Dimensionnement Des Systemes Photovoltaiques 2 PDF [PDF]

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UE : DIMENSIONNEMENT, INSTALLATION ET MAINTENANCE DES SYSTEMES PV

KODJI  DELI Enseignant-chercheur  UMA-ISS Dimensionnement, installation et maintenance PV   

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INTRODUCTION   GENERALE   : L’énergie  photovoltaïque  est  la  conversion  directe  de  l’énergie  du  soleil  ceci  n’est  que possible  à  travers  les  panneaux  photovoltaïques.  Un  module  photovoltaïque  seul  ne  suffit  pas pour  alimenter  régulièrement  une  application  donnée.  C’est  pour  cette  raison  que  l’on  a recours  au  système  photovoltaïque  il  existe  deux  grands  type  de  systèmes  photovoltaïque  :   le  système  raccordé  au  réseau  le  système  autonome Le  photovoltaïque  autonome,  non  raccordé  aux  réseaux,  répond  aux  besoins  en  électricité  de ceux  qui  trop  éloignés,  n’ont  pas  accès  aux  réseaux  de  Distribution  comme  de  ceux  qui souhaitent s’affranchir  de  la  contrainte  du «  branchement  ».  Cette  unité  d’enseignement explique  comment  concevoir,  dimensionner,  installer  et  maintenir  un  système  répondant  aux besoins  spécifiques  de  l’utilisateur  qui  souhaite  s’électrifier. Elle  explique  ce  que  sont  les  installations  solaires  photovoltaïques  et  décrivent,  dans  les grandes  lignes,  la  technologie  de  l’électricité  solaire  photovoltaïque  et  ses  principales applications.  Elles  présentent  les  avantages  et  inconvénients  des  systèmes  photovoltaïques  et de  leurs  composants  (modules,  batteries,  régulateurs  de  charge,  onduleurs

et  appareils

électriques). 1.  Usages  courants  de  l’électricité  solaire  photovoltaïque L’électricité  «  solaire  »  est  obtenue  par  conversion  photovoltaïque  de  l’énergie  solaire  ou transformation  du  rayonnement  solaire  en  énergie  électrique  au

moyen  de  modules

photovoltaïques.  Elle  constitue  une  alternative  bon  marché

aux  groupes  électrogènes  au

diesel,  à  l’électricité  du  secteur  et  même  aux  piles.  La

technologie  s’est  rapidement

développée  à  la  fois  dans  des  applications  autonomes  (non  raccordées)  et  dans  des applications  raccordées  aux  réseaux.  Les  systèmes  photovoltaïques  (PV)  équipent  aujourd’hui des  millions  d’habitations  rurales,  aussi  bien  dans  les  pays  développés  que  dans  les  pays  en voie  de  développement.  Les  petites  installations  solaires  photovoltaïques  autonomes  diffèrent des  installations  raccordées  ou  avec  groupes  électrogènes  en  ce  sens  que  :   le  courant  généré  est  un  courant  continu  très  basse  tension  et  non  un  courant  alternatif basse  tension  à  230  volts,  l’électricité  est  généralement  stockée  dans  des  batteries, Dimensionnement, installation et maintenance PV   

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 L’électricité  est  produite  sur  place  au  moyen  de  modules  photovoltaïques,  leur  rentabilité  n’est  garantie  qu’au  prix  d’une  utilisation  efficiente  de  l’électricité produite. Le  photovoltaïque  se  développe  très  rapidement  et  se  répand  dans  le  monde  entier  à  mesure que  les  coûts  des  autres  formes  d’énergie  augmentent  et  que  le  rendement  des  cellules photovoltaïque  augmente.

Figure1  :  évolution  des  rendements  des  cellules  photovoltaïques

http://en.wikipedia.org/wiki/Photovoltaics  consulté  le  14  octobre  2013  à  20h Avant  1990,  la  technologie  était  nouvelle  et  généralement  confinée  aux  systèmes  de communication  hors  réseau,  à  la  signalisation  routière,  au  pompage  de  l’eau  et  à l’approvisionnement  électrique  de  centres  de  soins  éloignés  de  tout.  Depuis  le  milieu  des années  1990,  la  production  mondiale  de  modules

photovoltaïques  augmente  à  un  rythme

soutenu  sous  l’effet  de  deux  facteurs.   L’augmentation  de  la  demande  liée  à  multiplication  des  installations  raccordées  en Europe,  aux  États-Unis  et  au  Japon,  et  la  chute  du  prix  du  Wc  (divisé  par  25  entre  1974  et  2008).

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La  baisse  des  coûts  a  accéléré

la  demande  en  milieu  rural.  Aujourd’hui,  l’électricité

photovoltaïque  est  souvent  la  meilleure  source  d’énergie,  en  termes  économiques,  pour quantité  d’applications  dans  les  zones  rurales  non  électrifiées.

Figure  2  :  production  mondiale  des  modules  photovoltaiques

http://www.solarserver.com/knowledge/basic-knowledge/photovoltaics.html  consulté  le 14  octobre  2013  à  20H Les  installations  solaires  photovoltaïques  non  raccordées  et  les  installations  solaires photovoltaïques  raccordées  au  réseau  diffèrent  considérablement,  à  la  fois  dans  leurs composants  et  dans  leur  conception.  Les  installations  non  raccordées,  qui  doivent  garantir  un approvisionnement  adéquat  pendant  les  longues  périodes  nuageuses,  stockent  généralement l’électricité  dans  des  batteries,  alors  que  les  installations  reliées  au  réseau  n’utilisent  pas  de système

de  stockage  car  elles  peuvent  réinjecter  sur  le  réseau  l’électricité  qu’elles  ne

consomment  pas. 2.

Avantages  et  inconvénients  des  systèmes  photovoltaïques  autonomes

Au  moment  de  choisir  le  système,  il  faut  peser  les  avantages  et  les  inconvénients  à  la  lumière des  contraintes,  besoins  et  spécifications  du  projet

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CHAPITRE 1

GENERALITES SUR LES SYSTEMES PV

Dimensionnement, installation et maintenance PV     

I.

INTRODUCTION

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Le  système  photovoltaïque  (Système  PV)  est  un

ensemble  des  composants  permettant  de

fournir  un  service  à  partir  du  rayonnement  solaire  par  conversion  PV.  Un  système photovoltaïque  est  constitué  donc  du  générateur,  et  des  charges  à  alimenter  tel  que  défini  ci dessous.  Ces  charges  sont  de  type  courant  continu  ou  courant  alternatif.  Les  diverses composantes  d'un  système  photovoltaïque  sont  représentées  symboliquement  sur  la  figure  1 ci-dessous. Figure  3  :  Système  photovoltaïque  hybride  tiré  de  :  Energie  solaire  photovoltaïque

II.

QUELQUES  SYSTEMES  PV  COURANTS

Les  schémas  ci-dessus  recouvrent  à  peu  près  tous  les  cas  de  figure,  mais  il  est  bien  évident qu'un  système  photovoltaïque  donné  ne  comporte  en  général  qu'un  certain  nombre  d’élément représentés  ci-dessus.  Le  choix  de  tel  ou  tel  système  se  fera  en  fonction  de  différents  critères  : simplicité, application, environnement, etc... Les systèmes photovoltaïques les plus couramment  utilisés  sont  : a)  Systèmes  avec  stockage  par  batterie,  autonome

Figure  3  :  système  autonome  avec  stockage  par  batterie

http://www.leonics.com/system/solar_photovoltaic/stand_alone_solar_power_system/image/s tand_alone_solar_power_system_en.gif b)  Systèmes  PV  au  fil  du  soleil,  autonome

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Figure  4  :  système  autonome  au  fil  du  soleil

c)  Systèmes  PV  avec  apppoint,  autonoome

Figure  5:  systems  PV  avec  Appoin  tire  de:   PLAANNING   ND   INSTALLIING   PHOTOOVOLTAIC   YSTEMS A   guide   for   installer,   architects   and   engineers

  système  ybride  (fait  appel  aux  générateurs  auxiliaires  éolien,  grouupe  électroggène, etc…) nt AN d)  Systèmes  PV  raccordés  au  réseau hy

Dimensiionnement, installation et maintenaance PV    

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utilisateur 

Régulateu Figure  6  :  système  connecté  au  réseau  :

http://www.leonics.com/system/solar_photovoltaic/stand_alone_solar_power_system/image/s tand_alone_solar_power_system_en.gif   production  injectée  dans  le  réseau  de  distribution  de  la  société  en  charge  de  la  gestion de  l’électricité

Principe  de  fonctionnement Un  générateur  photovoltaïque  avec  batterie  comprend  généralement  les  composants  suivants:   le  panneau  solaire  qui,  charge  la  batterie  en  période  d'ensoleillement  la  batterie  d'accumulateurs  qui  assure  le  stockage  journalier  et  saisonnier  de  l’énergie électrique.  le  régulateur  de  charge  qui  protège  la  batterie  contre  la  surcharge  et  éventuellement contre  les  décharges  profondes  occasionnelles.  la  (les)  diode(s)  anti-retour  surtout  utiles  en  cas  de  déséquilibre  dans  un  réseau  serieparallèle. Chaque  composant  du  système  doit  être  déterminé  en  fonction  des  contraintes  Techniques  et économiques.

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Pour  un  système  donné,  5  modes  de  fonctionnement  peuvent  exister  en  fonction  de l'ensoleillement  et  du  courant  d'utilisation  (hors  régulation) 1)  la

charge est déconnectée Le courant du panneau solaire, en fonction de

l'ensoleillement,  charge  la  batterie.

 

2)  la  charge  est  connectée

Le  courant  provenant  du  panneau  solaire  est  supérieur  au

courant  d'utilisation  Le  courant  excédentaire  charge  la  batterie  Ip  =  Ib  +  Iu

   

3)  la  charge  est  connectée  le  courant  provenant  du  panneau  solaire  se  trouve,  pour  un ensoleillement  donné  égal  au  courant  d'utilisation  Ip  =  Iu  Aucun  courant  ne  traverse  la batterie  Ib  =  0

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4)  la  charge  est  connectée  Le  courant  provenant  du  panneau  solaire  est  inférieur  au courant  d'utilisation.  La  batterie  se  décharge  en  fournissant  le  courant  déficitaire Ib  =  Iu  -  Ip

 

 

5) La  charge  est  connectée  Le  courant  provenant  du  panneau  solaire  est  nul  Ip  =  0 (période  d'obscurité)  La  diode  anti-retour  est  bloqué  La  batterie  se  décharge  en fournissant  le  courant  d'utilisation  Ib  =  Iu

III.

COMPOSANTES  DES  SYSTEMES  PV

  Champ  de  modules Rôles-caractéristiques Dimensionnement, installation et maintenance PV     

 Puissance  crête  en  Wc  Courant  optimal  Tension  optimale  Association  en  série  pour  augmenter  la  tension  Association  en  parallèle  pour  augmenter  le  courant

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 Support  Sortie  généralement  en  DC

Figure  7:  Structure  d’un  module  photovoltaïque  au  silicium  cristallin  tiré  de  :   énergie   solaire photovoltaïque

Figure  8:  Structure  d’un  module  photovoltaïque  au  silicium  amorphe  tiré  de  :   énergie   solaire photovoltaïque

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  Batteries C’est  un

organe  de  stockage  d'énergie  électrique

elle  est  utilisée  pour  permettre  un

déphasage  entre  la  production  et  la  consommation  (jour/nuit,  courtes  périodes  de  mauvais temps).

Pour les systèmes

photovoltaïques,

on utilise

couramment

les batteries

d'accumulateurs électriques (plomb/acide, Nickel – Cadmium aujourd’hui remplacé progressivement  par  les  batteries  au  nickel-métal-hydrure)  La  batterie  joue  trois  (3)  rôles essentiels  : Rôles  Stockage  de  l’énergie  électrique  Autonomie  Stabilisation  de  la  tension  Possibilité  de  courant  de  surcharge  (démarrage  des  moteurs) Caractéristiques   Capacité  en  Ah On  appelle  capacité  la  quantité  d'électricité,  évaluée  habituellement  en  ampères-heures (Ah),  qu'un  accumulateur  chargé  peut  faire  circuler  pendant  la  période  de  décharge.  La capacité  d'un  élément  est  fonction  du  régime  de  décharge,  la  capacité  nominal  (Cn)  d'une batterie  étant  donnée,  généralement,  pour  un  régime  de  décharge  en  10  h  (C/10,  0,1C).  Pour un  régime  de  décharge  plus  élevé  (I  >  C/10)  la  capacité  diminue.  Pour  un  régime  de  décharge plus  faible  (I