Rapport-De-Stage PV [PDF]

Zitiervorschau

RAPPORT DE STAGE Présenté à : Ecole national d’ingénieurs de Gafsa

Département : Génie énergétique et technologie de l’environnement

Effectué à : Maryzad solar company

Réalisée par : Sirine kobbi

ETUDE ET CONCEPTION DE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE

Année universitaire : 2019/2020

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Remerciements

Je présente mes chaleureux remerciements et mes profonds respects à tous ceux qui, de près ou de loin, m’ont aidé à mettre ce rapport en bon terme. Je remercie le gérant Mr. Amro T.Beibars d’avoir répondu positivement à ma demande de stage et pour sa disponibilité et ses conseils fructueux qu’il m'a prodigués tout au long de mon stage. J’adresse aussi mes remerciements à mon encadrant Mr.Mohamed Morayef , ingénieur en génie énergétique et chef de projet pour m’avoir intégré, formé, aidé et avoir suivi mon travail au sein de l’entreprise durant toute la durée du stage. Enfin, je tiens à remercier les membres du jury d’avoir accepté d’assister à cette soutenance

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Introduction générale Du 01/07/2019 au 30/08/2019 j’avais effectué un stage au sein de la société

Ce stage nous a fournie l’opportunité de saisir des nouvelles connaissances techniques et d’acquérir des nouvelles compétences. En réalité, ce stage nous a été avantageux, nous permettant de s’affronter avec la réalité et la vraie vie industrielle au sein des sociétés. Pendant la durée de mon stage, j’ai accomplis plusieurs taches  citons par exemple:

 Etude et recherche sur l’énergie photovoltaïque   Conception et calcul

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Sommaire

Chapitre 1 : Etude bibliographique ………………………………………………………6 I.

Introduction :………………………………………………………………………...6

II.

La technologie photovoltaïque :……………………………………………………..6 L’effet photoélectrique :…………………………………………………………………6 1. Type et rendement des cellule photovoltaïques ………………………………...10 2. Composants d’une installation photovoltaïque :…………………………………11 a. *Cellule photovoltaïque :……………………………………………………11 b. Module photovoltaïque :…………………………………………………….12 c. le générateur photovoltaïque : :……………………………………………..12 d. L’onduleur : :………………………………………………………………..12 e. Le système de comptage : :………………………………………………….13 3. Les avantages et les inconvénients de l’énergie PV……………………………...13 Conclusion………………………………………………………………………15

Chapitre 2 : étude et dimensionnement:………………………………………………….16 I.

Dimensionnement des panneaux photovoltaïque :………….....................................17

II.

dimensionnement du parc de batterie :………………………………………………19

III.

Dimensionnement des sections des câbles : ……………………………………….. 20

IV.

schéma électrique ……………………………………………………………………21

Conclusion  ………………………………………...……………………………………...…22

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Liste des figures

Figure n 1 : les rayons lumineux Figure n2 : l’effet photoélectrique Figure n3 : Conversion de l’énergie solaire en énergie électrique Figure 4 : Performance des différentes technologies des cellules PV Figure n5 : cellule photovoltaïque Figure n 6 : module photovoltaïque Figure n 7 : onduleur Figure n 8 : PHTOWATT Figure n 9 : schéma électrique de l’installation

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Chapitre 1  : Etude bibliographique

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L’ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE  : I.

Introduction :

Le gisement solaire est un ensemble de données décrivant l’évolution du rayonnement solaire disponible au cours d’une période donnée. Le soleil est une source énergétique quasiment illimitée, il pourrait couvrir plusieurs milliers de fois notre consommation globale d'énergie. C’est pourquoi, l'homme cherche depuis longtemps à mettre à profit cette énergie importante et diffusée sur l'ensemble de la planète, il est arrivé à réaliser ce but par le moyen dit cellule photovoltaïque. Le nom photovoltaïque vient du grec, il est composé de deux parties : Photos : Lumière. Volt : Unité de tension électrique, du nom Alessandro Volta. Aujourd’hui, grâce à sa fiabilité et à son concept respectueux de l’environnement, le   Photovoltaïque prend une place prépondérante. Dans ce chapitre, nous allons rappeler quelques notions de base sur la technologie photovoltaïque , ensuite une description du système photovoltaïque sera donnée.

II.

La technologie photovoltaïque :

1) L’effet photoélectrique : Il désigne le phénomène par lequel des électrons se trouvent libérés d’un matériau semi-conducteur à la suite d’une exposition à une radiation électromagnétique comme, par exemple, la lumière solaire.

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Les rayons lumineux et comment ils jettent les électrons en dehors du matériau

Figure n 1 : les rayons lumineux

Il faut utiliser un semi-conducteur, matériau dont la concentration en charges libres et à mi-chemin entre l’isolant et le conducteur : les électrons de valence ne peuvent circuler que si on leur fournit l’énergie nécessaire pour se délier du noyau de l’atome. Le plus connu et le plus utilisé est le silicium. Pour des atomes à quatre électrons de valence comme le silicium, on a deux ensembles de niveaux d’énergie très proches les uns des autres qui forment deux bandes que l’on appelle la bande de valence et la bande de conduction. Bande de conduction vide (non saturée en électrons). Eg Bande de valence (saturée à 4 n électrons). Eg est l’écart entre les deux bandes. Si Eg n’est pas trop grand et si un photon est absorbé par le matériau, un électron peut « sauter » la bande d’énergie Eg et peupler la bande de conduction. Afin de recueillir un courant électrique il est nécessaire d’introduire un champ électrique de part et d’autre de la cellule. Pour cela, un processus de « dopage » est mis en place. La couche exposée à la lumière subit un dopage de type « n ». On introduit dans le semi-conducteur des impuretés tel du phosphore qui possède cinq électrons dans sa couche périphérique, soit un de plus que le silicium. 8

La concentration en charge libre dans les cellules de type « n » est donc augmentée. A l’inverse la face arrière est constituée de cellules dopées « p » à l’aide de bore en règle générale. Le bore ne possède que trois électrons sur sa couche périphérique, créant ainsi un « trou » (défaut d’électron) supplémentaire. Lorsque l’on met en présence deux cellules de type « n » et « p » et après recombinaison des charges libres (électrons et « trous ») un champ électrique constant s’instaure. Ainsi, lorsque les photons heurtent les électrons avec une énergie supérieure à Eg les électrons libérés peuvent se mouvoir sous l’action du champ électrique engendré par le dopage ce qui provoque l’apparition du courant électrique. Les charges déplacées sont alors collectées par une grille sur la face avant et une plaque métallique de contact sur la face arrière. Elles se déplacent dans le circuit ainsi fermé.

figure n2 : l’effet photoélectrique

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Figure n3 : Conversion de l’énergie solaire en énergie électrique

2) Type et rendement des cellules photovoltaïques: Il existe différents types de cellules solaires, et chaque type de cellules à un rendement qui lui est propre. Cependant, quel que soit leur type, leur rendement reste assez faible : de 8 à 23% de l’énergie qu’elles reçoivent .Dans le tableau 1, ci-dessous on résume les différentes performances des technologies des cellules photovoltaïques :

Figure n 4 : Performance des différentes technologies des cellules PV

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Remarque :

Le rendement n’est pas le seul critère de choix de telle technologie mais il existe autre critère comme le prix, le poids, la fragilité de l’installation car elle doit être capable de résister devant les conditions climatiques difficiles.§ Les recherches scientifiques pour augmenter le rendement des différents technologies sont continues. Le silicium cristallin reste encore le mieux utilisé car il présente le plus grand rendement. 3) Composants d’une installation photovoltaïque : a) Cellule photovoltaïque : Composant électronique semi-conducteur qui converti l’énergie solaire en énergie électrique; L’absorption des photons libère des électrons chargés négativement et des « trous » chargés positivement. La cellule photovoltaïque est un générateur électrique élémentaire ; l’ensemble des cellules forme le panneau photovoltaïque.

Figure n5 : cellule photovoltaïque

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b) Module photovoltaïque : Assemblage en série de plusieurs cellules photovoltaïques protégées par un revêtement qui en permet l’utilisation à l’extérieur.

Figure n 6 : module photovoltaïque

c) le générateur photovoltaïque : L’ensemble de panneaux photovoltaïques interconnectés forme le générateur. Celui-ci converti directement la lumière solaire en électricité (courant continu). La quantité d’électricité produite est proportionnelle à la quantité de lumière qui atteint le générateur. Le générateur est caractérisé par sa puissance crête exprimée en kilowatt crête (kWc). Un câblage spécifique pour le courant continu relie le générateur à l’onduleur. d) L’onduleur : Il sert à transformer le courant continu produit par les modules en courant alternatif identique à celui du réseau. Les onduleurs destinés aux systèmes photovoltaïques sont quelques peu différents des onduleurs classiques utilisés en électrotechnique, mais l’objectif est le même (transformer l’énergie électrique de type continue en alternatif). La 12

principale caractéristique de l’onduleur PV est la recherche du meilleur point de fonctionnement du générateur PV qui a une courbe caractéristique IV non linéaire. Il se présente sous la forme d’un boîtier à fixer sur un mur, près des capteurs. Peu bruyant, il n’émet pas de parasites électromagnétiques.

Figure n 7 : onduleur

L’onduleur assure également une fonction de protection par coupure du courant venant de votre installation si le réseau est mis hors tension : cette précaution assure la sécurité du personnel d’intervention. e) Le système de comptage : La production d'une installation solaire photovoltaïque est mesurée a l’aide d’un système de comptage disposée a la sortie de l’onduleur. Ce système a pour rôle de mesurer en temps réel l'énergie produite, la part qui est consommée sur et celle qui est injectée dans le réseau. 4) Les avantages et les inconvénients de l’énergie PV Avantages :

 Son carburant est gratuit. Le soleil existe partout et toujours et ses rayons sont gratuits.

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 la plupart des cellules photovoltaïques sont fabriquées à base de silicium, un matériaux abondant et non toxique (second matériau le plus abondant sur Terre).  L’énergie solaire photovoltaïque ne génère ni bruit, ni émissions nocives, ni gaz polluants. Leur utilisation réduit le réchauffement climatique.  Les systèmes photovoltaïques sont très sûrs et d’une grande fiabilité. L’espérance de vie d’un module solaire est d’environ 30 ans.  Les modules photovoltaïques sont recyclables et les matériaux utilisés pour leur production (silicium, verre, aluminium, etc.) peuvent être réutilisés.  L’énergie solaire photovoltaïque exige peu de maintenance. Les modules solaires ne nécessitent pratiquement aucune maintenance et sont faciles à installer.  L’énergie solaire photovoltaïque fournit de l’électricité aux zones rurales les plus isolées.  Les modules solaires peuvent être intégrés de manière très esthétique dans les bâtiments. Ils peuvent couvrir toits et façades, contribuant ainsi à l’autonomie énergétique des bâtiments.  Le temps mis par un module photovoltaïque pour générer autant d’énergie qu’il en a fallu pour le produire est très court ; il varie entre 1,5 et 3 ans. Sur sa durée de vie, un module produit donc entre 6 et 18 fois plus d’énergie qu’il n’en faut pour le fabriquer.  L’énergie solaire photovoltaïque permet la création de milliers d’emplois. Avec une croissance annuelle moyenne de 40 % ces dernières années, le secteur photovoltaïque contribue de plus en plus à la création de milliers d’emplois dans le monde.  L’énergie solaire photovoltaïque contribue à améliorer la sécurité de l’approvisionnement énergétique d’un pays. 14

Inconvénients : × Le coût d'investissement des panneaux photovoltaïques est élevé. × Le rendement électrique diminue avec le temps (20% de moins au bout de 20 ans). × Les panneaux contiennent des produits toxiques et la filière de recyclage n'est pas encore existante. × Lorsque le stockage de l'énergie électrique par des batteries est nécessaire, le coût dus ystème photovoltaïque augmente. × Le rendement réel de conversion d'un module est faible. Conclusion Dans ce chapitre nous avons présenté des généralités sur la technologie photovoltaïque. Les technologies PV actuelles permet eut de transformer directement le rayonnement solaire en électricité avec un taux de conversion d’environ 15%. L'amélioration du rendement des systèmes photovoltaïques PV dépend du rayonnement absorbé par les panneaux solaire. Ainsi on se propose dans le chapitre suivant de faire un dimensionnement d’une installation photovoltaïque d’une villa d’un site isolée .

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Chapitre 2  : étude et dimensionnement

Chapitre 2 : Calcul et Dimensionnement d’un site isolé 16

Introduction : Dans ce chapitre on va faire l’étude et le dimensionnement des panneaux photovoltaïque et pour savoir quelle dimension prévoir pour le panneau solaire photovoltaïque on doit avant tout déterminer les besoins énergétiques. calculer la consommation moyenne en électricité sur une année en consultant les factures précédentes si il ya Pour estimer la futur consommation Pour cela 

Listez les différents appareils électriques de logement, en précisant leur puissance en watt par heure



Multipliez la puissance par le nombre d’heures d’utilisation par jour pour obtenir la consommation énergétique quotidienne. La somme des consommation quotidiennes en wh/jour pour donner une idée de l’électricité nécessaire chaque jour .

I.

Dimensionnement des panneaux photovoltaïque : 

Etape 1 : Bilan de puissance et énergie :

Appareils

Nombre

Puissanc e unitaire

Lampes fluo compacte Réfrégeration Ventilateur Téléviseur couleur 42 cm Cafitiére

3

Puissance totale : 616

Puissance

Energie

13

Durée d’utilisation quotidienne (h ) 6

39

234

1 1 1

77 250 50

8 3 3

77 250 50

616 750 150

2

100

1

200

200

Energie totale :1950 wh /j

On prend longueur du câble entre panneau et boite de raccordement est 5m et entre boite et onduleur est égale à 10 m et entre onduleur et batterie est égale à 5 m



Etape 2  : calcul de l’énergie à produire  :

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pour que les besoin du client soit assurés il faut que l’énergie consommé (EC) égales l’énergie produite (Ep ) à un coefficient prés EP = EC / K Le coefficient k tient compte des facteurs suivantes :  L’incertitude météorologique  L’inclinaison non corrigé des modules suivant la saison  Le point de fonctionnement des modules qui est rarement optimal et qui peur être aggravé par : la baisse des caractéristique des modules , la perte de rendement des modules dans le temps ( vieillissement et poussières )  Le rendement des cycles de charge et de décharge de la batterie  Le rendement du chargeur et de l’onduleurs ( de 90 a 95 % )  Les pertes dans les câbles et connexions  La valeur approchée que l’on utilise pour les systèmes avec batterie sera souvent 0.65 Application numérique : EP = 1950 / 0.65 = 3000w = 3kw



Etape 3  : calcul de la taille du générateur photovoltaïque (ensemble des panneaux à installer)   :

la puissance crête des panneaux à installer dépend de l’irradiation du lieu d’installation. on la calcule en appliquant la formule suivante Pc = Ep / Ir Avec Pc : puissance crête en watt crêté (wc ) Ep : énergie produite par jour (wh/j) Ir : irradiation quotidienne moyenne annuelle (Kwh / m².jour) Concernant l’irradiation moyenne en Egypte et pour la période estivale est Ir = 2.5kwh/m².jour Application numérique : 18

Pc = 3000/2.5 = 1200wc A partir de la puissance crête des panneaux PHOTOWATT on détermine le nombre des panneaux solaire nécessaires a l’installation sachant que l’installateur à proposer des module photovoltaïque de la gamme PX1650 DE puissance 165 WC -24

Figure n 8 : PHTOWATT

Application numérique : 1200/165 = 7.27 = 8 panneaux solaire  Donc dans notre installation on besoin de 8 panneau solaire

II. dimensionnement du parc de batterie : Pour réaliser le dimensionnement de la batterie , on procédé de la façon suivante : 

on calcul l’énergie consommée ( EC) par les différentes récepteurs



on détermine le nombrez de jour d’autonomie nécessaire



on détermine la profondeur de décharge acceptable pour le type de batterie utiliséz



on calcul la capacité c de la batterie en appliquant la formule suivante C= Ec * N / D*U

Avec : 19

C : capacité de la batterie en ampèreheure (Ah) Ec : énergie consommé par jour (wh/j) N : nombre de joue d’autonomie qui doit être 5 jour en cas de mauvais temps D : décharge maximale admissible ( 0.8 pour les batteries au plomb ) U : tension de la batterie Application numérique : C = 1950 * 5 / 0.8 *24 = 507.81 Ah

III. Dimensionnement des sections des câbles : C’est sur la partie courant continue de l’installation que les intensités sont les plus importantes c’est donc dans cette partie que se pose le problème des pertes joules et des chutes de tensions dans le câbles . Chute de tension maximale entre panneaux  boite de raccordement  onduleur et

batterie  ∆U = 2% Etape 1 : calcul du courant de sortie d’un panneau à sa puissance nominale : I = P / U = 165 / 24 = 6.875 A Etape 2 : calcul de la résistance : R = ∆U / I = (24 * 2 / 100 )/6.875 = 0.007 Ω Etape 3 : calcul de la section du câble entre les panneaux et le boitier de raccordement : S= ( f * l) / R = 1.6 . (10exp -8) * 5 *2 / 0.007 = 2.8mm² Etape 4 : calcul la section des conducteur entre les boitiers de raccordement et l’onduleur I = 8*165 / 24 = 55 A 20

R = 0.48 / 55 = 0.0087 Ω

S= 1.6 . (10exp -8) *10 * 2 / 0.0087 = 36.78 mm² Etape 5 : calcul la section des conducteur entre l’onduleur et batterie : Avec P nom onduleur = 2000w I = 2000/24 = 83.33 A R = 0.48 / 83.3 = 0.0057 Ω S = 1.6(10exp -8)*5*2/0.057 = 28 mm²

IV.

schéma électrique de l’installation

figure n 9 : schéma électrique de l’installation

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CONCLUSION  : La formation en alternance est un nouveau procédé de formation professionnelle, elle présente des avantages aux autres types de formations. En effet, les périodes de stage représentent un vrai défit pour le stagiaire : d’une part, c’est une opportunité pour illustrer les connaissances théorique déjà vues à l’institut et d’autre part, elles permettent d’assurer à l’entreprise un personnel qualifié répondant à ses besoins, de familiariser le stagiaire avec le milieu professionnel et l’adapter rapidement au poste de travail afin de faciliter son insertion dans le tissu économique après sa formation. A la fin de ce rapport, je n'ai qu'à remercier de nouveau les employés de Maryzad qui m’aider et me donner les conseils et le soutien nécessaires. J'espère que mon rapport répond à l'objectif déjà fixé et qu'il sera à la hauteur et la confiance accordé à mon égard.

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