Rapport FINAL [PDF]

Zitiervorschau

Université Hassan II de Casablanca Ecole Normale Supérieure de l’Enseignement Technique ENSET de Mohammedia

Département Génie Electrique Filière : «Génie Electrique Option : Systèmes Electriques et Energies Renouvelables» GE-SEER

Rapport du Projet

Etude Technique et Financière d’une microcentrale solaire photovoltaïque

Réalisé par : • • • • •

Encadré par : • • •

ZEFZAF Nouhayla AIT RAZOUK Bouchra BAHADI Fatima-Zahra MIKLI Brik AIT HADOU Hamid

M. ZEGGAF Mme. ABRA Mme. ELMAHMOUDI

Année Universitaire : 2020-2021

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Remerciements

Nous devons remercier dans un premier temps, nos professeurs M. ZAGGAF, Mme. ABRA et Mme. ELMAHMOUDI d'une manière spéciale et sincère, pour leur patience, leur disponibilité et surtout leurs judicieux conseils, qui ont contribué à alimenter notre réflexion, et aussi pour leur soutien et confiance dans notre travail et la capacité à guider nos idées ont été une contribution inestimable, non seulement dans le développement de ce projet, mais aussi dans notre formation. Leurs propres idées, toujours encadrées par leur orientation et leur rigueur, ont été la clé du bon travail que nous avons accompli ensemble, qui ne peut être conçu sans leur participation toujours opportune.

On remercie également toute l’équipe pédagogique de l’ENSETM et les intervenants professionnels responsables de notre formation.

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SOMMAIRE Remerciements ......................................................................................................................... 2 Liste des figures ........................................................................................................................ 5 Liste des tableaux ..................................................................................................................... 6 Introduction .............................................................................................................................. 7 1.

ANALYSE FONCTIONNELLE ..................................................................................... 9 1.

Introduction : ............................................................................................................... 9

2.

Les étapes de l’analyse fonctionnelle : ....................................................................... 9

3.

Présentation du logiciel Odoo : ................................................................................ 12

2.

ETUDE ET GEOREFERENCEMENT DU SITE ....................................................... 17 1.

Introduction : ............................................................................................................. 17

2.

Cartes ......................................................................................................................... 17 2.1.

Les couches vectrices : ...................................................................................... 17

2.2.

Création des couches rasters : .......................................................................... 19

2.3.

Résultats de la conversion en Raster

2.4.

Partie AHP

: ............................................................. 22

: .................................................................................................... 22

3. ETUDE TECHNIQUE ET DIMMENSIONNEMENT DE L’INSTALLATION PHOTOVOLTAIQUE ........................................................................................................... 25 1.

Sites isolés proposés ................................................................................................. 25

2.

Plan architectural du douar ....................................................................................... 25

3.

La consommation journalière .................................................................................. 26

4.

Estimation de l’ensoleillement .................................................................................. 26

5.

Calculer la puissance de l’installation ...................................................................... 30

6.

Dimensionnement de l’installation ........................................................................... 30 6.1.

Choix du module photovoltaique : .................................................................... 30

6.2.

Dimensionnement du parc des batteries :.......................................................... 32

6.3.

Choix de l’onduleur : ........................................................................................ 35 Choix des elements de protection de l’installation photovoltaique .......................... 36

7.

4.

7.1.

Calcul de la section des cables : ........................................................................ 36

7.2.

Choix du disjoncteur : ....................................................................................... 39

7.3.

Choix des parafoudres : ..................................................................................... 39

7.4.

Choix de la boite de jonction : .......................................................................... 41

ETUDE FINANCIERE .................................................................................................. 43 1.

Analyse économique ................................................................................................. 43 Page 3

2.

Etude de rentabilité .................................................................................................... 43

Conclusion .............................................................................................................................. 45 Webographie .......................................................................................................................... 47

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Liste des figures Figure 1: Diagramme bête à cornes ........................................................................................... 9 Figure 2: Diagramme de pieuvre .............................................................................................. 11 Figure 3: Diagramme FAST..................................................................................................... 12 Figure 4: Interface du logiciel Odoo ........................................................................................ 12 Figure 5: Création de projet ..................................................................................................... 13 Figure 6: Les quatre parties de projet ....................................................................................... 13 Figure 7: le nombre des taches ................................................................................................. 13 Figure 8: Répartition des tâches de chaque membre ................................................................ 14 Figure 9: Analyse fonctionnelle ............................................................................................... 14 Figure 10: Choix de site ........................................................................................................... 14 Figure 11: Dimensionnement des équipements ....................................................................... 15 Figure 12: Partie QGIS............................................................................................................. 15 Figure 13: Couche de Site OUTERBATE ............................................................................... 17 Figure 14: Les routes primaires................................................................................................ 18 Figure 15: Les lignes électriques.............................................................................................. 18 Figure 16: Distance Buffer 5km ............................................................................................... 19 Figure 17: Distance buffer 10Km ............................................................................................ 19 Figure 18 : Union entre les couches ......................................................................................... 20 Figure 19: Couche de gisement solaire de site ......................................................................... 20 Figure 20: Raster des lignes électriques ................................................................................... 22 Figure 21: Raster des routes primaires ..................................................................................... 22 Figure 22: Etape 2 de l'AHP..................................................................................................... 23 Figure 23: Etape 3 de l'AHP..................................................................................................... 23 Figure 24: La carte outerbat ..................................................................................................... 25 Figure 25: Plan architectural du douar ..................................................................................... 25 Figure 26: Irradiation solaire mensuelle .................................................................................. 27 Figure 27: Ratio diffus pour global moyen mensuel ................................................................ 27 Figure 28: Température moyenne mensuelle ........................................................................... 28 Figure 29: Rayonnement moyen quotidien sur plan fixe ......................................................... 29 Figure 30: Profil de la température moyenne journalière [°C] ................................................ 30 Figure 31: Disposition des panneaux. ...................................................................................... 32 Figure 32: batterie 12-CS-11PS ............................................................................................... 34 Figure 33: parc batteries ........................................................................................................... 35 Figure 34: Schéma de l’installation globale ............................................................................. 36 Figure 35: La longueur des câbles ........................................................................................... 37 Figure 36: les portions de l'installation .................................................................................... 37 Figure 37: parafoudre LT1-20.. ................................................................................................ 41 Figure 38: datasheet de l'onduleur............................................................................................ 46

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Listes des tableaux Tableau 1: Méthode QQOQCPC ............................................................................................. 10 Tableau 2: Les fonctions .................................................................................................................... 11 Tableau 3: attributs de l’union ................................................................................................. 20 Tableau 4: La consommation journalière ........................................................................................ 26 Tableau 5: Irradiation solaire mensuelle .................................................................................. 26 Tableau 6: Ratio diffus pour global moyen mensuel ..................................................................... 27 Tableau 7: Température moyenne mensuelle .......................................................................... 28 Tableau 8: Rayonnement moyen quotidien..................................................................................... 28 Tableau 9: Profil de la température moyenne journalière ........................................................ 29 Tableau 10: caractéristiques des panneaux ..................................................................................... 31 Tableau 11: caractéristiques électriques du panneau ............................................................... 31 Tableau 12: les puissances et les tensions recommandées ............................................................ 33 Tableau 13: caractéristiques des batteries ................................................................................ 34 Tableau 14: caractéristiques de La batterie 12-CS-11PS .............................................................. 34 Tableau 15: caractéristiques de l'onduleur ...................................................................................... 36 Tableau 16: calcul des sections ......................................................................................................... 39 Tableau 17: les sections proposées .......................................................................................... 39 Tableau 18: paramètres du choix du parafoudre ............................................................................ 40 Tableau 19: caractéristiques du parafoudre .............................................................................. 40 Tableau 20: Le tableau des éléments du parc solaire et leurs prix ............................................... 43

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INTRODUCTION Une microcentrale solaire est une centrale électrique qui utilise l'énergie solaire pour produire, à petite échelle, de l'électricité par l'intermédiaire de panneaux solaire photovoltaïques. Cette électricité peut être utilisée, pour être stockée dans des batteries, pour alimenter des sites isolés ou être renvoyée à un réseau public de distribution. Après un tirage au sort, notre équipe a été choisi pour la première option qui et alimenter un site isolé par un système photovoltaïque autonome. Ce système est composé de panneaux solaires, d’un onduleur ainsi que de batteries qui permettent de stocker le surplus d’énergie non consommée pour une utilisation le soir quand le système ne produit pas. Par conséquent, cette solution est idéale pour les zones qui ne sont pas raccordées ou desservies par le réseau d’électricité. Les avantages de ce système solaire sont : •

Une solution fiable pour éviter les coupures de réseau

•

Une source d’énergie gratuite et illimitée.

•

Sa technologie est mature et nécessite très peu de maintenance

•

L’installation d’un tel système est rapide

Dans ce rapport nous commencerons tout d’abord par une analyse globale du projet après nous aborderons l’étude et les critères de choix du site, ensuite nous traiterons la partie technique qui est le dimensionnement de tous les équipements nécessaires pour la mise en œuvre de notre installation et finalement une étude économique de notre système photovoltaïque.

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CHAPITRE1 A N A LY S E F O N C T I O N N E L L E

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I. Analyse fonctionnelle 1. Introduction : L’analyse fonctionnelle est une démarche qui permet de traduire le besoin de client de façon très détaillée et très structurée en focalisant sur les caractéristiques du résultat à obtenir. Le besoin fonctionnel s'exprime sous la forme de fonctions de service à satisfaire.

2. Les étapes de l’analyse fonctionnelle : Lors d’une démarche d’analyse fonctionnelle, les concepteurs du produit doivent suivre les étapes suivantes, présentées dans l’ordre chronologique : • • •

L’Analyse du Besoin permet d’exprimer le besoin. L’Analyse Fonctionnelle du Besoin permet d’identifier les relations du produit avec son contexte d’utilisation, afin de dégager des Fonctions de Service, aptes à satisfaire le besoin. L’Analyse Fonctionnelle Technique permet de déterminer les Fonctions Techniques nécessaires aux fonctions de service. Ces fonctions techniques guident les concepteurs dans la recherche des solutions technologiques.

Analyse de besoin : o

Diagramme Bête à corne :

Figure 1: diagramme bête à corne

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Le besoin : La microcentrale photovoltaïque offre l’électricité aux habitants du douar en convertissant l’énergie solaire en énergie électrique. Exprimer le besoin – Méthode QQOQCPC : La méthode QQOQCPC (Quoi, Qui, Où, Quand, Comment, Combien, Pourquoi), appelé aussi méthode du questionnement est un outil simple d’aide à la résolution de problèmes comportant une liste quasi exhaustive d’informations sur le projet. Profiter de l’énergie électrique dans les sites isolés.

Quoi ?

De quel besoin s'agit-il ?

Qui ?

Quelle sont les personnes concernées par Les habitants du douar OUTERBAT ce besoin ?

Où ?

A quel endroit, Dans quelles conditions ? Douar OUTERBAT

Quand ?

A quel moment ?

Comment ?

Pourquoi ? Combien ?

Tout au long de la journée. La microcentrale exploite le gisement Sous quelle forme ? Dans quel cas solaire du site, en convertissant l’énergie apparaît ce besoin ? solaire en énergie électrique. Pour satisfaire les besoins des habitants Quelles sont les raisons qui font en rattrapant le non raccordement au apparaître ce besoin ? réseau électrique du site. Combien de personne sont concernées 100 habitants du douar sont concernés par ce besoin ? par le service. Tableau 1: Méthode QQOQCPC

• Analyse fonctionnelle du besoin Dans cette étape, on est mené à rédiger un cahier des charges fonctionnel. Pour ce faire on va identifier et caractériser les Eléments du Milieu Extérieur (E.M.E.), identifier les Fonctions de Service et caractériser les Fonctions Services. • Identification et caractérisation des Eléments du Milieu Extérieur (EME) Afin d’identifier les éléments du milieu extérieur du « produit », nous avons élaboré un diagramme de « Pieuvre ». C’est une méthode issue de la méthode APTE, est un outil de représentation des fonctions d’un objet et de leurs relations. Le diagramme pieuvre est un diagramme d’association. Ce diagramme est constitué du système et des éléments de son milieu environnant. Il fait apparaître les associations (les fonctions) entre les éléments du milieu environnant et le système.

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Diagramme Pieuvre :

Figure 2: diagramme de pieuvre

•

Identification et caractérisation des fonctions de Service

Les fonctions FP1

Produire de l’énergie électrique.

FP2

Alimenter les équipements des familles de douar.

FP3

Stocker l’énergie électrique produite dans les batteries.

FC1

Permet à l’habitat de douar de profiter de l’énergie électrique.

FC2

Gagner sur le plan écologique et environnemental.

FC3

Respecter les normes de sécurité. Tableau 2: les fonctions

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•

Diagramme « Fast »

Figure 3: diagramme FAST

3. Présentation du logiciel Odoo Odoo est un outil polyvalent permettant la gestion des entreprises. Il est entièrement personnalisable grâce à ses différents modules et s'adapte parfaitement à toutes sortes de structures. Pour mener à bien notre étude, nous avons utilisé le progiciel « Odoo » pour gérer les différentes tâches.

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Figure 4: Interface du logiciel Odoo

❖ Création du projet sous Odoo ➢ Dans cette partie on a créé notre projet sous ODOO

Figure 5: Création de projet

➢ Puis on a spécifié 4 parties principales pour réaliser notre projet

Figure 6: Les quatre parties de projet

Chaque partie est devisée en sous tâches

Figure 7: le nombre des taches

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➢ Les tâches qui sont effectués par chaque membre de l’équipe du projet

Figure 8 : Répartition des tâches de chaque membre

Des exemples des tâches effectuées par chaque membre d’équipe et les délais de réalisations sont représentés ci-dessous : Tâche 1 : Analyse fonctionnelle

Figure 9: Analyse fonctionnelle

Tâche 2 : Choix de site

Figure 10: Choix de site

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Tâche 3 : Dimensionnement des équipements :

Figure 11: Dimensionnement des équipements

Tâche 4 : Partie QGIS

Figure 12: Partie QGIS

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CHAPITRE2 ETUDE ET GEOREFERENCEMENT DU SITE

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II.

Etude et Géoréférencement du site

Système d’information géographique SIG 1. Introduction Un système d'information géographique (SIG) est un système d'information conçu pour recueillir, stocker, traiter, analyser, gérer et présenter tous les types de données spatiales et géographiques. Les logiciels assurent les six fonctions suivantes : ❖ Saisie des informations géographiques sous forme numérique (Acquisition) ❖ Gestion de base de données (Archivage) ❖ Manipulation et interrogation des données géographiques (Analyse) ❖ Mise en forme et visualisation (Affichage) ❖ Représentation du monde réel (Abstraction) ❖ La prospective (Anticipation). Les données géographiques sont importées à partir de fichiers ou saisies par un opérateur. Une donnée est dite « géographique » lorsqu'elle fait référence à un (ou plusieurs) objet(s) localisé(s) à la surface de la Terre. Ses coordonnées sont définies par un système géodésique (ou système de référence spatiale).

2. Cartes Dans cette partie on va créer les cartes des lignes électriques, routes primaires et le gisement solaire de site OUTERBATE.

2.1) Les couches vectrices : •

Couche de Site OUTERBATE :

Figure 13: Couche de Site OUTERBATE

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• Les routes primaires :

Figure 14: Les routes primaires

• Les lignes électriques :

Figure 15: Les lignes électriques

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2.2) Création des couches rasters : •

Les couches des lignes électriques et routes primaires.

On a choisi pour notre cas les distances 5km et 10km comme des distances pour chaque couche. Après on a créé pour chaque distance une distance buffer. Distance Buffer 5km :

Figure 16: Distance Buffer 5km

Distance buffer 10Km

Figure 17 : Distance buffer 10Km

•

Union entre les couches Par la suite, on a fait l’union entre les buffers distances 5Km et 10Km de chaque couche.

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Figure 18: Union entre les couches

o La table d’attributs de l’union : On a ajouté à la table d’attributs de l’union une distance final qu’on l’indique par distancf qui nous permet après de convertir la couche vecteur en couche raster. Grâce à la calculatrice de champs on a pu affecter à cette distance les valeurs des distances buffers.

Tableau 3: attributs de l’union

•

Couche de gisement solaire de site

Tout d’abord, on a téléchargé de site IRENA GLOBAL MAP la carte raster de gisement solaire de Maroc.

Figure 19: Couche de gisement solaire de site

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Par la suite, on a essayé de faire le découpage entre la couche de site OUTERBAT et la couche raster solaire de Maroc. Pourtant, on a trouvé comme résultat une couche raster nulle. Pour résoudre ce problème on a téléchargé de site IRENA la couche raster qui montre juste le gisement solaire de notre zone OUTERBAT comme indique la capture suivante.

Puis on a fait l’extraction de notre zone OUTERBATE de ce raster pour avoir le raster d’ensoleillement qui montre le gisement solaire.

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2.3) Résultats de la conversion en Raster : •

Raster des lignes électriques : qui montre le critère d’isolation de notre site.

Figure 20: Raster des lignes électriques

• Raster des routes primaires : qui montre le critère d’accessibilité de notre site

Figure 21: Raster des routes primaires

2.4) Partie AHP : Les critères qu’on a choisis pour AHP sont : • • •

Isolation Ensoleillement Accessibilité

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Dans notre projet le critère important c’est l’isolation puisque notre premier objectif est d’électrifier ce site qui est isolé de réseau électrique. C’est pour cela on donne 5 comme coefficient de pondération par rapport à l’ensoleillement et 4 par rapport au critère d’accessibilité.

Figure 22: Etape 2 de l'AHP

On remarque que CR < 0.1, donc les coefficients de pondération de notre AHP sont justes. o L’AHP calcule le poids de chaque couche raster :

Figure 23: Etape 3 de l'AHP

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CHAPITRE3 ÉTUDE TECHNIQUE ET DIMENSIONNEMENT DE L’INSTALLATION P H O T O V O LTA Ï Q U E

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III. Étude technique et dimensionnement de l’installation photovoltaïque 1. Sites isolés proposés Dans cette partie on va proposer un site ayant un potentiel solaire important pour installer une centrale solaire. Ce site n’ayant pas une accessibilité au réseau électrique, avec un nombre de ménage de 100 familles. Donc on va choisir un site qui des données mensuelles et quotidiennes d’irradiation suivantes pour l’année 2016 en utilisant PVGIS : Le site choisi, outerbat (Latitude/Longitude : 32.142, -5.355) La figure ci-dessous montre la carte d’OUTERBAT.

Figure 24: La carte outerbat

2. Plan architectural du douar

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Figure 25: Plan architectural du douar

3. La consommation journalière : Avant d’entamer le dimensionnement il est nécessaire d’établir le bilan énergétique afin de déterminer la consommation journalière de chaque ménage, le tableau ci-dessous, donne le nombre et les puissances des équipements d’un foyer ces informations permettront de calculer la puissance maximale consommée instantanément et le besoin énergétique journalier, afin d’en déduire la puissance photovoltaïque à mettre en place à cet effet

Nombre Appareil 100 Lampes de cuisine 300 Lampes des salon 200 Lampes des chambres 100 Réfrigérateur 100 Télévision 300 Chargeur de téléphone 100 Mixeur Consommation de veille

Puissance 25 100 25 700 10 5 200 0

h de fonctionnement(h/j) 4 5 3 24 2 1 0,5 24 Energie journalière totale Energie mensuelle

Energie journalier (Wh) 10000 150000 15000 70080 2000 1500 10000 0 258580 Wh/jour 7757,4 kwh/mois

Tableau 4: La consommation journalière

D’où :

Ej=258.58 Kwh/j

4. Estimation de l’ensoleillement :

Données mensuelles d’irradiation •

Irradiation solaire mensuelle

Irradiation globale horizontale kWh/m2

Direct Normal irradiation kWh/m2 Page 26

Global irradiation optimum angle kwh/m2

Mois Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

2016 131.06 124.67 167.99 184.97 194.16 241.03 226.07 209.66 165.21 139.05 96.93 95.59

Mois Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

2016 198.21 166.36 177.24 179.21 170.05 246.83 207.89 207.37 166.45 166.57 131.24 155.06

Mois Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

Tableau 5: Irradiation solaire mensuelle

Figure 26: Irradiation solaire mensuelle

•

Ratio diffus pour global moyen mensuel Ratio diffus/global mois Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

2016 0.34 0.3 0.36 0.34 0.37 0.25 0.31 0.29 0.34 0.32 0.34 0.3

Tableau 6: Ratio diffus pour global moyen mensuel

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2016 206.75 169.93 196.75 188.79 180.26 214.65 207.93 208.73 184.97 178.14 139.64 152.47

Figure 27: Ratio diffus pour global moyen mensuel

•

Température moyenne mensuelle

Température moyenne mensuelle (degrées) Month Janvier Février Mars Avril Mai Juin Juillet Août Septembre Octobre Novembre Décembre

2016 5.2 3.7 6 11.7 14 20.2 23.4 20.9 17.6 12.3 5.1 1.8

Tableau 7: Température moyenne mensuelle

Figure 28: Température moyenne mensuelle

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1.1 Données quotidiennes d’irradiation. On a choisi un jour dans le juillet pour déterminer ces caractéristiques suivantes : •

Rayonnement moyen quotidien sur plan fixe avec une inclinaison de 35° and azimut 0°

Tableau 8: Rayonnement moyen quotidien sur plan fixe avec une inclinaison de 35° and azimut 0°

Avec : G(i): Rayonnement global sur plan fixe [W/m2]. Gb(i): Rayonnement direct sur plan fixe [W/m2]. Gd(i): Rayonnement diffus sur plan fixe [W/m2]. Gcs(i): Rayonnement global ciel clair sur plan fixe [W/m2].

Figure 29: Rayonnement moyen quotidien sur plan fixe

•

Profil de la température moyenne journalière

Tableau 9: Profil de la température moyenne journalière

Avec : Page 29

T2m : Profil de la température moyenne journalière [°C].

Figure 30: Profil de la température moyenne journalière [°C]

5. Calculer la puissance de l’installation : Pour profiter le maximum possible des rayonnements solaire et optimiser l’exploitation de notre champ photovoltaïque. On choisit une orientation des panneaux pleins sud avec une inclinaison de 31° Maintenant nous savons quelle est notre consommation quotidienne et l’ensoleillement de notre site, il nous faut calculer la production quotidienne. 𝑃𝑐 =

𝐸𝑗 𝐾 ∗ 𝐻𝑗

Pc : puissance crête. K : coefficient des pertes (les pertes dans les convertisseurs + les câbles). Ir : Irradiation du mois le plus défavorable 1000 c’est l’ensoleillement de référence (1000Wc/m2). 𝑃𝑐 =

258.58 ∗ 103 0.65 ∗ 4.65

𝑃𝑐 = 85.551 𝐾𝑊𝑐

6. Dimensionnement de l’installation

6.1) Choix du module photovoltaïque :

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Référence Fabriquant Puissance crête Prix unitaire Garantie Nombre des PPV Nécessaire Encombrement Prix total des panneaux

Modèles des panneaux ALM-320D- CS3K-320MS24 AG 1500V Alex Solar Canadian Solar Inc. 320Wc 320Wc 1400 DHs 1200 DHs 10 ans 15 ans 268 268 1.67 m² 23 Kg 257600Dhs

1.622m² 22.5Kg 220800Dhs

JAM672320/ JA solar 320 Wc 1300 DHs 10 ans 268 26 Kg 239200Dhs

Tableau 10: caractéristiques des panneaux

Pour notre cas le meilleur panneau à choisir est le CS3K-320MS-AG 1500V de 320 Wc •

Caractéristiques du module photovoltaïque : Module photovoltaïque choisi Pmax(W) Vmp(V) Imp(A) Voc(V) Isc(A) Module efficiency Operating temperature (°C) Max system voltage (V)

CS3K-320MS-AG 1500V 320 33,3 9,61 40,1 10,14 19,30% De -40 à 85 1500 V (IEC/UL) or 1000 V(IEC/UL)

Tableau 11: caractéristiques électriques du panneau

•

Estimation du nombre de panneaux à installer Nombre des panneaux >

Pc 85 551 > > 267.34~268 panneaux Puissance unitaire 320

Le nombre minimum des panneaux à utiliser pour produire l’énergie nécessaire est 268 PPV Remarque : Pour des raisons de compatibilité avec les autres équipements à installer, On choisit 280 PV dont 14 en série est 20 en parallèle, et dont la disposition est comme suit.

•

Disposition des panneaux

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Figure 31: Disposition des panneaux

6.2) Dimensionnement du parc batteries Les accumulateurs ou batteries de stockages servent à stocker le surplus d’énergie produite en journée par l’installation PV pour le réutiliser la nuit et les jours suivants en cas de non ensoleillement. Pour cela on doit dimensionner notre parc batteries afin d’assurer une autonomie minimum de 3 jours. La capacité C du parc batteries (en Ah) dépend de la consommation journalière, du nombre de jours d’autonomie, de la tension du bus DC et du type de batteries utilisé :

BS = C(Ah) =

Ej ϵ

Ej BS = Nj ∗ DP . V DP . ϵ. V

Bs : besoin de stockage Nj : nombre de jours d’autonomie V : tension du système Dp : coefficient de décharge profonde 𝝐: coefficient des pertes (Onduleur, câblage, connexions) On peut estimer le coefficient des pertes à 0,7 si l’on utilise un onduleur de rendement supérieur à 90% Choix de la tension de bus DC :

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Le choix de la tension de stockage 12V, 24V ou 48 V, est assez simple, plus on consomme d'énergie, plus on doit utiliser une tension plus élevée, afin de diminuer les déperditions d'énergie, qui surviennent au transport et au stockage. Selon le guide UTE C15-712-2 : Puissance de l’installation photovoltaïque De 0 à 600 Wc De 600 à 1200 Wc Au-dessus de 1200 Wc

Tension recommandé 12 V 24 V 48 V

Tableau 12: les puissances et les tensions recommandées

Notre installation a une puissance crête de 89.6 KWc, donc il est recommandé d’utiliser une tension de batterie égale à : V = 48V DC •

La profondeur de décharge :

Le taux de profondeur de décharge dépend principalement du type de la batterie et de la durée de vie désiré, pour faire durer les batteries il est recommandé de ne pas dépasser les seuils suivants : ✓ Batterie solaire a GEL : au maximum 80% ✓ Batterie solaire au plomb ouvert : au maximum 50% ✓ Batterie solaire AGM : environ 50%, 60% au maximum ✓ Batterie lithium-ion : au maximum 90% •

Calcul de la capacité du parc batteries :

Les valeurs pris pour notre cas sont : Nj=3; Ej=258.58 kWh; V=48V; 𝝐 =0.7; Dp=0,6 La capacité de notre parc batteries est estimé à : C(Ah) ≥ Nj ∗ •

Ej ≥ 38 479 Ah DP . ϵ. V

Choix de la batterie : Modèle des batteries Référence

12-CS-11PS

UCG 250-12

Technologie Fabriquant Capacite unitaire Tension Nombre de batteries

Pb-acide, scellée, plaques

GEL Utracell 250Ah 12V 154

Rolls

296 12V 130 Page 33

VE GEL 12220 GEL Victron Energy 220 12V 175

Capacite totale Durée de vie Garantit Prix unitaire Prix totale

38480 10 7 8000 1040000

38479 9 4 5500Dhs 616000Dhs

38500 8 4 6050Dhs 774400Dhs

Tableau 13: caractéristiques des batteries

La batterie 12-CS-11PS a une durée de vie de 10 ans, un garantit de 7 ans, de capacité 296 Ah, ce qui présente le meilleur rapport qualité/prix, d’où c’est le bon choix pour notre installation. •

Caractéristique de la batterie : 12-CS-11PS

Référence Technologie Fabriquant Capacite unitaire Tension Nombre de batteries Capacite totale Durée de vie Garantit Prix unitaire Prix totale

Pb-acide, scellée, plaques Rolls

296 12V 130 38480 10 7 8000 1040000

Tableau 14: caractéristiques de La batterie 12-CS-11PS

Figure 32: batterie 12-CS-11PS

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•

Dimensionnement du parc batteries : Nombre de branches en parallèles : 𝑁𝑏𝑝 =

𝐶 𝐶𝑏𝑎𝑡𝑡

=

38 479 = 130 296

Nombre de batteries en séries : 𝑁𝑏𝑝 =

𝑉 𝑉𝑏𝑎𝑡𝑡

=

48 =4 12

Donc : le schéma de branchement du parc batteries va être composé de 4 batteries en séries et 130 chaines, ils vont être répartie comme suit :

Figure 33: parc batteries

6.3) Choix de l’onduleur Le choix de l’onduleur se fait selon la puissance transférée et sa tension, en effet l’onduleur à choisir doit être capable à fournir 89.6 KW instantanément, D’où : on choisit l’onduleur photovoltaïque PowerGate Plus 100 kW, du fabriquant SATCON CORPORATION TECHNOLOGY. Les caractéristiques de ces onduleurs sont présentées ci-dessous : Spécifications POWERGATE PLUS 100 KW Paramètres d'entrée Tension maximale d'entrée de champ PV 600 VCC 900 VCC Page 35

Configuration du champ photovoltaïque

Pole positif raccorde à la terre Pole négatif raccordé à la terre Non raccorde à la terre 315 600 VCC 420 850 VCC 331 ACC 248 ACC

Plage de tension d’entrée

Tableau 15: caractéristiques de l'onduleur

Schéma de l’installation globale :

Figure 34: Schéma de l’installation globale

7. Choix des éléments de protection pour le champ photovoltaïque :

7.1) Calcul de la section des câbles Les câbles utilisés sont en cuivre : ρ1 = 0.02314 Ω.mm²/m

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La longueur des câbles est donnée ci-après :

Figure 35: La longueur des câbles

Détermination de la longueur des câbles

Les longueurs de câbles à considérer, dans le calcul de la chute de tension, sont toutes les longueurs de câbles, entre deux points du circuit, sauf les câbles propres des modules. En effet, la chute de tension dans les câbles des modules est déjà prise en compte dans les propriétés électriques des modules. La méthodologie consiste à calculer la section des câbles pour chaque portion de la partie Champ Photovoltaïque. Dans notre cas, on distingue 22 portions :

Figure 36: les portions de l'installation

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Courant IMPP (A)

Tension UMPP (V)

Portion

Longueur

Section calculée

totale des

(chute de tension

câbles (m)

ε=0.03) 𝑺=

𝝆∗𝑳∗𝑰 𝜺 ∗ 𝑽𝑨

Portion 1

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

2

0.03179971

Portion 2

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

4

0.06359943

Portion 3

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

6

0.09539914

Portion 4

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

8

0.12719886

Portion 5

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

10

0.15899857

Portion 6

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

12

0.19079828

Portion 7

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

14

0.222598

Portion 8

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

16

0.25439771

Portion 9

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

18

0.28619743

Portion 10

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

20

0.31799714

Portion 11

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

22

0.34979685

Portion 12

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

24

0.38159657

Portion 13

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

26

0.41339628

Portion 14

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

28

0.445196

Portion 15

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

30

0.47699571

Portion 16

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

32

0.50879542

Portion 17

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

34

0.54059514

Portion 18

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

36

0.57239485

Page 38

Portion 19

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

38

0.60419457

Portion 20

1 × IMPP = 9.61A

14 * 𝑈𝑚𝑝𝑝 =466.2

40

0.63599428

Portion 21

20× IMPP = 192.2 A

14 * Umpp =466.2

14*2 = 28

8.90391992

Portion 22

20× IMPP = 192.2 A

14 * Umpp =466.2

10*2=20

6.3599428

Tableau 16: calcul des sections

Courant admissible

Courant d’emploi

Section des câbles

IZ dans les câbles

maximal (A)

proposée (mm²)

(A)

1.25×ICC

Portion 1 -20

1.5 mm²

20

1.25*10.14=12.675

Oui

Portion 21

10 mm²

400

1.25*20*10.14=253.5

Oui

Portion 22

10 mm²

400

1.25*20*10.14=253.5

Oui

Portion

IZ ≥ 1.25×ICC ?

Tableau 17: les sections proposées

Nous constatons donc que dans chacune des portions, le courant admissible IZ est bien supérieur au courant d’emploi maximal préconisé (1.25 × ICC).

7.2) Choix du disjoncteur : Pour le choix du disjoncteur on a appliqué la formule suivante : 𝐼𝑛_ 20 ≥ 1.4 ∗ ∑ 𝐼𝑠𝑡𝑟𝑖𝑛𝑔− 𝑝𝑣 = 1.4 ∗ 20 ∗ 9.61 = 269.08 𝐴

7.3) Choix du parafoudre : On choisit le parafoudre Type 1 « Renforcé » : à l’origine d’installation équipée de paratonnerre, dans un coffret dédié ou dans le TGBT, afin d’écouler efficacement les courants partiels de foudre. La mise en œuvre de parafoudre(s) est obligatoire côté générateur DC, parce qu’on est dans le cas d’une installation PV de production. Dans ce cas de mise en œuvre de parafoudres Type 1, l’un est mis en œuvre côté modules, l’autre est mis en œuvre côté onduleur selon le guide UTE C 15-712-1. Le choix du parafoudre est conditionné par ces paramètres :

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DC

Caractéristiques principales

Règles (selon UTE 15-712-1)

Ucpv

Tension maximale de régime permanent

Uoc max

Up

Niveau de la protection du parafoudre

80% de la tension, de tenue aux chocs des équipements (modules, onduleurs)

In

Courant nominale de la décharge d’un

5 KVA

parafoudre en onde 8/20µs (pouvant être écoulé 20fois) Iscpv

Courant de tenue en court-circuit d’un

Iscmax du générateur PV

parafoudre Tableau 18: paramètres du choix du parafoudre

Iscwpv est Le courant admissible par le parafoudre doit être comme suit : Iscwpv− 20 ≥ 1.25 ∗ 20 ∗ 9.61 = 240.25 A • Up est le niveau de protection Up doit être inférieure à 80% de la tension de tenue aux chocs Uw du matériel à protéger. Alors : Uw (P V) = 8 KV (D’après le guide UTE C 61-740-52). Donc : Up < 80% Uw = 6.4KV. • Ucpv est la tension maximale admissible par le parafoudre doit être inférieure ou égale à la tension maximale à vide aux bornes du générateur PV : Ucpv < 25*Voc = 25*40.1= 1002.5 V. D’où on choisit le parafoudre de référence LT1-20 contre les surtensions 2P 1000V DC PC Parafoudre photovoltaïque Shell Parafoudre Protecteur pare-foudre photovoltaïque, Installation avec rail de guidage standard (2P 20KA) dont les caractéristiques suivantes : Nom de la marque Poids de l'article Uc In Imax

Vikye 200 grammes 1000 V DC 10 KA 20 KVA

Tableau 19: caractéristiques du parafoudre

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Figure 37: parafoudre LT1-20

7.4) Choix de la boite de jonction : Les boîtes de jonction contiennent des composants spécialement développés pour les applications PV. La maintenance peut donc être confiée tout simplement pour tous les composants et le système complet. Pour notre cas on a choisi celle d’EUROPA65 1000V ABB.

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CHAPITRE4 ETUDE FINANCIERE

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IV.

ETUDE FINANCIERE 1.

Analyse économique :

L’analyse économique est importante car elle permet de connaître les coûts du projet durant toute sa durée de vie. Elle prend en compte les coûts globaux de tous les équipements du système. Cela inclut le prix du matériel, le coût de l’installation, de remplacement et de maintenance. Le coût de l’installation comprend celui des panneaux photovoltaïques. De plus, il faut prévoir le cout des composants nécessaires au bon fonctionnement du système tels que les câbles, les protections, le logement des batteries et le rack pour les panneaux. A tout cela s’ajoute les coûts de maintenance.

Equipements Electriques Quantité Cout de l'unité 280 1200 Panneaux photovoltaïques 130 8000 Batteries. 1 85000 Onduleur MPPT 1 260,63 Parafoudre 1 18450 Disjoncteur Les supports des 280 140 panneaux 1 100 Boîte de jonction Total Equipement Câblage Total Câblage Autres Charges MO Maintenance Transport Total Autres charges Total finale

Valeur en DH 336000 1040000 85000 260,63 18450 39200 100 1519010,63 3780 8000 2000 10000 20000 1542790,63

Tableau 20: Le tableau des éléments du parc solaire et leurs prix

•

Coût global de l’installation :

Le taux TVA est de 14 %, avec le coût total HT est 1542790,63 DH, donc le coût total de l’installation TTC est 1 758 781.318 DH, le cout de maintenance est inclus dans le calcul précédant.

2.

Etude de rentabilité : •

Calcul du gain annuel : 𝐺𝑎𝑛 = Ean ∗ 𝑇1𝐾𝑤ℎ

𝑎𝑣𝑒𝑐 ∶ 𝑇1𝐾𝑤ℎ = 1.619𝐷𝐻 Page 43

𝐺𝑎𝑛 = 258.58 ∗ 365 ∗ 1.619 𝐺𝑎𝑛 = 152 803.9 723 •

Calcul du temps de retour

La période nécessaire pour récupérer totalement le coût du projet vaut :

∆𝑡 = ∆𝑡 =

𝐶𝑇𝑜𝑡 𝐺𝑎𝑛

𝐶𝑇𝑜𝑡 1 758 781.318 = ≈ 11.5 𝑎𝑛𝑠 𝐺𝑎𝑛 152 803.9 723

Après récupérer entièrement le coût du projet pendant 11.5 ans, on gagnera de plus un montant de 1 298 833 .765 DH dans les 8.5 ans restantes.

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CONCLUSION Durant ce travail, nous avons essayé d’exploiter nos acquis, que ça soit en systèmes d’informations géographiques SIG ou en ERP pour aboutir au résultat désiré dans le délai préalablement défini.

Dans notre projet intitulé « Etude technique et financière d’une installation solaire photovoltaïque », on était amené à faire une étude technique de l’installation (Conception, Dimensionnement …) d’une part, et une étude financière afin d’analyser la faisabilité et la rentabilité d’autre part. Sans oublier, l’étude de géoréférencement de site OUTERBAT grâce au logiciel QGIS qui nous aide à trouver les zones convenables pour l’installation de notre système solaire. Alimenter un site isolé et permettre à notre cible de bénéficier de l’énergie électrique est plus qu’un projet, c’est plutôt une action qui a une dimension humaine plus que tout. Pour y arriver, nous avons fait une étude approfondie, que ça soit des besoins énergétiques de la population, du matériel utilisé et nous avons procédé de telle sorte à arriver au résultat dans le délai prévu, avec les moindres ressources.

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WEBOGRAPHIE

http://www.satcon.com/temp_foreign/downloads/solutions/100kW-PG-FRE.pdf https://www.cdiscount.com/bricolage/r-support+panneau+solaire.html#_his_ https://materiel.hellopro.fr/disjoncteurs-differentiels-3004793-1-feuille.html

http://www.photovoltaique.guidenr.fr/cours-photovoltaique-autonome-1/exemple-calcul-section-cables.php https://www.monkitsolaire.fr/blog/les-differents-supports-de-fixations-pour-panneaux-solaires-n78 https://www.se.com/fr/fr/product-range/1887-compact-nsx/ https://www.cdiscount.com/search/10/cable+electrique.html#_his https://www.cdiscount.com/bricolage/r-boite+jonction.html#_his

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