Projet Energie Solaire [PDF]

Zitiervorschau

MASTER PROFESSIONNELLE EN RESEAUX TELECOMS

PROJET : ENERGIE TELECOMS

Thème: Dimensionnement d’une installation solaire sur site isolé.

Effectué par : Moussa COULIBALY

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Dirigé par : M. Rabé MAMANE

Table des matières I.INTRODUCTION....................................................................................................................................3 II STRUCTURE D’UNE INSTALLATION SOLAIRE SUR SITE ISOLE...............................................................4 III. ESTIMATION DES BESOINS ENERGETIQUES D’UNE MAISON.............................................................5 IV. DIMENSIONNEMENT DE L’INSTATLLATION.......................................................................................6 A.DIMENSIONNEMENT DES PANNEAUX PHOTOVOLTAIQUES................................................................6 B.DIMENSIONNEMENT DE L’ONDULEUR................................................................................................7 C. DIMENSIONNEMENT DES BATTERIES ................................................................................................8 D. DIMENSIONNEMENT DU REGULATEUR..............................................................................................8 E. DIMENSIONNEMENT DES CABLES......................................................................................................8 V. COUT DU SYSTEME……………………………………………………………………………………………………………………… CONCLUSION :......................................................................................................................................10

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I.INTRODUCTION La croissance de la demande des populations en énergies et la limitation des ressources classiques, fait que l’énergie solaire devient très intéressante dans plusieurs domaines, en apportant une solution réellement économique et écologique. On estime qu’actuellement plus de deux milliards de personnes ne sont pas reliées à un réseau électrique et ne le seront pas dans un avenir proche pour des questions de rentabilité liées à l’éloignement, à la faible densité de population, à la pauvreté ou au manque de besoins. Pour ces populations, les systèmes solaires autonomes peuvent jouer un rôle très important (éclairage, pompage…etc.). Pour alimenter une maison isolée en énergie solaire, il faudrait prévoir la production et le stockage de l’électricité pour l’éclairage, les appareils électroménagers et le pompage d’eau. La quantité de lumière captée par les panneaux solaires dépend inévitablement des conditions météorologiques (température ambiante, humidité relative…). Le choix et le dimensionnement des différents éléments de l’installation solaire doivent tenir compte des besoins énergétiques et de l’aspect économique. En plus ce travail a été orienté plutôt à une étude pratique que théorique

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II STRUCTURE D’UNE INSTALLATION SOLAIRE SUR SITE ISOLE Cette structure est un modèle idéal que nous avons choisi, mais les réalités du marché peuvent en décider autrement puisque la fixation des panneaux au toit est une technologie qui n’existe pas partout.

III. ESTIMATION DES BESOINS ENERGETIQUES D’UNE MAISON Le schéma du système à dimensionner. Nous avons calculé l’énergie journalière consommée par une maison solaire de type F3, de surface environ 85 m². Les différentes applications des

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systèmes photovoltaïques sont : l’éclairage, le pompage, la réfrigération et le matériel audiovisuel.

Pour l’éclairage 7 lampes économiques de 10 W sont nécessaires. Les réfrigérateurs ou les congélateurs de type solaire 12 ou 24V qui ont un volume voisin de 100 litres consomment environ 600 Wh/jour. Le matériel audiovisuel (TV, HiFi) de type 12 V consomment 50 W avec un temps d’utilisation de 6 heures. Les systèmes de pompage les plus répandus fonctionnent avec un débit d’eau proportionnel à l’énergie lumineuse reçue et stocke l’eau dans un réservoir pour les utilisations nocturnes. Avec une hauteur manométrique totale moyenne de l’ordre de h=24 m (l’eau est à une profondeur moyenne de 20m et le réservoir de stockage est à 4 mau-dessus du sol) et un débit Q=0,5m 3 /heure la puissance Pp du groupe moteur  pompe peut être calculée par la formule suivante : Pp = ρ g h Q/ η  ρ = 1000 kg/m 3 est la masse volumique de l’eau, g  = 9,81  m/s est l’accélération de l’apesanteur et η = 0,4 est le rendement du groupe moteur – pompe. Le résultat est approximativement de 80 W Pour un besoin de 2  m3 par  jour, la pompe doit fonctionner durant 04  heures, de préférence entre 11heures et 15heures au moment où  l’éclairement solaire est maximal.

TABLEAU DE CE BESOIN ENERGETIQUE  JOURNALIER  charge

Puissance en (W)

Temps d’utilisation

Energie/jour

7 lampes 1 réfrigérateur 2 ventilateur 1 TV 1 pompe

7x10=70 25 2x50=100 50 80

(heures) 04 24 04 06 04

(Wh/j) 280 600 400 300 320

Total

300

1900

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En tenant compte des puissances des composants alimentés en  courant continu (DC)  et du  temps d’utilisation, nous obtenons une consommation  journalière Ej =1900 Wh/jour.

IV. DIMENSIONNEMENT DE L’INSTATLLATION Nous devons calculer le nombre de panneaux photovoltaïques nécessaires, dimensionner les batteries de stockage, l’onduleur, le régulateur et la section des câbles. D’entrée du jeu nous prenons comme rendements ηp= ηb= ηo= ηr= ηi=0.9 Avec  ηp=rendement du panneau,  ηb=rendement des batteries,  ηo=rendement de l’onduleur,  ηr=rendement du régulateur,  ηi=rendement des panneaux

A. Dimensionnement des Panneaux photovoltaïques La détermination de puissance crête installée présente un intérêt tout particulier, compte tenu du coût du watt-crête. Généralement, la variation de l’énergie fournie par un panneau photovoltaïque d’inclinaison donnée, ne suit pas celle des besoins en énergie d’une habitation. Si on fixe la puissance crête pour satisfaire au mieux les besoins d’un mois donné, on obtient généralement un déficit ou un excédent pour d’autre mois. Sur quelle période faut-il s’efforcer d’égaler les besoins et les apports? Une inclinaison égale à la latitude du lieu permet de capter une quantité d’énergie annuelle maximale, mais : Une partie de cette énergie risque d’être inutile ; l’énergie est chère à stocker.  Le panneau risque d’être trop cher.  Une inclinaison forte (plus proche de la vertical : latitude du lieu + 20° par exemple) favorise la captation de l’énergie solaire en hiver (quand le soleil est bas).

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En procédant à déterminer

le nombre   de panneaux photovoltaïques nécessaires pour

produire cette puissance. Nous allons faire des calculs simples et pratiques : -on majore l’énergie Ej de K=1.2, donc on aura l’énergie majorée Em=1900x1.2=2280Wh -calculons l’énergie des panneaux Ep=Em//(ηoηb. ηr. ηi),donc on aura Ep=3475wh -on détermine le nombre de panneau en série : Ps Ps=Us/Up avec Us=24V et Up=12V d’où Ps=2 -on détermine le nombre de panneaux en parallèle Pp=Ep/(K.Pp), Donc on aura Pp=3475/(4x210)=5,

D’où on aura besoin de 10 panneaux de 12V

B.DIMENSIONNEMENT DE L’ONDULEUR Le dimensionnement des onduleurs d’une installation PV est souvent source de confusion car il faut distinguer les puissances AC et DC. Du côté DC il faut distinguer la puissance crête de l’installation et sa puissance réelle (instantanée) en cours de fonctionnement. Enfin, il faut prendre garde à la tension des strings connecté à l’onduleur. De façon générale, il est de bonne pratique de procéder à un sous-dimensionnement (de-rating) de la puissance AC de l’onduleur comparée à la puissance crête du (des) string(s) connecté. Ce sousdimensionnement est toléré jusqu’à 80% de la puissance crête (un onduleur de 3 kVA pour un string de 3,75 kWc, de-rating de 80%). Pour un système qui n’est pas orienté de manière optimale par rapport à la course du soleil, on tolérera plus facilement le sousdimensionnement. Exemple (basé sur un cas réel) : Une installation de 75 kWc développera une puissance instantanée qui va varier avec l’intensité de l’irradiation reçue (de manière quasi linéaire). Au cours de l’année, l’irradiation reçue dans le plan des panneaux varie entre 0 et 1050 W/m² (à midi, avec une température des panneaux à 45°C). La puissance délivrée par l’installation de 75 kWc est de 64 kVA en sortie des onduleurs (AC) pour une puissance entrante (DC) de 66,3 kW Pour l’utilisation de couches-minces, le sous-dimensionnement est souvent déconseillé et le surdimensionnement plutôt préconisé. Ces aspects doivent être évalués pour chaque combinaison de panneaux et d’onduleurs.

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C. Dimensionnement des batteries Dimensionner les batteries, c’est choisir un stockage tampon permettant de s’affranchir des variations climatiques temporaires, à l’échelle de l’heure, de la journée et de quelques jours de mauvais temps. Ainsi après le calcul de l’énergie consommée Ej (Wh/j), on choisit le nombre de jours d’autonomie N dont on souhaite bénéficier, on utilise la profondeur de décharge maximale acceptable par la batterie D et on calcule la capacité C de la batterie en appliquant la formule. C = Ej N / (ηb D U)  Où U est la tension de la batterie. Avec 3 jours d’autonomie, une profondeur de décharge maximale de 0,85 et une tension de batterie de 12 V, nous obtenons une capacité C = 657,4 Ah. On peut utiliser 6 batteries de 110 Ah / 12V.

D. Dimensionnement du régulateur Le régulateur contrôle la charge et la décharge des batteries. Le dimensionnement de la régulation de charge (à l’entrée) est fonction de la puissance du générateur. Tandis que le dimensionnement de la régulation de décharge (à la sortie) est fonction de la puissance totale à débiter(on prend 1,5 fois le courant de court circuit total des modules qui est de 7A) et du courant de sortie du régulateur qui doit être supérieure à la valeur maximale appelée par les récepteurs. Soit un courant d’entrée Ie =1,5 *4 * 7 = 42A et un courant de sortie Is = 1,5 * 300/12 = 37,5A.des récepteurs. Ainsi, il faut tenir compte du courant de charge maximale que les modules sont susceptibles. D’où pour notre installation il faut un regulateur de 40A

E. Dimensionnement des câbles La chute de tension admissible pour la liaison panneaux régulateur est ΔU = 0,5 V et la distance maximale tolérée entre le champ et la batterie est L = 10 mètres. La section du câble Sc se calcule à partir du courant de sortie Is et de la résistivité ρc  du cuivre par l’équation suivante. 

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Sc = ρc  Is L /ΔU Sc ≥ 1,6 10 8 * 37,5 * 10 / 0,5 = 12  mm².

V. COUT DU SYSTEME Les prix des éléments de l’installation   sont rassemblés dans le tableau ,et sont relatifs a cause des diverses provenance des équipements

désignation

nombre

Prix unit(FCFA) Prix total(FCFA)

Module 125 Wc Batterie 110 Ah Regulateur 40A onduleur Les câbles

10 6 1 1 10 mètres

65 000 15 000 30 000 50 000 20 000

TOTAL

650 000 90 000 30 000 50 000 20 000

840 000 Conclusion 

L’objectif général de notre étude est de produire de l’énergie électrique de manière autonome à partir de l’énergie solaire en utilisant une installation des systèmes photovoltaïques. Au cours de cette étude nous avons dimensionné l’installation de notre système PV, et ca nous a permis de fouiller pas mal de documents pour enrichir notre connaissance à la matière . Enfin, nous osons espérer que notre étude sera complétée par un projet pratique

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Bibliographie C.Bernard « station solaire autonome pour l’alimentation station pompage » l’archive ouverte pluridisciplinaire HAL 2006. A.Hammidat Hadj arab et M.T BOUKADOUM « performance et cout des systèmes de pompage PV en ALGERIE » (2005).

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