement optimal du système ceux-ci atteignent leur état de charge maximal Page 9 4 • Onduleur • Convertir le courant continu en courant alternatif • Rendement de 90 à 95% • Sensible aux surcharges Page 10 Mise en situation Le propriétaire fait appel à notre bureau pour faire: « Un• propriétaire Une étude technique d’une ferme qui de comprend production l’évaluation de lait des et deressources mais envisage solaires d’installer de la région, une petite le dimensionnement centrale photovoltaïque de la centrale pour et les répondre installations à ses besoins associés en matière d’énergie électrique » • Une étude économique et financière pour déterminer le coût de la production du KWh Page 11 Données géographiques La ferme est située à proximité d’un petit village se trouvant à 50 Km de Marrakech Page 12 Description de la ferme Z1: Machines de laiterie Z2: Z8:Laiterie Salle3 des vaches Z3: des de veaux Z9:Etable Stockage la paille Z4: Etable des taureaux Z10: Stockage d’aliment Z5: Etable des vaches Z11: Moulin de mais Z6: Salle 1 Z12: Magasin Z7: Salle 2 Page 13 Cahier des charges Liaisons équipotentielles et entre mesures de protection les effets de la foudre: Raccordements électriques le champ continu contre et l’onduleur: Onduleur: Protections courant alternatif: •Caractéristiques à la sectionnement terre des masses La section des câbles électriques entre les panneaux et l’onduleur doit limiter • Mise Fonction de découplage techniques demandées: ••• Prise de maximale terre: piquet + du borne sectionnable + cablette + raccordement au tableau de la chute de àdes 5% au maximum Fonction detension protection recherche biens MPPT et des incluse personnes Surface totale des panneaux solaires: 500 m² Enregistreur des données: ••• répartition Utilisation des gaines deàla câblages résistantes aux conditions extérieures Rendement Parafoudre type supérieure 2 selon 90% norme NF EN 616436-11 et protections associées Parc isolé ••• Peut être intégré dans l’armoire Onduleur Nécessité non d’un paratonnerre Aucun ne doit en contact avec la toiture Tensioncâble deou 230V, 50être Hz ••• Enregistrement des données suivantes: Les câblages doivent être réalisés de tel sorte que les surfaces des boucles Facteur de puissance: 0,99 Points Panneaux de mesure: solaires: a. Irradiation soient minimales • inductives DTH < 3,5% Maintenances & Garanties: • Implantation Type des cellules des points photovoltaïques: de mesure sur monocristallin des fiches de sécurité diamètre b. Vitesse du vent •• Onduleur: La section une des garantie câbles inter-modules est desur 2,5une mm² au minimum Enregistrement et affichage période de 5 ans de 5 des ans données est demandée • 4mm: Implantation mesure demandée: tension et mesure sur les toits courant de la ferme c. Température ambiante au niveau des panneaux Tension d’alimentation: 48V •• Panneaux: garantie de 25 ans pour 80% des performances demandées • Implantation Orientation façade: d’undecompteur sud modulaire d’énergie produite avec lecture sur d. Température surface des panneaux afficheur e. Courants et tensions continues et alternatives Installations: Connexions au réseau interne de la ferme: Armoire raccordement DC: Implantation à proximité des panneaux solaires: Batteries: •Tableau Conformes aux normes en vigueur Dans unerépartition: armoire électrique à clef avec transparente de Implantation d’un interrupteur sectionneur adapté dans •• D’un capteur de température ambiante avec uneporte précision de +- 0,5 C Autonomie minimale: 3 jours fermée Respect des règles deNFC l’art Fourniture installation d’un disjoncteur de branchement: ••• Conforme àetlaélectrique norme 15 100 une armoire à0,5 porte vitrée D’un capteur de température surface d’un panneau aveccourant une précision de +- 0,5 C Taux de décharge entre etde 0,7 réglable jusqu’à 45de A différentiel 500 mA , sélectif L’armoire sera munie d’une •• D’un anémomètre résolution 1m/s Tension d’alimentation: 48V serrure • Respect de l’environnement Page 14 Page 15 Méthodologie de travail: 1. 2. 3. 4. 5. 6. Projet d’éclairage de la ferme Bilan de puissance de la ferme Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque Dimensionnement des organes de coupure et des protections Dimensionnement des câbles Branchements Page 16 Projet d’éclairage de la ferme Type de luminaire: Objectif: Déterminer le nombre des luminaires Rectangulaire à 2 lampes fluorescentes 2x36 W nécessaires pour réaliser un éclairage convenable Page 17 Projet d’éclairage de la ferme Exemple de calcul pour la Zone 5 N: Nombre des luminaires F: Flux lumineux total n’’: Nombre de lampes par luminaire (n’’=2) Page 18 Projet d’éclairage de la ferme Exemple de calcul pour la Zone 5 i,facteur s: rendements des U: Utilance a,b: dimension du E: d: Eclairement de dépréciation en local lux flux direct et indirect Page 19 Projet d’éclairage de la ferme Numérode de zonecalcul pour Z1 Z3 5 Exemple laZ2 Zone Longueur a (m) 10 68 de zone LargeurNuméro b (m) 6,5 6,5 ht Longueur a (m) 3 3 hu Largeur b (m) 0 0 ht h' 0 0 h 3 3 hu Eclairement (lux) h' 150 100 Facteur de dépréciation d h 1,4 1,4 Symbole photométrique Eclairement0,67D+0T (lux) 0,67D+0T Indice de local Kde dépréciation 1,3 2,0 Facteur d Facteur de suspension photométrique J 0,00 0,0 Symbole Facteur de réflexion FR de local 731 K 731 Indice Utilance de suspension 0,72 0,79 Facteur J FluxFacteur lumineux totalde réflexion 28296 FR 116909 Nombre de lampes par luminaire n" 2 2 Utilance Flux d'une lampelumineux3450 Flux total 3450 Nombre de luminaires 5 17 72,4 13,4 6 0,5 2 3,5 50 1,6 0,67D+0T 3,2 0,36 731 0,92 125913 2 3450 19 Nombre de lampes par luminaire n" Flux d'une lampe Page 20 Nombre de luminaires Z4 63,9 14 6 0,5 2 3,5 50 1,6 0,67D+0T 3,3 0,36 731 0,92 116106 2 3450 17 Z5 Z6 Z7 78,9 2,5 6 7,7 Formules 2,4 2,5 6 6 6 0 0 0 2 3 3 4 3 3 50 50 50 1,6 ht-hu-h’ 1,4 1,4 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 1,8 0,4 0,6 0,33 0,50 0,50 731 731 731 (axb)/(hx(a+b)) 0,79 h’/(h+h’) 0,43 0,43 91824 1458 3645 2 2 2 3450 3450 F3450 14 1 1 Z8 7,1 6,65 3 0 0 3 50 1,4 0,67D+0T 1,1 0,00 731 0,67 7363 2 3450 2 Z9 29 14,8 6 0 2 4 50 1,6 0,67D+0T 2,4 0,33 731 0,84 61009 2 3450 9 Nombre total des luminaires = 115 N Z10 Z11 39 17 14,8Z5 14,8 78,9 6 8,5 07,7 0 26 3,5 40 5 50 2 150 1,6 4 1,6 0,67D+0T 50 0,67D+0T 2,71,6 1,6 0,33 0,41 0,67D+0T 7311,8 731 0,87 0,33 0,79 79218 731 114083 2 2 0,79 3450 3450 91824 12 17 2 3450 14 Z12 5 2,5 6 0 3 3 50 1,4 0,67D+0T 0,6 0,50 731 0,43 3037 2 3450 1 Bilan de puissance Zone Equipement U (V) I (A) Cos 220 220 10,5 0,8 Zone1 Moteur Moteur de réfrigérateur Eclairage 0,89 0,84 0,86 4 2 5 2055,9 147,84 72 8 8 8 65788,8 2365,44 2880 71034,24 Moteur Eclairage 220 Zone2 0,89 0,86 6 17 2055,9 72 6 8 74012,4 9792 83804,4 Moteur de ventilateur Eclairage 220 Zone3 0,84 0,86 5 19 218,064 72 8 3 8722,56 4104 12826,56 Moteur de ventilateur Eclairage 220 Zone 4 0,84 0,86 3 17 218,064 72 8 3 5233,536 3672 8905,536 Moteur de ventilateur Eclairage 220 Zone 5 0,84 0,86 4 14 218,064 72 8 4 6978,048 4032 11010,048 Zone6 Prise de courant normale Eclairage 0,86 0,86 2 1 300 72 4 3 2400 216 2616 Zone7 Prise de courant normale Eclairage 0,86 0,86 3 1 300 72 4 3 3600 216 3816 Zone8 Prise de courant normal Eclairage 0,86 0,86 3 2 300 72 4 3 3600 432 4032 Zone 9 Eclairage 0,86 9 72 3 1944 1944 Zone10 Eclairage 0,86 12 72 3 2592 2592 0,89 0,84 Zone11 Moteur Moteur de ventilateur Eclairage 4 1 17 2055,9 218,064 72 8 8 6 65788,8 1744,512 7344 74877,312 2 1 300 72 4 3 2400 216 2616 Page 21 Zone 12 Prise de courant normale Eclairage 220 220 10,5 1,18 1,18 1,18 10,5 1,18 0,86 0,86 Nombre d'unités Puissance unitaire (W) Temps d'utilisation (h)Consommation journalière (Wh/j) Consommation totale Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque Méthodologie de dimensionnement 1. 2. 3. 4. 5. Estimation des besoins journaliers en électricité Estimation de l’irradiation journalière Calcul de l’énergie à produire Calcul de la puissance crête Estimation des dimensions du champ photovoltaïque suivant le module PV choisi 6. Estimation de la capacité de stockage requise en fonction de l’autonomie désirée 7. Dimensionnement de l’onduleur 8. Dimensionnement du groupe électrogène Page 22 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 1 • Estimation des besoins journaliers en électricité Ecj = 280074,096 Wh/j Page 23 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 2 Page 24 • Estimation de l’irradiation journalière Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 3 • Calcul de l’énergie à produire k dépend de: • l’incertitude Pour un parc àmétéorologique batteries 0,55 < k < 0,75 • L’inclinaison non corrigé des modules suivant la saison k point = 0,65 •Le de fonctionnement des modules • Les rendements des cycles de charge et décharge des batteries • Le rendement de l’onduleur • Les pertes dans les câbles et connexions Epj = 430883 Wh/j Page 25 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 4 • Calcul de la puissance crête Pc = 79793,18 Wc Page 26 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 5 • Taille du générateur à installer Nombre d’unités = 250 Surface totale = 405 m² < 500 m² Page 27 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 6 • Dimensionnement des batteries Avec: • Ecj: Besoins journaliers • A: Autonomie (3jours) • V: Tension d’alimentation (48V) • Taux de décharge (70%) C = 25006,6 Ah Page 28 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 7 • Dimensionnement de l’onduleur Avec: • Kf=0,45: coefficient de foisonnemen • Kr=1,2: coefficient de sécurité • Kp=0,9: facteur de puissance Pond = 43636,63 W Page 29 Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque 8 • Dimensionnement du groupe électrogène Pompe Gas-Oil pour remplir la cuve journalière à partir de la cuve extérieure Capacité en fonction de l’autonomie maxi male Cmax = 500 Litres demandée au moteur Equipé d’une réserve d’huile calculée en fonction de l’autonomie du moteur Page 30 Puissance adaptée aux besoins de l’application Son taux de réactance doit être en rapport avec le type de charge Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection 2 1 • Surdimensionnement de S: Calcul de puissance apparente Avec: • Ka: coefficient d’augmentation • Ks: coefficient de simultanéité Page 31 Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection 3 4 Page 32 • Calibre Calcul de des pouvoir disjoncteurs de coupure du disjoncteur Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection Exemple d’étude: Zone 11 Récepteur Puissance unitaire (W) Cos Moteur 2055,9 0,89 Ventilateur 218,064 0,84 Eclairage 72 0,86 Nombre d'unités S (VA) 4 2310 1 259,6 17 83,72 Ss = 13107 VA It = 27A Page 33 I (A) 6,06 0,68 0,22 Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection Exemple d’étude: Zone 11 4*32A 500 mA 6 mm² 4*10A 300 mA 4*16A 2,5 mm² 2*10A 1,5 mm² Page 34 2*10A 1,5 mm² 2*10A 1,5 mm² 300 mA 4 mm² 2*10A 2*16A 2*16A 1,5 mm² 2,5 mm² 2,5 mm² 2*16A 2,5 mm² 2*16A 2*16A 2,5 mm² 2,5 mm² Données Page 35 Analyse des coûts: Les coûts d’investissement Page 36 Analyse des coûts Frais annuels Frais périodiques Page 37 Analyse financière Données financières Page 38 Analyse financière Viabilité financière Page 39 Analyse financière Graphique des flux monétaires Page 40 Dans notre projet, nous avons fait l’étude d’électrification d’une ferme par PV. Pour mener à bien notre étude, nous avons suivi une méthodologie de travail: • Elaboration d’un cahier des charges • Etude de préfaisabilité 1. Evaluation des ressources solaires de la région 2. Estimation des besoins énergétiques de la ferme 3. Choix des modules PV 4. Dimensionnement des PV et les installations associées • Etude économique 1. Estimation du coût total de l’investissement 2. Calcul du temps de retour sur investissements Durant ce projet, nous avons été confronté à plusieurs contraintes: • Erreurs d’estimation du potentiel solaire • Difficulté d’estimation des coûts Page 41 Page 42
