alimentation d`une centrale a enrobe par un systeme photovoltaique
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ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECOBTP AU TOGO PROJET DE MEMOIRE POUR L’OBTENTION DE LA LICENCE PROFESSIONNELLE OPTION : Maitrise des Energies et Energies Renouvelables (MEER) ------------------------------------------------------------------ Réalisé par : Mèhèza PANLA Travaux dirigés par : Awadé H. AVEYA, Ingénieur en Génie Industriel Promotion [2012/2013] Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 50. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 50. 49. 28. 01 - Mail : [email protected] - www.2ie-edu.org ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CITATIONS: JE SUIS CONVAINCU D’UNE CHOSE, LE PLUS DUR SUR CETTE TERRE C’EST D’ETRE UN BON PARENT. A MA MERE ET A MON PERE QUI SONT LES ARCHITECTES DE CE BEAU FRUIT, JE DEDIE CE TRAVAIL. A VOUS TOUS MES FRERES ET SŒURS, PLUS PARTICULIEREMENT A TOI CREDO CHRISTIAN JE VOUS DEDIE EGALEMENT CE TRAVAIL. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page i ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO REMERCIEMENTS ET DEDICACES En premier lieu, je tiens à remercier les fondateurs de 2iE (Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement), le Directeur général de la fondation 2iE, tout le corps professoral, le Dr. Yao AZOUMAH, mon directeur de mémoire à qui j’exprime toute ma reconnaissance pour sa disponibilité accordée à mon mémoire. Un merci particulier aux sieurs : Dr SIDIBE Sanyon, Dr. Yao AZOUMAH, l’ingénieur Henri KOTTIN, BAGRE Ahmed, Justin BASSOLE, SANKARA Ahmed, Paul COMPAORE, Frédéric TRAORE tous enseignants à 2iE pour avoir accepté de nous donner le meilleur d’eux tout au long de notre formation. J’adresse toute ma gratitude à tous les enseignants qui ont participé à ma formation dans les matières suivantes : Automatisme, Bioénergie, Climatisation, Communication, Droit du travail, Energie Eolienne, Energie Solaire, Entreprise et Gestion, Ingénierie des marchés publics et privés, Installation Electrique, Anglais, Machines Electrique Electrotechniques, Management Opérationnel, Micro-Réseaux Electriques, Microcentrales Hydroélectriques, Organisation de Chantiers 2 (Electriques) , Pratique des Réseaux PERT pour la gestion des travaux , Projets et Stages, Technologie Electrique, Thermique et Economies d’Energie du Bâtiment. Mes remerciements vont également à Mr Awadé H. AVEYA ingénieur en Génie Industriel à CECO- BTP TOGO, d’avoir accepté mon suivi au cours de mes recherches, ainsi pour leurs conseils fructueux et leurs encouragements durant toute la période de réalisation de ce projet. Très sensible à la témérité et au soutien tant matériel, moral que financier que j’ai pu avoir auprès des sieurs : M. PANLA Frédérick Enseignant au Lycée, à M. Christian Crédo PANLA et tous les autres de près ou de loin qui n’ont ménagé aucun effort pour mon succès dans les moments les plus difficiles, mille mercis !!! Je remercie tous mes amis et collègues, toutes les personnes qui m'ont soutenu durant ces années d’études et de recherches. Sans eux, le travail accompli n'aurait pas la même dimension. Mes sincères gratitudes s’adressent à ma famille, particulièrement à mon père et à ma mère à tous mes frères et sœurs, à tous ceux qui me sont chers et qui sont le fruit de cet effort car, sans leurs encouragements permanents et leurs soutiens je ne serais parvenu là où je suis. Merci à toutes et à tous. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page ii ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO RESUME L’émergence de la technologie des panneaux solaires photovoltaïques est en phase avec les nouvelles techniques de production d’énergie électrique, car elle permet de dresser un panel de solutions électrotechniques possibles. Que ce soit en entreprises, sociétés, industries, ou en particuliers, cette technique de production d’énergie électrique par transformation d'une partie du rayonnement solaire avec une cellule photovoltaïque a fait ses preuves. C’est dans cette optique que la Société CECO-BTP s’est inspirée de ces multiples avantages qu’offre cette technologie qui est d’ailleurs adaptée à n’importe quel site, pour se hisser au rang des plus grandes entreprises du Togo en alimentant sa centrale à enrobé par un système photovoltaïque autonome. Ainsi, pour atteindre l’un de ses objectifs, celui de rapprocher les produits d’enrobé de leur lieux d’utilisation (travail), pour une gestion rationnelle du temps (donc une maximisation de la rentabilité), initiative qui vient donc à point nommé pallier certaines insuffisances d’autrefois. Mais encore faudrait-il que le rendement des panneaux solaires photovoltaïques soit nettement amélioré et que le prix du kilowatt heure soit revue à la baisse afin d’être beaucoup plus compétitif à d’autres sources d’énergie ? Mots Clés : 1 – Energie électrique 2 – Module photovoltaïque 3 - Régulateur 4 - Batteries 5 - Onduleur Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page iii ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO ABSTRACT The emergence of the technology of solar photovoltaic panels is in phase with the new techniques of production of electrical energy, because it allows you to draw up a panel of electro technical solutions possible. That this either in businesses, companies, industries, or in individuals, this technique for the production of electric energy by conversion of a part of the solar radiation with a photovoltaic cell has proven its worth. It is in this context that the Company CECO-BTP is inspired by these multiple benefits that this technology offers which is also adapted to any site, to rise to the rank of the largest companies in the Togo in supplying its central to coated by a photovoltaic system autonomous. As well, in order to achieve one of its objectives, that of bringing the products of pervious for their places of use (work), for a rational management of the time (therefore a maximization of profitability), initiative which is therefore timely remedy certain shortcomings of the past. But still it should be that the performance of solar photovoltaic panels is significantly improved and that the price per kilowatt hour is reviewed in the decline in order to be much more competitive with other sources of energy? Key Words: 1 - Electrical Energy 2 - Photovoltaic Module 3 - Regulator 4 - Batteries 5 - UPS Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page iv ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO LISTE DES ABREVIATIONS A: Ampère C: Capacité de la batterie Cref: Capacité de référence de la batterie CdTe : Tellurure de cadmium CIS : Cuivre-Indium-di sélénium Dp: Décharge maximale admissible; Ej : Energie journalière consommée Ep : Energie produite EQ : Equation F : Pertes par accumulation de poussière sur les panneaux Hz: Hertz GPV : Générateur PV Icc : Courant de court-circuit Ir : l’irradiation quotidienne moyenne annuelle k : Coefficient de perte MPPT: Maximum Power Point Tracking P : Puissance électrique PV : Energie photovoltaïque Préf : Puissance de référence du panneau : Puissance crête totale de l’installation Pc : Puissance crête Pond: Puissance de l’onduleur U: Tension de sortie des modules Vréf : Tension de référence du module V: Volt Vco : tension de circuit ouvert W: Watt ηond : rendement de l’onduleur = (Depth Of Discharge) profondeur de décharge DDP= différence de potentiel Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page v ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO SOMMAIRE Citation. ………………………………………………………………………………………. …i Remerciement et dédicaces ………………………………………………………………………ii Résumé ………………………………………………………………………………………......iii Abstract ………………………………………………………………………………………….iv Liste des abréviations …………………………………………………………………………….v Sommaire………………………………………………………………………………………….1 Introduction générale……………………………………………………………………………..7 I- Présentation de la Société CECO-BTP TOGO…………………………………………….......9 II- Organisation………………………………………………………………… ..……………..10 A. La Direction Général (DG)………………………………………………………………......10 B. Le Secrétariat Général (SG)……………………………………………………………….....10 C. La Direction Technique et Commerciale (DTC)…………………………………………….10 D. La Direction Financière et Comptable (DFC)……………………………………………….11 E. La Direction des Ressources Humaines (DRH)…………………………………………......11 F. La Direction Administrative (DA)………………………………………………………......11 III- Ses atouts…………………………………………………………………………………....11 A. Son personnel qualifié……………………………………………………………………….11 B. Son organisation digne des grandes entreprises du secteur………………………………….11 C. Son parc matériel…………………………………………………………………………….11 CHAPITRE I : Présentation de la Centrale d’enrobé de CECO-BTP TOGO………………......12 1.1. Introduction………………………………………………………………………………....13 1.2. Présentation de la centrale à enrobé…………………………………………………….......13 1.2.1. Types de centrales à enrobé……………………………………………………………….13 1.2.1.1. Principe d’une centrale d’enrobé continue……………………………………………...13 1.2.1.2. Principe d’une centrale d’enrobé discontinue……………………………………….......13 1.2.2. Description de la centrale à enrobé de CECO-BTP……………………………………...13 1.3. Equipements de la centrale à enrobé de CECO-BTP………………………………………14 1.3.1. Trémies de pré-dosage…………………………………………………………………….14 1.3.2. Tapis collecteur……………………………………………………………………………14 1.3.3. Tambour sécheur………………………………………………………………………......14 1.3.4. Brûleur…………………………………………………………………………………….14 1.3.5. Aspiration de fumées……………………………………………………………………...15 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 1 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 1.3.6. Elévateur à godets……………………………………………………………………......15 1.3.7. Circuit à filler (Le filtre)……………………………………………………………….....15 1.3.8. Crible vibreur……………………………………………………………………………..15 1.3.9. Benne (skip)………………………………………………………………………………15 1.3.10. Malaxeur………………………………………………………………………………...15 1.3.11. Le compresseur d’air……………………………………………………………………15 1.4. Evaluation de l’énergie consommée par la centrale………………………………………..15 1.5. Conclusion………………………………………………………………………………….17 CHAPITRE II : Généralité sur le système Solaire Photovoltaïque……………………………..18 2.1. Introduction………………………………………………………………………………..19 2.2. Le système solaire photovoltaïque…………………………………………………….........19 2.2.1. L’effet photovoltaïque……………………………………………………………………19 2.2.2. La cellule photovoltaïque…………………………………………………………………19 2.2.2.1. Structure………………………………………………………………………………...19 2.2.2.2. Les technologies des cellules photovoltaïques…………………………………….........20 2.2.2.3. Principe de fonctionnement……………………………………………………………..21 2.2.3. Caractéristiques électriques d’un module…………………………………………………21 2.2.4. Normes et spécifications…………………………………………………………………..22 2.2.5. Les applications de l’énergie PV…………………………………………………….........22 2.2.6. Avantages et inconvénients du système PV…………………………………………........22 2.2.6.1. Avantages……………………………………………………………………………….22 2.2.6.2. Inconvénients…………………………………………………………………………...23 2.2.7. Les composants d’un système photovoltaïque…………………………………………….23 2.2.7.1. Le module photovoltaïque…………………………………………………………........23 2.2.7.2. Les batteries……………………………………………………………………………..24 2.2.7.3. Le régulateur………………………………………………………………………........24 2.2.7.4. L’onduleur……………………………………………………………………………...25 2.2. 8. Orientation et inclinaison……………………………………………………………........25 2.2.8.1. Orientation…………………………………………………………………………........25 2.2.8.2. Inclinaison………………………………………………………………………….........25 2.2.9. L’installation photovoltaïque autonome………………………………………………….26 2.3. Conclusion………………………………………………………………………………….26 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 2 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CHAPITRE : III Dimensionnement et choix des composants du système Photovoltaïque Autonome...……………..............................................................................................................27 3.1. Introduction…………………………………………………………………………….......28 3.2. Dimensionnement des modules photovoltaïques……………………………………….......29 3.2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux……………………………………………….29 3.2.2. Choix et détermination du nombre de modules photovoltaïques ………………….30 3.2.3. Choix d’onduleur et configuration du champ PV………………………………………...30 3.2.3.1. Choix de l’onduleur……………………………………………………………………..30 3.2.3.2. Configuration du champ PV…………………………………………………………….31 3.3. Dimensionnement des batteries……………………………………………………………..31 3.3.1. Choix du type de batterie……………………………………………...……………..........32 3.3.2. Nombre de batteries ……………………………………………….………….......32 3.3.3. Chargeur de batterie ……………………………………………………………………....32 3.4. Armoire du système…………………………………………………………..………..........33 3.5. Boîte de jonction……………………………………………………………………….........33 3.6. Dimensionnement des câbles……………………...………………………………………...33 3.7. Protections du système……………………………………………………………………...34 3.7.1. Protection contre la foudre …………………………………………………………………34 3.7.2. Mise à la terre……………………………………………………………………………….......34 3.8. Diodes de protection………………………………………………………………………..........34 3.9. Conclusion…………………………………………………………………………………..34 CHAPITRE IV: Evaluation du coût du Projet et Maintenance du Système……………………35 4.1. Introduction……………………………………………………………………………........36 4.2. Maintenance du système………………………………………………………………….....36 4.2.1. Condition d’utilisation des équipements………………………………………………….36 4.2.2. Prévention des défaillances……………………………………………………………....36 4.2.3. Entretien préventif……………………………………………………………………......37 4.2.3.1. Module solaire…………………………………………………………………………..37 4.2.3.2. Batteries solaires………………………………………………………………………..37 4.2.3.3. Régulateur………………………………………………………………………………37 4.2.3.4. Onduleur……………………………………………………………………………......37 4.3. Evaluation du coût du projet………………………………………………………………37 Conclusion générale…………………………………………………………………………......41 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 3 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO LISTE DES FIGURES Figure 2.1 : Différents types de modules photovoltaïques…...…………………...…………….20 Figure 2.2 : Schéma de principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque……………21 Figure 2.3 : Caractéristique du courant-tension d’un module………………………………......22 Figure 2.4 : Influence de l’ensoleillement sur la caractéristique courant- tension d’un module…………………………………………………………………………………………..24 Figure 2.5 : Description d'un module photovoltaïque………………………………………......24 Figure 2.6 : Schéma montrant l’orientation Sud-Est ou Sud-Ouest…………………………….25 Figure 2.7: Disque solaire photovoltaïque……………………………………………………...26 Figure 2.8: Schéma typique d’une installation photovoltaïque autonome……………………...26 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 4 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO LISTE DES TABLEAUX Tableau 1.1 : Les caractéristiques des moteurs électriques de la centrale enrobée……………...16 Tableau 2.1 : Rendement des différentes technologies photovoltaïques……………………….20 Tableau 2.2 : Différents types de montages d’un module photovoltaïque……………………..24 Tableau 3.1 : Caractéristiques électriques de différentes gammes d’onduleur……………........31 Tableau 3.1: Tableau de vérification…………………………………………………………….31 Tableau 4.1 : Estimation financière de l’installation du système……………………………….39 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 5 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO INTRODUCTION GENERALE Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 6 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Introduction générale La forte croissance des travaux d’infrastructures routières fait accroitre de nos jours une demande importante d’enrobé qui est l’un des produits les plus utilisés dans les projets de génie civil. Ces produits en enrobé sont servis par des centrales de production d’enrobages qui sont souvent installées ou implantées sur des sites éloignés des lieux de production de l’énergie électrique. La production d'énergie étant un défi de grande importance pour les années à venir, ces centrales auront de plus en plus besoin d’une énergie aussi fiable que stable pour mener à bien leur activité. De ce fait, la Société CECO-BTP TOGO a choisi d’alimenter sa centrale par le réseau de la Compagnie d’Energie Electrique du Togo (CEET), et parfois par le groupe électrogène en cas de coupure de ce réseau. Mais avec la forte croissance de ses projets d’infrastructures à l’intérieur du pays et surtout dans les zones non électrifiées, CECO-BTP TOGO préfère déplacer sa centrale vers ces zones pour réduire les dommages que pourrait occasionner le déplacement des engins d’enrobé sur de longues distances afin d’augmenter ainsi la production d’enrobé. C’est ainsi que dans le cadre de notre stage de fin d’étude, la partie alimentation de ce projet nous a été confié avec pour thème: «ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: Cas de la centrale de CECOBTP TOGO». Pour ce faire, le présent travail sera subdivisé en quatre chapitres : Le premier chapitre sera consacré à la présentation de la centrale à enrobé de CECO-BTP TOGO, une généralité sur le système solaire photovoltaïque sera présentée dans le deuxième, le troisième chapitre fera l’objet de dimensionnement du système photovoltaïque, et le quatrième chapitre quand à lui sera basé sur l’évaluation du coût du projet et la maintenance du système. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 7 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO PRESENTATION DE LA SOCIETE DE CECO-BTP TOGO Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 8 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO I-Présentation de la société CECO-BTP TOGO [2] «Le Consortium des Entreprises de Construction en Bâtiment et Travaux Publics» (CECO BTP) est une société à responsabilité limitée (SARL). Créé en 2005, il intervient principalement dans le domaine de la construction des infrastructures publiques et privées: routes, pistes rurales, ouvrages d'art, voirie, assainissement, bâtiments... «CECO BTP» est spécialisé dans l'exploitation des mines et des carrières (phosphate, clinker, concassé...) et dans la construction des équipements hydrauliques: forages, adductions d'eau, bassins versants, aménagements rizicoles, etc… Toutes ces expériences font de « CECO BTP » une des entreprises de référence dans le secteur des BTP au Togo. Son siège se trouve à Sotouboua. La société dispose également d’une représentation à Lomé. II-Organisation La société CECO BTP est organisée en directions, départements et services. Elle a un Comité Directeur qui joue le rôle de Conseil d’Administration (CA) qui est dirigé par un PDG. Cet organe est composé essentiellement de trois Directeurs Centraux (Secrétaire Général, Directeur Technique et Commercial et Directeur Financier et Comptable) et de deux Chefs de Départements (Ressources Humaines et Administratif) desquels dépendent les Chefs de Services. Comment les directions sont-elles organisées? A. La Direction Générale (DG) Elle est constituée du Directeur Général, assisté dans ses tâches par une équipe. B. Le Secrétariat Général (SG) Le Secrétariat Général assure une fonction de veille, d’accompagnement et d’appui des autres directions. Il a une fonction transversale. C. La Direction Technique et Commerciale (DTC) C’est la direction de tutelle de notre stage, stage qui s’est déroulé au département d’Electricité et Mécanique Industrielle (E M I) de la même direction. Cette direction est constituée de deux départements: le Département Technique (DT), avec trois (03) services: Etudes et prévisions, Suivi et Evaluation des projets, et Matériels. Le Département Commercial (DC) est la deuxième composante de la Direction Technique et Commerciale. Ce département comprend deux (02) services : Achats, et Décompte et facturation Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 9 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO D. La Direction Financière et Comptable (DFC) Trois services la constituent: Contrôle des règlements, Règlement (trésorerie générale) et la Comptabilité. E. La Direction des Ressources Humaines (DRH) Elle comprend également trois services: Recrutement et Contentieux Social, Suivi et Evaluation du personnel, et Rémunération et promotion Salariale. F. La Direction Administrative (DA) Elle est scindée en : Administration générale et relations publiques, Patrimoine et Contrôle administratif (contrats). III- Ses atouts A. Son personnel qualifié Les derniers chiffres communiqués par la Direction des Ressources Humaines (DRH) indiquent que « CECO BTP » compte actuellement mille deux cent cinquante cinq (1255) salariés, managés par des équipes d’ingénieurs, de gestionnaires, de juristes, d’économistes et de sociologues. Dans l’entreprise, «la motivation fait la différence». B. Son organisation digne des grandes entreprises du secteur Quatre grandes directions se partagent les fonctions maîtresses au sein de l’entreprise: La Direction Générale (DG), la Direction Administrative et des Ressources Humaines (DARH), la Direction Financière et Comptable (DFC) et la Direction Technique et Commerciale (DTC) subdivisée en deux départements: un Département Technique et Commerciale qui s’occupe de l’étude et de l’exécution des projets et l’autre Département Matériel chargé de la maintenance mécanique du parc d’engins et camions et de leur mouvement sur les chantiers. C. Son parc matériel « CECO BTP » a fait de l'équipement mécanique son cheval de bataille et son parc se compose de cinq brigades complètes d'engins de terrassement et de revêtement. L’entreprise vient d’acquérir une centrale d'enrobé couplée à une centrale à béton pour boucler la plateforme de son parc matériel. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 10 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CHAPITRE I : PRESENTATION DE LA CENTRALE D’ENROBE DE CECO-BTP TOGO Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 11 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 1.1. Introduction L’exécution de ce projet demande surtout une connaissance technique de la centrale enrobée. Notre réflexion s’articulera essentiellement dans ce chapitre beaucoup plus sur les équipements électriques de même que les différents relevés des paramètres électriques de l’installation de la centrale enrobée qui constituent l’objet de notre étude. 1.2. Présentation de la centrale à enrobé 1.2.1. Types de centrales à enrobé La centrale enrobée est une machine de production de façon continue ou discontinue des produits : l’enrobé. Les enrobés sont des mélanges à chaud de différents granulats avec du filer et du bitume. On distingue deux types de centrales de production d’enrobé à savoir : La centrale d’enrobé discontinue (annexe 1), La centrale d’enrobé continue (annexe 2). 1.2.1.1. Principe d’une centrale d’enrobé continue Les agrégats extraits de pré-doseur, sont amenés au tambour sécheur par un transporteur à tapis. Directement en sortie de tambour, les enrobés sont repris par un élévateur pour être stockés dans les trémies destinés au chargement des camions [3]. 1.2.1.2. Principe d’une centrale d’enrobé discontinue Les matériaux stockés sur le site sont repris à la chargeuse qui alimente chaque doseur à granulat suivant la granulométrie demandée. Les matériaux sont ensuite transportés par un convoyeur qui les amène dans le tambour sécheur. Les matériaux secs sont acheminés jusqu’à un malaxeur situé à la base de la tour. Après un malaxage approfondi, la base du malaxeur s’ouvre et la gâchée est déposée dans un camion ou transportée jusqu’à un silo de stockage. Ces centrales sont de type mobile ou fixe. Les centrales mobiles : elles sont des centrales acheminées par convoi exceptionnel puis déployées au plus près des gros chantiers. Les capacités de production de ces machines font qu’elles sont réservées aux chantiers tels que : les autoroutes, aéroports afin de réduire la distance de transport des enrobés fabriqués tout en permettant une forte rentabilité de production. Les centrales fixes quand à elles sont des centrales qui produisent l’enrobé sur place. Notre étude portera donc sur la centrale d’enrobé discontinue. 1.2.2. Description de la centrale à enrobé de CECO-BTP Les matériaux proviennent des carrières déjà présélectionnées selon les dimensions des granulats et sont déchargés dans les trémies de pré-dosage. Ces trémies sont au nombre de quatre (04). Chacune de ces trémies dispose en dessous d’un convoyeur à bande qui transporte les granulats Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 12 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO vers le tapis collecteur, qui les convoie dans le tambour sécheur. Une fois les granulats dans le tambour, il se charge de les conditionner, les repartir puis de les réchauffer respectivement dans les zones de conditionnement, de répartition et de combustion. La rotation du tambour est faite par quatre motoréducteurs. Chacun est constitué d’un moteur électrique qui transmet le mouvement directement à un réducteur. Pour réchauffer les granulats, le tambour est muni à son bout d’un brûleur qui émet de la flamme en sens opposé à l’arrivée des granulats. Le feu s’allume dans le tambour et chauffe les granulats provenant des trémies. A la sortie du tambour, les granulats chauds sortent par l’intermédiaire d’une goulotte déversée dans un élévateur à godets qui les conduit jusqu’aux cribles. Ceux-ci tamisent et repartissent la matière en quatre (4) niveaux. Les granulats sont ainsi envoyés dans les silos. De là, ces derniers sont déversés dans le skip en des proportions biens ajustées selon le type d’enrobé à produire. Le skip transporte les granulats et les déverse dans le malaxeur. Il s’en suit l’envoie du bitume dans des proportions prédéterminées. Une fois le temps de malaxage atteint, le malaxeur s’ouvre et l’enrobé est déversé dans un camion : (confère annexe 3). Pendant l’envoie du bitume dans le malaxeur, le skip revient à sa position basse et se charge à nouveau de granulats, une fois l’enrobé déversé, le skip remonte et le cycle continu. Quand on atteint la quantité de production programmée, la production passe en veille et peut être relancée si nécessaire ou arrêtée. 1.3. Equipements de la centrale à enrobé de CECO-BTP 1.3.1. Trémies de pré-dosage Les matériaux proviennent des carrières déjà présélectionnées et sont déchargés dans les trémies de pré-dosage, prélevés et transportés au moyen de tapis collecteur vers le tambour sécheur. Voire (Annexe 4) 1.3.2. Tapis collecteur Il est placé sous les trémies de pré-dosage qui recueille les agrégats pré-dosés et les transfère vers le tambour sécheur. Confère (Annexe 5) 1.3.3. Tambour sécheur Le tambour sécheur tournant dans le sens contraire d’une aiguille d’une montre permet de sécher et chauffer les agrégats sélectionnés à l’aide d’un brûleur avant de les transférer dans l’élévateur. Référence à (Annexe 6) 1.3.4. Brûleur Il est centré sur l’axe de rotation du tambour, et permet le chauffage des agrégats dans le tambour. Le brûleur s’allume lorsque le tambour est en rotation. Voire (Annexe 7) Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 13 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 1.3.5. Aspiration de fumées Il est employé pour extraire les fumées produites dans le tambour sécheur et pour les véhiculer d’abord dans un circuit de dépoussiérage ensuite dans la cheminée pour les rejeter dans l’air. 1.3.6. Elévateur à godets Il est formé d’un couple de chaines en forme d’anneau sur deux couples de poulies portantes placées à la même distance godets qui charge les agrégats chauds provenant du tambour sécheur et les décharge sur le crible vibrant. Le mouvement est transmis aux poulies motrices par un réducteur accouplé à un moteur électrique placé à l’extérieur des conduits dans la partie haute. 1.3.7. Circuit à filler (Le filtre) Il est composé de filtre dépoussiéreur à manche qui permet l’aspiration de l’air et de filler, de vis à filler qui sont utilisées pour transférer le filé récupéré dans le filtre et un silo pour filler. 1.3.8. Crible vibreur Il est composé de quatre grilles vibrantes de sections différentes pour vibrer les agrégats provenant de l’élévateur à godets. Les sections de ces grilles sont disposées en série sur quatre niveaux différents légèrement inclinés afin de faciliter la sélection et la répartition des agrégats. 1.3.9. Benne (skip) La benne a la forme d’un récipient ouvert se déplaçant sur quatre roues placées en dessous du récipient, elle reçoit les agrégats chauds déchargés par l’ouverture des silos. Le mouvement de la benne est gouverné par des fins de course inductives placées le long du parcours. (Annexe 8) 1.3.10. Malaxeur Il permet de malaxer pendant un laps de temps prédéterminé les agrégats chauds déchargés par le skip et du bitume pour obtenir le produit fini voulu (enrobé). Confère (Annexe 9) 1.3.11. Le compresseur d’air Le compresseur d’air maintient le circuit à la pression préétablie. 1.4. Evaluation de l’énergie consommée par la centrale Les équipements précités sont entrainés par des moteurs électriques. Ces moteurs de puissance individuelle au cours de leur fonctionnement consomment de l’énergie. L évaluation de l’énergie totale consommée par jour par la centrale est d’une grande importance pour la suite de notre projet. Nous regrouperons dans le tableau 1.1 les caractéristiques électriques des moteurs de la dite centrale. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 14 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Désignation Puissance (kW) Type d’alimentation Heure/jour (AC) Energie/jour (kWh) Pompe 1 1,5 15 Pompe 2 1,5 Pompe 3 3 30 Pompe 4 3 24 Pompe 5 1,5 12 Convoyeur à bande 1,5 12 Vis filler 1 1,5 12 Vis filler 2 2,2 17,6 Vis filler 3 3 24 Vis filler 4 2,2 10 15 17,6 AC monophasé 8 Pompe à bitume 1 4 Pompe à bitume 2 4 32 Crible M1 5,3 42,4 Crible M2 5,3 42,4 Tambour M3 4 32 Tambour M1 4 32 Tambour M2 4 32 Tambour M4 4 32 Divers (Eclairage) 0.12 Bande doseur 1 1,1 8,8 Bande doseur 2 1,1 8,8 Bande doseur 3 1,1 8,8 Bande doseur 4 1,1 8,8 Bruleur 18,5 148 Filtre 45 360 Compresseur M1 5,5 Compresseur M2 5,5 44 Malaxeur M1 15 120 Malaxeur M2 15 120 Skip 18,5 148 Bitume 7,5 60 Elévateur 4 32 TOTAL 194,52 12 AC triphasé - 8 - 32 1,44 44 1496,64 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 15 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Tableau 1.1 : Les caractéristiques des moteurs électriques de la centrale enrobée. La puissance totale installée des équipements de la centrale est à 194,52 kW tandis que l’énergie consommée en moyenne par jour est de 1496,64 kWh. 1.5. Conclusion Ce chapitre nous a permis de connaitre les différents types de centrales enrobées et leur principe de fonctionnement ainsi que leurs différents équipements. Ces différents équipements nous ont permis de déterminer la puissance totale installée et donc déterminer l’énergie moyenne consommée par jour qui nous sera très utile pour la suite de notre projet. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 16 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CHAPITRE II : GENERALITES SUR LE SYSTEME SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 17 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 2.1. Introduction Dimensionner une installation photovoltaïque consiste à établir la meilleure combinaison possible entre la quantité d’énergie recherchée et la puissance à installer. Cette étape est donc essentielle dans la mise en œuvre de tout système photovoltaïque afin de trouver la solution la plus adaptée et la plus économique possible. A cet effet, il est impérieux de connaître la transformation du rayonnement solaire en énergie électrique ainsi que les différentes composantes du système solaire photovoltaïque y afférentes. 2.2. Le système solaire photovoltaïque L'énergie solaire photovoltaïque désigne l'énergie produite par conversion des rayons solaires en électricité grâce aux cellules photopiles. Plusieurs cellules reliées entre elles forment un panneau solaire (module) photovoltaïque. Plusieurs modules quant à eux regroupés dans une centrale solaire photovoltaïque sont appelés champ photovoltaïque. 2.2.1. L’effet photovoltaïque L’énergie lumineuse peut être représentée sous forme d’un flux de particules d’énergie : les photons. Un courant électrique est un déplacement d’électrons entre deux points sous l’effet d’un champ électrique. Pour que le bombardement de photons de lumière engendre de l’énergie électrique dans un matériau, il faut qu’ils arrachent des électrons aux atomes, et que ces électrons libres se mettent en mouvement sous l’effet d’un champ électrique. Des matériaux semiconducteurs convenablement traités remplissent les deux conditions évoquées. L’effet photovoltaïque ainsi réalisé permet de convertir l’énergie du rayonnement (des photons) en énergie électrique continue par la photopile ou cellule photovoltaïque. 2.2.2. La cellule photovoltaïque 2.2.2.1. Structure [4] Une cellule photovoltaïque est assimilable à une diode photosensible, permettant de convertir directement le rayonnement solaire en électricité. Elle présente une différence de potentiel (DDP) et qui placée au soleil libère des électrons qui sont créés dans le matériau semiconducteur par absorption des photons. Son fonctionnement est basé sur les propriétés électroniques acquises par le silicium quand les atomes étrangers en petits nombres (des « impuretés ») sont substitués dans un réseau cristallin : le dopage et s’effectue comme suit : Si l’atome d’impureté contient plus d’électrons que le silicium, le matériau contiendra des électrons libres en excès : il sera dit du type N (exemple : silicium dopé au phosphore) ; Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 18 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO En revanche, si l’atome d’impureté contient moins d’électrons que le silicium, le matériau sera déficitaire en électrons : il sera dit de type P (exemple: silicium dopé au bore). Le matériau le plus répandu dans les photopiles ou cellules solaires est le silicium, semiconducteur de type IV. Il est dit tétravalent, signifiant qu’un atome de silicium peut lier avec quatre autres atomes de même nature. 2.2.2.2. Les technologies des cellules photovoltaïques. [5] Pour fabriquer les cellules photovoltaïques qui sont les éléments de base du module photovoltaïque, on utilise des matériaux semi-conducteurs : le silicium est le plus utilisé jusqu’ aujourd’hui. Il s'agit du cristal semi-conducteur responsable de l'apparition du courant électrique. Selon son mode de production, la cellule photovoltaïque peut être constituée d’un cristal unique (monocristallin) ou de plusieurs cristaux plus petits (poly « cristallin). Outre ces deux technologies, on utilise du silicium amorphe. Le tableau 2.1 nous montre les rendements des différentes technologies photovoltaïques précitées. Technologies Rendement réel (%) Rendement théorique (%) Production Cellules 12 – 19,9 23 Elevée 11 – 13 18 Moyenne 6 – 10 12 Basse monocristallines Cellules Poly cristallines Modules PV amorphe Le tableau 2.1 : Rendement des différentes technologies photovoltaïques. [6] Quel que soit la technologie utilisée, le rendement des cellules reste faible à ce jour. Les différentes technologies des cellules permettent d’avoir les différents modules présentés par la figure 2.1 Figure 2.1 : Différents types de modules photovoltaïques [5] Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 19 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Il existe d’autres technologies, mais elles ne sont qu’au stade expérimental. Le coût du kWh produit par une installation solaire photovoltaïque dépend des coûts fixes liés à l'investissement initial (achat du matériel et travaux), de la quantité de rayonnement solaire reçu par l'installation, du rendement de l'installation et surtout de la durée prise en compte pour l'amortissement de l'investissement. 2.2.2.3. Principe de fonctionnement Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un « trou ». Normalement, l'électron trouve rapidement un trou pour se replacer, et l'énergie apportée par le photon est ainsi dissipée. Le principe d'une cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau au lieu de se recombiner simplement en son sein : ainsi, il apparaîtra une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces Net P, comme dans une pile. Le courant ainsi produit est continu. La figure 2.2, [4] en est une illustration. Figure 2.2 : Schéma de principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque [4] 2.2.3. Caractéristiques électriques d’un module [7] Les caractéristiques principales d’un module sont : la puissance crête : la puissance produite par un module varie en fonction de l’ensoleillement. Cette puissance est délivrée sous un éclairement de 1000W/m2 et pour une température de jonction de la cellule de 25°C. La puissance crête équivaut donc à une puissance maximum que le module peut fournir. Elle est exprimée en watt crête (Wc) ; Tension de circuit ouvert Vco : Tension aux bornes du module en absence de tout courant, dans les conditions standard du test STC (AM1.5; 1000W/m²; 25 C comme température de la jonction) Courant de court-circuit Icc : Courant débité par un module en court-circuit pour un éclairement dans les conditions standard du test STC (AM1.5; 1000W/m²; 25 C comme température de la jonction) Point de fonctionnement optimum (Um, Im) : Lorsque la puissance de crête est maximum, Pm = Um. Im Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 20 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO le rendement : rapport de la puissance électrique optimale à la puissance de radiation incidente; La caractéristique courant-tension (Figure 2.3) d’un module : Courbe représentant le courant I débité par le module en fonction de la tension aux bornes de celui-ci. l a Figure 2.3 : Caractéristique du courant-tension d’un module 2.2.4. Normes et spécifications [4] Les modules photovoltaïques doivent être conformes aux conditions d’homologation définies par les normes de la Commission Electrotechnique Internationale (CEI) 1215 et (CEI) 1246. Les modules doivent notamment pouvoir supporter les conditions ambiantes suivantes : Température : -40°C à +85°C ; humidité : jusqu’à 100% d’humidité relative ; vent jusqu’à 190 km/h ; grêlons : diamètre inférieur à 25 mm ; atmosphère salée. Ces normes définissent des essais d’environnement (chaleur, humidité), des essais électriques et mécaniques qui permettent d’affirmer qu’un module satisfaisant à ces normes et placé dans les conditions climatiques correspond à une durée de vie probable d’une vingtaine d’années. 2.2.5. Les applications de l’énergie PV [4] L’énergie PV est adaptée à une gamme d’applications : électrification rurale ; télécommunication (relais hertzien, télévision, BTS,…) ; signalisation (routière, aérienne, …) ; protection (commande de vanne de sécurité, système d’alarme, …) ; station de mesures (station automatiques météorologiques, mesures de débit, de niveau,…) ; industrie isolé; etc… 2.2.6. Avantages et inconvénients du système PV [8] 2.2.6.1. Avantages Le système PV présente un grand nombre d’avantages à savoir : Une haute fiabilité qui le rend particulièrement approprié aux régions isolées ; le caractère modulaire de panneaux PV permet un montage simple et adaptable à des besoins énergétiques Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 21 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO divers ; les systèmes peuvent être dimensionnés pour des applications de puissances allant du Milliwatt au Mégawatt ; les coûts de fonctionnement sont très faibles vu les entretiens réduits; le système PV présente des qualités sur le plan écologique car le produit fini est non polluant, silencieux et n’entraîne aucun rejet de gaz à effet de serre. 2.2.6.2. Inconvénients Le système PV présente toutefois des inconvénients à savoir : La fabrication du module PV relève de la haute technologique et requiert des investissements d’un coût élevé ; le rendement réel de conversion d’un module est faible (la limite théorique pour une cellule au silicium monocristallin à contact arrière est de 20% [6]) ; les générateurs PV ne sont compétitifs aux générateurs Diesel que pour de faibles demandes d’énergie en région isolée ; l’énergie solaire n’est disponible que par intermittence (nuit/jour, saison) ; lorsque le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (batterie) est nécessaire, le coût du générateur PV est accru. 2.2.7. Les composants d’un système photovoltaïque Le système photovoltaïque de notre projet comprend : le module photovoltaïque ; les batteries solaires ; le régulateur ; l’onduleur. 2.2.7.1. Le module photovoltaïque Une cellule solaire a au maximum une tension de 0,6V à ses bornes ce qui est très faible par rapport aux utilisations courantes de l’énergie électrique. De même, le courant débité est relativement petit : quelques ampères au mieux, d’où l’intérêt de les relier entre elles au sein d’un module photovoltaïque. Un module photovoltaïque est un générateur électrique de courant continu. A l'intérieur se trouve un nombre variable de cellules photovoltaïques connectées électriquement. En réalité, ce sont elles qui génèrent l'électricité. Les caractéristiques courant-tension donnent les performances des modules. Ici, les modules pourront fournir, à une tension de 15V et un éclairement de 800W/m2, un courant d’environ 2A. Le but est de fonctionner dans la zone où le module produit sa puissance maximale, (autour de 15V), ce qui correspond à la tension de batteries d’accumulateurs plomb-acide voire (figure 2.4). Les performances des modules varient d’un constructeur à un autre. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 22 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Figure 2.4 : Influence de l’ensoleillement sur la caractéristique courant- tension d’un module Selon les besoins du consommateur on associe les modules soit en série, en parallèle ou mixte (voir tableau 2.2) pour former le générateur photovoltaïque : (l’annexe 10 en est une illustration). En série En parallèle En série/parallèle o les tensions s’ajoutent ; o le courant reste celui d’un module o la tension reste constante ; o les courants de chaque module s’ajoutent o pour obtenir la tension et le courant (donc la puissance) souhaités Tableau 2.2 : Différents types de montages d’un module photovoltaïque. [4] Figure 2.5 : Description d'un module photovoltaïque [5]. 2.2.7.2. Les batteries Les caractéristiques de l’énergie produite par les modules photovoltaïques selon le type d’installation peuvent nécessiter un organe de stockage de cette énergie : la batterie, qui est un composant électrochimique encapsulé dans une bague sellée muni d’un bouchant de remplissage et d’un évaut. Elle sert à stocker l’énergie produite par le champ surtout lorsque le système n’est pas directe. Le décalage entre la demande et l’apport énergétique nécessite donc un stockage d’énergie électrique. 2.2.7.3. Le régulateur Le régulateur solaire ou contrôleur de charge mesure en permanence la tension de la batterie et gère l’apport de courant des panneaux solaires PV. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 23 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Le rôle du régulateur dans une installation solaire PV est très important car le niveau de charge des batteries solaires (dites batteries à décharge lente) ne doit être ni trop bas (pas en dessous de 50%) ni trop haut (ne pas dépasser 95%). Des charges trop faibles ou trop importantes non régulées détériorent les batteries. 2.2.7.4. L’onduleur Pour alimenter en énergie électrique alternative la localité, il faut interposer un convertisseur statique entre batteries et la charge : l’onduleur qui convertit l’énergie continue reçue (soit directement des panneaux, soit à partir du régulateur), en énergie électrique alternative pour alimenter les récepteurs qui sont soit en 230 V ou 400 V, 50Hz du système [10]. 2.2. 8. Orientation et inclinaison. Les modules photovoltaïques ne doivent pas être installés n'importe où et n'importe comment. Pour ce faire, afin qu'ils puissent produire le maximum d'électricité, leur orientation et leur inclinaison doivent être choisies avec soin. 2.2.8.1. Orientation L'orientation des modules dépend de l'hémisphère. On conseille une orientation plein sud dans l'hémisphère nord et plein nord dans l'hémisphère sud. La figure 2.6 en est une illustration d’orientation de modules photovoltaïques. Figure 2.6 : schéma montrant l’orientation Sud-Est ou Sud-Ouest [5]. 2.2.8.2. Inclinaison. L'inclinaison des modules quant à elle dépendra de notre utilisation. Pour ce faire, un disque solaire (cercle solaire photovoltaïque) permet de déterminer l’orientation optimale pour la production photovoltaïque [5]. Ce disque est composé d’un petit cercle au centre qui correspond à une inclinaison de 10° autour duquel gravitent neuf (9) autres représentant chacun une inclinaison différente. Le centre de ce premier cercle correspondant est de 0° (les plaques solaires strictement parallèles à l’horizontale). Le dernier cercle de 90° correspond à un mur complètement vertical. On distingue autour de ces 9 cercles des orientations (Sud, Ouest, Est et Nord) toutes graduées de degrés par rapport au sud. Le sud lui est toujours fixé à 0°, l'Est à -90° et l'Ouest à +90°. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 24 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Les couleurs jaunes correspondent à une efficacité par rapport à l'optimum solaire photovoltaïque. Plus la couleur se rapproche du jaune, plus l'efficacité est optimale. En revanche, plus elle se rapproche du bleu, moins celle-ci est bonne. On s'aperçoit grâce à cette échelle de couleur qu'à peu près la moitié de toutes les orientations et inclinaisons est exploitable dans de bonnes conditions. Confère figure 2.7 Figure 2.7: Disque solaire photovoltaïque 2.2.9. L’installation photovoltaïque autonome Une installation photovoltaïque autonome est une installation qui produit de l'électricité grâce au soleil, mais qui fonctionne indépendamment du réseau électrique. Dans la majorité des cas, ce système est utilisé sur des sites isolés du réseau électrique. Il faut donc qu’une partie de la production journalière des modules photovoltaïques soit stockée. La figure 2.6 en est une illustration. Figure 2.8: Schéma typique d’une installation photovoltaïque autonome [5]. 2.3. Conclusion Ce chapitre nous a permis de dresser un panel de solutions électrotechniques possibles pour la production d’énergie électrique grâce aux systèmes solaires PV ; après un rappel des notions élémentaires nécessaires à la transformation de l’énergie solaire en énergie électrique, et de ses différentes composantes. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 25 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CHAPITRE III : DIMENSIONNEMENT ET CHOIX DES COMPOSANTS DU SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 26 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 3.1. Introduction Dimensionner une installation photovoltaïque revient à déterminer le nombre nécessaire des panneaux solaires constituant le champ photovoltaïque pour adopter un système PV suffisant afin de couvrir les besoins d’utilisation à tout instant, ainsi que la capacité de charge des batteries. Ces deux éléments sont les plus importants en raison du coût élevé qu’il totalisent (plus de 50% du prix de l’installation) et du degré de satisfaction. Pour cette raison, on présentera dans notre travail une méthode de dimensionnement d’un système de production d’électricité de dimensions réalistes, alimentant la centrale à enrobé de CECO-BTP TOGO. Ceci étant, notre travail constituera en une détermination de la taille du champ photovoltaïque, la capacité du parc batteries, les caractéristiques des régulateurs et onduleurs sans toutefois ignorer le dimensionnement des câbles et autres (accessoires, dispositions…) de pose. Afin de réaliser au mieux le dimensionnement il est important de se conformer à un cahier de charge qui est proposé comme suit : Cahier de charges La charge : - Les équipements alimentés par le générateur solaire sont tous en AC (monophasé, triphasé). - Tous les départs utilisation doivent être protégés. Générateur PV : - Le générateur PV devra fournir la puissance nécessaire pour le bon fonctionnement des équipements. - La tension de sortie du système PV doit être adaptée à l’onduleur choisi. - La sortie PV est électriquement protégée. Les batteries de stockage : - La tension de la batterie est fixée à 48V - L’autonomie de la batterie est fixée à 3 jours au minimum - La profondeur de décharge DOD de la batterie est de 80% - La batterie devra avoir un rendement minimal de 85% et être conservé à 25°C Système de charge batterie - Le système de charge batterie aura pour fonction : de charger les batteries de stockage. Pour ce faire, le couplage des batteries devra respecter la tension de charge. - La charge d’égalisation des batteries peut aller jusqu'à 200 heures. - La charge d’égalisation sera faite par le GPV le jour et par un groupe électrogène secours. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 27 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO - Les paramètres en entrée comme en sortie du système onduleur chargeur doivent être conformes à ceux des appareils avec lesquels ils fonctionnent notamment le générateur PV et le réseau existant. - Le rendement maximal de 90% au moins. - La tension des sortie onduleur est fixée à 230V/410 (triphasé avec neutre) et une fréquence de 50Hz. 3.2. Dimensionnement des modules photovoltaïques Potentiel énergétique du site Le site sur lequel est installée la centrale se trouve à Lomé au Togo dont les coordonnées géographiques et météorologiques sont en (annexe 11). Cette annexe nous donne les détails sur le potentiel énergétique du site. On peut retenir à cet effet un ensoleillement moyen journalier de 5,5kWh/j/m². Durant toute l’année les mois de Juillet, août, et septembre sont les moins favorables en irradiation solaire avec comme valeur la plus basse 4,43kWh/j/m². C’est cette valeur qui sera prise en compte pour le dimensionnement du générateur solaire photovoltaïque. Dans un premier temps, il est impératif de déterminer l’énergie solaire disponible (Ei) puis évaluer la consommation journalière (Ej) de la centrale à enrober ainsi que l’énergie à produire à un coefficient près dans un deuxième temps. D’après le tableau 1.1 du chapitre 1, l’énergie journalière consommée est de 1496,64 kWh/j. Ceci étant, plusieurs méthodes permettent le dimensionnement du générateur photovoltaïque mais notre choix est porté sur celle des rendements. 3.2.1. Calcul de la puissance crête des panneaux Méthode des rendements. La puissance crête qui est la puissance fournie par les panneaux pour un ensoleillement de 1000W/m2 est calculée par l’équation suivante : (EQ. 3.1) Avec : = l’énergie journalière consommée = 1496,64 kWh/j = l’irradiation du lieu en kWh/m²/jour (ici, elle vaut 4,43) = appelé coefficient panneaux et vaut 0,8 = rendement onduleur 90% = rendement régulateur 90% = rendement de la batterie 98% Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 28 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Application numérique : 3.2.2. Choix et détermination du nombre de modules photovoltaïques Les modules photovoltaïques choisis sont de marque (voir annexe 12) dont la puissance est 325Wc pour un ensoleillement de 1000W/m². La puissance crête du champ peut être calculée par la formule : , on en déduit le nombre de modules par l’équation : (EQ. 3.2) Application numérique : 3.2.3. Choix d’onduleur et configuration du champ PV Selon la technologie des onduleurs de ce genre, la conception du champ PV et le choix de ces onduleurs doivent suivre les règles suivantes: • La tension MPP du générateur PV > à la tension minimale admise à l’entrée de l’onduleur • La tension en circuit ouvert du générateur PV < à la tension maximum admise à l’entrée de l’onduleur • Le ratio de puissance doit être compris entre 90% et 120% • Tous les strings (branches) connectés à un même onduleur doivent avoir la même tension continue Au niveau de l’onduleur on vérifiera donc: • La tension maximum admise à l’entrée de l’onduleur comparée à la tension en circuit ouvert du générateur PV. On doit tenir compte de l’effet de la température en exploitation • La tension minimale admise à l’entrée de l’onduleur comparée à la tension nominale du générateur PV. Tenir aussi compte de l’effet de la température • Le courant maximum admis par l’onduleur comparé à celui de court-circuit du générateur PV • Le ratio de puissance doit être compris entre 90% et 120% 3.2.3.1. Choix de l’onduleur Onduleur coté générateur PV Il s’agit de trouver un onduleur pour le champ PV de qui utilise 1620 modules de 325Wc chacun de chez Sun Forte 318BO1. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 29 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Nous utiliserons un onduleur de type SMA Solar Technology de puissance désirée [15]. Le tableau (3.1) qui suit regroupe quelques caractéristiques en entrée et en sortie d’onduleur SMA. L’annexe 13 donne les détails de l’onduleur à choisir. EN ENTREE (Input data) Sunny Central Sunny Central 500CP XT 630CP XT Max DC power ( 560 kW 713 kW Max DC voltage 1000V 1000V PV voltage range MPP 430 – 850 V 500 – 850 V Tension DC assignée 449 V 529 V Courant d’entrée max. 1250 A 1350 A Max string (parallel) 32 32 Puissance nominale à 50°C ( 500KVA 630KVA Plage de tension nominale AC 243 – 310 V 284 – 362 V Fréquence du réseau AC / Plage 50 Hz, 60 Hz / 50 Hz, 60 Hz / 47 ... 63 Hz 47 ... 63 Hz Courant de sortie max. 1176 A 1283 A Rendement max. 98,6% 98,6% EN SORTIE (output data) Tableau 3.1: Caractéristiques électriques de différentes gammes d’onduleur SMA Avec la configuration de ces deux types d’onduleur au choix: Le couplage série de 11 modules Sun Forte 318BO1 nous donne 601,7V pour rester dans la plage de tension en entrée DC onduleur. Le nombre total des modules doit vérifier l’expression : avec nombre de groupement en parallèle et le nombre de string en entrée onduleur. Si on choisit un regroupement de 10 lignes composé de 11 modules en série au départ du le générateur PV, on aura : et comme il n’aura pas demi-string on prendra la valeur par excès : Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 30 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Verification: . Ce résultat se justifie à cause de la valeur par excès de au lieu de On retiendra en définitive : En se référent au tableau de vérification, on aura : Sunny Central 500CP XT specifications calcul 64,9 x 11= 713,9V Courant Sunny Central 630CP XT 1000V OK 430 – 850V/11 = 39 – OK ( 77,2V = 54,7V) d’un module 14 strings d’entrée Rendement specifications 64,9 x 11= 713,9V 1000V OK (500 – 850 V)/11= OK ( 45,45 – 77,2V module = 54,7V) d’un 14 strings = 958,5A OK = OK 958,5A onduleur Ratio puissance calcul 560000/526630 = (0,9 – 1,2) 713000/526630 = 1,06 OK 1,35 98,6% Non OK 98,6% Tableau 3.1: Tableau de vérification 3.2.3.2. Configuration du champ PV A partir de ce tableaude vérification, la configuration est définitivement arrêtée: L’onduleur Sunny Central 500CP XT satisfait à tous les points de vérification, il a un très bon rendement et est adapté à ce projet. Le nombre de strings entrée onduleur est 15 Le nombre de regroupement par string est 10 Un regroupement est composé de 11 modules en série. 3.3. Dimensionnement des batteries La capacité d'une batterie dépend avant tout des facteurs suivants : • Durée de compensation en jours (autonomie) • Consommation journalière d'énergie [Ej] en kWh/j • Rendement moyen de la batterie en décharge La tension de la batterie dépend de l’onduleur utilisé pour le site : dans notre cas c’est le Sunny Island 5048 qui impose 48 V DC. En utilisant la méthode des rendements, la capacité des batteries d’accumulateurs est évaluée par la formule suivante: Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 31 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO (EQ. 3.2) Avec : = Energie consommée par jour = 1496,64 kWh = autonomie = 3 jours = (Depth Of Discharge) profondeur de décharge = 80% = Rendement de la batterie = 90% = Tension batterie = 48V Application numérique : 3.3.1. Choix du type de batterie Pour le cas de ce projet on choisit les batteries de type solaire OPZS de 2V de chez VICTRON (confère annexe 14) de capacité unitaire = 4560Ah 3.3.2. Nombre de batteries Le nombre La valeur entière immédiatement supérieure tout en respectant le couplage 48V est 720. On retiendra le nombre de batteries nécessaires avec un couplage de 24 batteries en série et 2 fois 15 rangées parallèles. 3.3.3. Chargeur de batterie Le chargeur est l’élément qui permet le stockage d'énergie dans l'accumulateur. La phase de charge consiste à convertir de l'énergie électrique en énergie chimique stockée dans une batterie. Selon le cahier de charge préalablement définit au paragraphe 3.1, nous choisissons 180 heures pour la première charge des batteries à l’aide du GPV et du groupe électrogène secours. Intensité de charge : On déduit l’intensité de charge de la formule de la capacité d’une batterie : (EQ.3.3) Avec : = courant de charge batterie en ampère (A), = temps de charge en heure (h) (180h) Application numérique : Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 32 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 12 chargeurs MPPT OUTBACK FlexMax 80, 48 VDC, utilisés à 80% satisfont à nos attentes. Confère (annexe 15). En résumé, voici le schéma synoptique de notre installation. 3.4. Armoire du système L’armoire de régulation doit être constituée d’une boite de jonction, d’un boitier de commande et d’un régulateur. C’est «le cœur du système ». 3.5. Boîte de jonction La boîte de jonction est le boîtier électrique situé en amont de l’armoire divisionnaire et qui contient des fusibles et des sectionneurs. Son rôle est de joindre plusieurs branches parallèles. Le dimensionnement de cette boîte passe par trois (3) critères : la section, le courant et la tension. 3.6. Dimensionnement des câbles Les câbles seront dimensionnés en fonction des paramètres d’entrée et de sortie : l’appel du courant y afférant, donc la charge que supportera les différents équipements (modules, batterie, onduleur…). Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 33 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 3.7. Protections du système 3.7.1. Protection contre la foudre Un parasurtenseur est nécessaire pour protéger les installations des tensions transitoires élevées. Placé entre les fusibles des panneaux et le régulateur, il sera relié à la terre afin d'évacuer la foudre potentiellement attirée par la structure métallique des modules. 3.7.2. Mise à la terre La mise à la terre assurera la protection des personnes et du matériel: la structure des modules, les parafoudres, l'onduleur seront raccordés à la terre. 3.8. Diodes de protection Pour limiter la perte de puissance, on utilise une diode by-pass qui se place en dérivation de la cellule pour ne pas limiter le courant en situation de déséquilibre. De même, si tout le module est à l’ombre, une batterie bien chargée pourrait débiter dans celui-ci, ce qui serait dangereux pour la structure des photodiodes quasiment incapables de dissiper de l’énergie. On introduit alors une diode anti-retour sur la borne positive (+) du module pour être à l’abri d’un tel ennui [12]. 3.9. Conclusion L’évolution de la technologie des panneaux solaires photovoltaïques est très bénéfique, car non seulement elle est devenue une configuration technologique non négligeable mais aussi un système mieux adapté à n’importe quelle situation et permet de diminuer la pollution qui entraîne des aléas climatiques. Après des études nous avons retenus pour l’alimentation de la centrale d’enrobé par le système solaire PV à cause des nombreux avantages que cela offre. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 34 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CHAPITRE IV : EVALUATION DU COUT DU PROJET ET MAINTENANCE DU SYSTEME Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 35 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 4.1. Introduction Ce chapitre donnera une vue d'ensemble sur la maintenance appliquée pour un système d'alimentation solaire autonome SPS (Solar Power System) sur les risques de travail sur le site, sans toutefois faire mention de l’évaluation du coût du projet. 4.2. Maintenance du système L’industrialisation de nos pays fait appel à des investissements considérables tant en personnels qu’en équipements. Au regard de celle-ci, l’impératif est d’optimiser ces investissements. Cette optimisation passe par la maintenance des équipements d’installation. La gestion inclut la maîtrise du temps et de la programmation des activités de maintenance et d’une maîtrise du personnel exploitant. [11] La maintenance consiste en effet à garder les caractéristiques de fonctionnement spécifiques d’un équipement en bon état. Notons que les opérations de maintenance d’une installation peuvent coûter ou économiser des pertes de production et des coûts de défaillance des sommes considérables. Par suite des défauts de maintenance, les investissements coûteux peuvent aussi avoir des rendements médiocres. C’est pourquoi, il serait donc nécessaire d’effectuer des efforts portant sur : les conditions d’utilisation des équipements, la prévention des défaillances, et surtout l’entretien préventif. 4.2.1. Condition d’utilisation des équipements Les équipements sont en général fournis avec une fiche technique dans laquelle sont décrites les conditions d’utilisation de ceux-ci. Elles sont régies conformément aux instructions suivantes : Instruction de mise en service des équipements; Instruction de conduite avec les équipements, Instruction d’intervention en cas de pannes. Les équipements de l’installation doivent être utilisés suivant cette méthodologie et respecter les différentes instructions décrites dans la fiche technique afin de réduire la fréquence et la gravité des pannes. 4.2.2. Prévention des défaillances Celle-ci peut être d’une manière organisée suivant deux aspects, notamment : A partir des contacts statistiques, A partir des contacts techniques, suite à une inspection technique. Ces constatations conduisent en effet à un entretien préventif des équipements. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 36 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO 4.2.3. Entretien préventif Pour maintenir les caractéristiques de fonctionnement des équipements dans un bon état, il est souhaitable d’effectuer des opérations d’entretiens préventifs périodiques. Elles seront effectuées par le personnel exploitant qualifié et bien outillé. L’idéal de cet entretien est de constituer des opérations à effectuer selon un rythme prévu par l’inspecteur. Il comprendra donc : Une liste des opérations préventives à effectuer périodiquement, Les carnets ou dossiers de préparation des opérations comportant : la nature de l’entretien, l’opération à effectuer et la date de l’entretien. 4.2.3.1. Module solaire La maintenance consistera notamment à : Nettoyer périodiquement les panneaux solaires au moyen des chiffons propres et humides, Resserrage éventuel des visseries, Elagage des arbres pouvant faire de l’ombre sur les modules, Mesurer le rayonnement solaire avec un solarigraphe, Mesurer les conditions de captations, Mesurer les performances des panneaux : tension, intensité avec un multimètre, etc... 4.2.3.2. Batteries solaires La maintenance des batteries quant à elle, consiste à : Contrôler le niveau et mesurer la densité d’électrolyte, Vérifier la tension d’enclenchement du chargeur des batteries, Administrer une charge d'égalisation à intensité constante 1/20ème de la capacité pendant une (1) heure ou plus si nécessaire, Contrôler l’état de charge à l’aide d’un pèse-acide, etc... 4.2.3.3. Régulateur Il s’agit ici de : inspecter et vérifier le fonctionnement du régulateur, Contrôler le bon réglage des niveaux de seuils, Contrôler les fusibles de protection des différents circuits contre des surcharges ou court-circuit éventuels, Enlever toute la poussière excessive avec un tissu ou une brosse sèche etc... 4.2.3.4. Onduleur Pour la maintenance de l’onduleur, nous aurons à : vérifier la commande de marche/arrêt, Relever la tension d’utilisation quotidiennement, Vérifier les contacts, la tension des batteries ; Vérifier le redresseur charge triphasé, le by passe, etc... 4.3. Evaluation du coût du projet L’étude économique du projet porte sur les frais des équipements nécessaires à l’installation du système PV. Cette étude se résume dans le tableau 4.1 qui suit : Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 37 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Désignation Unité Quantité P.U en FCFA Montant en FCFA Modules Sun Forte de 325 Wc U 1620 341 120 552 614 400 Onduleur Sunny Central 500CP XT, Ens 1 91 282 400 91 282 400 12 4 409 989 52 919 868 Armoire y compris Chargeur MPPT OUTBACK FlexMax 8048 U VDC Batteries de 2V- 4560 Ah/ OPZS SOLAR U 720 911 840 656 524 800 Location du groupe électrogène Ens 1 6 350 000 6 350 000 Accessoires (Support modules, batteries, …) Ens 1 14 670 312 14 670 312 Ens 1 12 465 027 12 465 027 Ens 1 16 078 429 16 078 429 Cuivre nu de 35mm² ml 517 2 500 1 292 500 Câble vert jaune (souple) ml 120 1700 204 000 Piquet de terre de 2m U 60 8 000 480 000 Accessoires (serre câble, Ens 1 178 000 178 000 et connectiques Equipements de protection (Fusible DCInterrupteur DC- Tableau de protection) Câbleries de raccordement (câbles liaison : PV-Onduleur Sunny Central-Armoire de raccordement et de protection, BatterieSunny Island –Armoire de raccordement et de protection) Mise à la terre de 25mm² barrette de coupure,…) Sous-Total 1 Coût prévisionnel (Imprévus) :3% du sous- 1 405 059 736 42 151 792 total 1 Sous-Total 2 Prestation de service : 15% du sous-total 2 Sous-Total 3 TVA: 18% du sous-total 3 TOTAL 1 447 211 528 217 081 729 1 664 293 257 299 572 786 1 963 866 043 Tableau 4.1 : Estimation financière de l’installation du système. Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 38 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Conclusion Ce chapitre nous a permis de faire ressortir d’abord la liste des matériels et matériaux (l’inventaire) de notre projet, ensuite faire son évaluation aussi technique que financière et enfin connaître le montant global dudit projet (de sa réalisation pratique). Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 39 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO CONCLUSION GENERALE Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 40 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Conclusion générale La forte croissance des travaux d’infrastructures routières togolaises demande une main d’œuvre importante aussi bien en personnels qualifiés qu’enrobé qui est l’un des produits les plus utilisés dans les projets de génie civil. Cet enrobé est produit (fabriqué) à partir des centrales d’enrobé fonctionnant à base de l’énergie électrique qui est un défis de grande importance pour les années à venir. Ceci étant, ces centrales auront de plus en plus besoin d’une énergie aussi fiable mais beaucoup plus stable pour mener à bien leur activité. L’émergence de la technologie des panneaux solaires photovoltaïques quant à elle, est en phase avec les nouvelles techniques de production d’énergie électrique. C’est dans cette optique que la Société CECO-BTP s’est inspirée des multiples avantages qu’offre cette technologie qui est d’ailleurs adaptée à n’importe quel site, pour se hisser au rang des plus grandes entreprises du Togo. Ainsi, pour atteindre l’un de ses objectifs, c’est-à-dire, celui de rapprocher les produits d’enrobé de leur lieux d’utilisation (travail), pour une gestion rationnelle du temps (donc une maximisation de la rentabilité), initiative qui vient donc à point nommé pallier certaines insuffisances d’autrefois, notamment les risques de transport de produits d’enrobé sur de longues distances. Mais encore faudrait-il que le rendement des panneaux solaires photovoltaïques soit nettement amélioré et que le prix du kilowatt heure soit revue à la baisse afin d’être beaucoup plus compétitif aux autres sources d’énergie ? Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 41 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 42 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1] : Miguel Lopez, ‘Contribution à l’optimisation d’un système de conversion éolien pour une unité de production isolée thèse de doctorat’, Paris, 2004. [2] :www.cecobtp.tg [3] :www.cecobtp.tg [4] : Application à l’alimentation en eau potable et au traitement des eaux usées en zones rurales. [5] :www.arbor-energie.fr. [6] :www.photovoltaique.guidenr.fr/cours-photovoltaique-autonome-1/rendement-modulesphotovoltaiques.php [7] :www.solarelectripower .org [8] : http://www.economie.energie.biz/photovoltaïque.html [9] : Support de cours de l’énergies solaires et application [10] : Système photovoltaïque pour les pays en développement manuel d’installation et d’utilisation Théodore Fogelman système A.M.I. Edition 1982 [11] : Inter Aide Sierra Leone – Support Electrique pour Installation Solaire [12] : Rapport de stage de fin de D.U.T. Mesures Physiques de Clément Tranain, Etude comparative de panneaux solaires photovoltaïques, Mai 2006/Juillet 2006. Collection A. Capliez mémotech électrotechnique Edition Casteilla [13] : Support de cours de Gestion de la maintenance [14] : www.sma.fr [15] : Approvisionnement en énergie solaire des sites isolés et systèmes de secours- Recueil Technologique 2- Principe, Application et Solution SMA. [16] :http://www.mytopschool.net/mysti2d/activites/polynesie2/ETT/C022/32/Accumulateur/file s/Documents/LES%20ACCUMULATEURS.pdf Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 43 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO ANNEXES Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 44 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 1 : centrale du type discontinue Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 45 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 2: centrale du type continue Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 46 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 3 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 47 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 4 : Trémies de pré dosage Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 48 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 5 : Tapis collecteur Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 49 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 6 : Tambour sécheur Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 50 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 7 : Brûleur Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 51 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 8 : Benne (skip) Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 52 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 9 : Malaxeur Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 53 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 10 : Les associations en série, en parallèle et mixte des cellules Schéma de montage en série des cellules photovoltaïques Schéma d’un circuit de cellule photovoltaïque montée en parallèle Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 54 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 11 : Coordonnées géographiques et météorologiques du site Monthly Solar Irradiation PVGIS Estimates of long-term monthly averages Location: 8°32'9" North, 1°14'2" East, Elevation: 239 m a.s.l., Solar radiation database used: PVGIS-CMSAF Optimal inclination angle is: 12 degrees Annual irradiation deficit due to shadowing (horizontal): 0.0 % Hh Hopt H(15) DNI Iopt D/G Jan 6010 6610 6730 6060 36 0.32 Feb 6160 6530 6590 5520 27 0.36 Mar 6680 6770 6770 4950 12 0.44 Apr 6130 5960 5890 5180 -5 0.35 May 5900 5550 5440 4810 -18 0.38 Jun 5460 5080 4960 4170 -23 0.43 Jul 4820 4540 4450 3140 -20 0.52 Aug 4580 4430 4380 2680 -9 0.57 Sep 4960 4940 4920 3210 5 0.51 Oct 5670 5890 5920 4400 21 0.43 Nov 5910 6420 6520 5670 33 0.34 Dec 5820 6480 6610 5980 39 0.32 Year 5670 5760 5760 4640 12 0.41 Month Irradiation on horizontal plane (Wh/m2/day) 2 H : Irradiation on optimally inclined plane (Wh/m /day) 2 H(15): Irradiation on plane at angle: 15deg. (Wh/m /day) 2 DNI: Direct normal irradiation (Wh/m /day) I : Optimal inclination (deg.) D/G: Ratio of diffuse to global irradiation (-) Hh: opt opt Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 55 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 56 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 12 : Caractéristiques des panneaux solaires Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 57 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 13 : Caractéristiques de l’onduleur Sunny Central 500CP XT Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 58 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 14: caractéristiques des batteries OPZS de 2V de chez VICTRON Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 59 ALIMENTATION D’UNE CENTRALE A ENROBE PAR UN SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME: CAS DE LA CENTRALE DE CECO-BTP AU TOGO Annexe 15: Caractéristiques de chargeur MPPT OUTBACK FlexMax 80 Projet de fin d’étude : Ingénieur des Travaux L3 MEER-2IE 2012-2013 MEHEZA PANLA Page 60
