Rapport PV Syst [PDF]

Zitiervorschau

Etude de conception d’un système d’énergie solaire pour les besoins de l’aéroport ACHARIF AL IDRISSI d’Al Hoceima

1

Etude de conception d’un système d’énergie solaire pour les besoins de l’aéroport ACHARIF AL IDRISSI d’Al Hoceima

Ampoules du secours

30

4.6

Ecrans Unités centrales APPLE iMac

40 40 2

35 100 240

0.00 46 1.4 4.0 0.48

24h

0.1104

1h 1h 0.5h

1.4 4.0 0.24

43

Imprimantes

0.08 3h 24h

0.498

24h

1.68

0.06 4.4

24h 24h

1.44 105.4

2200

4.4

24h

105.4

1 9 1 1 1

180

3.42

12h

41.04

15

24h

3.96

350

0.16 5 0.35

0.029

3700 1100 3950 1050 352

3.7 1.1 3.95 2.1 3.52

Machines à ticket 2 Machine ( Oki )

1 1 1 2 1 0 2 2

0.08 3h 0h 1h 0h 0.5h 4h

220 108

4h 2h

1.76 0.432

Portes coulissantes Microphones

3 1

80 0.2

Hauts parleurs

60

0.72 0.00001 66 0.1245

750 2200 750

2.25 2.2 7.5

3h 0.08 3h 0.08 3h 2h 2h 2h

Moteurs rideaux

2 5 3 1 1 0 2

0.44 0.21 6 0.24 0.00 02 1.5

750

1.5

0.1245

Mixeur électrique 1

1

1000

1.0

Mixeur électrique 2

1

550

0.55

Machine de glace

1

506

Télévision Réchauds électriques 1 Réchauds électriques 2 Réfrigérateur 1 (VIP) Réfrigérateur 2 Réfrigérateur 3 (Pepsi)

6 1

130 1500

0.50 6 0.78 1.5

0.08 3h 0.25 h 0.25 h 0.5h 0.5h 1h

0.39 1.5

1

4000

4.0

3h

12

1 2 1

200 1185 840

0.2 2.37 0.84

24h 0h 16h

4.8 0 13.44

Caméra de surveillance Caméra de surveillance (rotative) Portes magnétiques Appareils X-Ray (grand) Appareils X-Ray (petit) Téléaffichages Afficheurs d’horloge Fax Machines à café 1 Machines à café 2 Machines à café 3 Micro-ondes Machines à ticket 1

Convoyeurs 1 Convoyeurs 2 Injecteurs

1 0 2 8 7

600

6.0

6 10

0.16 8 0.07

2 2

30 2200

2

4.032

0 1.1 0 0.238 14.08

4.5 4.4 15

0.25 0.275 0.253

Sèche main 1

6

1000

6.0

Sèche main 2

1

1900

1.9

Chauffe eau Climatiseurs (Aiwell P) Climatiseurs (Airwell G) Climatiseurs (Union Tech) Projecteurs (buvette) Lampes (trasfo)

1 1 4 1 5 3

1200 2638

1.2 36.9 32 79.5

8 3 4 1

Serveur général

5300 1845

0.25 h 0.25 h 0h 4h

1.5

0 147.728

4h

318

0.475

4h

22.14

70 60

5.53 5 0.56 2.04

6h 12h

3.36 20.4

20

0.02

24h

0.48

Total 2

981,03 00

Zon e3 (To ur)

Unités centrales Ecrans

4 4

100 35

Imprimantes Climatiseurs

1 4

600 1845

Racks (Récepteurs)

1

50

Racks (Emetteurs)

1

50

Racks (Enregistreurs)

1

50

Télévision Récepteurs numériques

2 2

100 30

Ampoules à tube

3

36

0.4 0.1 4 0.6 7.3 8 0.0 5 0.0 5 0.0 5 0.2 0.0 6 0.1 08

12h 12h

4.8 1.68

2h 4h

1.2 29.52

24h

1.2

24h

1.2

24h

1.2

4h 4h

0.8 0.24

3h

0.324

Total 3 Zone 4 (Balisag e+ Taxiway )

Piste

87

150

Parking

55

30

Encastré

5

30

Eclairage seuil PAPI Fin de la piste Projecteurs 1 (poteaux)

30 8 12 26

150 200 150 1000

Projecteurs 2 (poteaux) Projecteur (tour) Moteurs (poteaux) balisage d’obstacle

6 1 4 12

1000 1000 750 100

42,164 0 13. 05 1.6 5 0.1 5 4.5 1.6 1.8 26. 0 6.0 1.0 3.0 1.2

0.083h

1.08315

0.083h

0.13695

0.083h

0.01245

0.083h 0.083h 0.083h 0.25h

0.3735 0.1328 0.1494 6.5

12h 12h 0h 12h

72 12 0 14.4

Total 4 65 49

20 250

106,78 82

Zone 5 (Eclaira ge public)

Lampes économiques Lampe des poteaux d’éclairage

1.3 12.25

Zone 6 (Châtea ux d’eaux)

Moteurs 1 (1)

4

5500

22.0

Moteurs 1 (2) Moteurs 1 (3) (incendie) Moteurs 2 (1)

2 2

5500 5500

2

3000

12h 12h

Total 5

13 122.5

135,50 00 7.3326

11.0 11.0

0.333 3h 1h 1h

6.0

0h

0

11.0 11.0

Moteurs 2 (2) Moteurs 3 Moteurs 4

1 3 1

3000 4000 10000

3.0 12.0 10.0

Moteurs 5 Moteurs 6 Moteurs 7 Ampoule à tube

1 1 1 14

5000 2000 5600 3 6

5.0 2.0 5.6 0.504

4h 0h 0.166 6h 0h 0h 0h 0.083 h

Total 6 Tableau 8 : Caractéristique des équipements de l’aéroport

12.0 0 1.666 0 0 0 0.04183 2

43,040 4

Etude de conception d’un système d’énergie solaire pour les besoins de l’aéroport ACHARIF AL IDRISSI d’Al Hoceima

Les installations électriques de l’aéroport Acharif Al Idrissi d’Al-Hoceima ont besoin d’une puissance très grande. Pour rendre réalisable le système photovoltaïque de notre étude, il est préférable de ne prendre en compte qu’une partie de cette installation. C’est pourquoi, dans le cadre de notre étude, nous avons ciblé sur: La zone 1 : Ancien terminal La zone 2 : Nouveau terminal La zone 3 : Tour La zone 6 : Châteaux d’eaux Les résultats ci-dessous permettront de résumer la consommation journalière en heures pleines (6h à 18h) des zones que nous avons déjà choisi dans notre étude d’installation photovoltaïque :

𝐄𝐜𝐣 = 889,4806 kWh/j 1. Calculs l’énergie à produire et la puissance crête : a. Calculer l’énergie à produire : D’abord, il faut que l’énergie consommée(Ecj ) égale l’énergie produite (Epj ) à un coefficient près. [26]

𝐄𝐩𝐣 = 𝐄𝐜𝐣/𝐤

Epj : Energie produite journalière. Ecj : Energie consommée journalière.

Le coefficient k tient compte des facteurs suivant : [21]  L’incertitude météorologique ;  L’inclinaison non corrigé des modules suivant la saison ;  Le point de fonctionnement des modules qui est rarement optimal et qui peut être aggravé par : la baisse des caractéristiques des modules, la perte de rendement des module dans le temps (vieillissement et poussières) ;  Le rendement des cycles de charge et de décharge de la batterie (90%) ;  Le rendement du chargeur et de l’onduleur (de 90 à 95%) ;  Les pertes dans les câbles et connexions. Le coefficient k est en général compris entre 0,55 et 0,75. La valeur approchée que l’on utilise pour notre système sera la moyenne : 0,65

𝐄𝐩𝐣 = 𝟏𝟑𝟔𝟖, 𝟒𝟕𝟏𝟕 kWh/j a. Calculer la puissance crête Pc du générateur photovoltaïque nécessaire :

𝐏𝐜 = 𝐄𝐩𝐣/𝐈𝐫 Pc: Puissance crête en Watt crête (Wc). Epj : Energie produite par jour (Wh/j). Ir: Irradiation moyenne annuelle (kWh/m²/jour). [21] 48

Dans notre cas : Pour couvrir tout les besoins toute l’année, on choisit le mois le plus défavorable à AlHoceima. De plus pour profiter le maximum possible des rayonnements solaire donc une bonne productivité annuelle. Donc le mois le plus défavorable pour Al-Hoceima est Décembre ; le jour typique de cette mois a une irradiation globale G= 2.56 kWh/m²/jour.

𝐏𝐜 = 𝟓𝟑𝟒, 𝟓𝟒𝟑𝟔 𝐤𝐖𝐜 2. Choix du panneau solaire : IBC-220 S Megaline Nous avons choisi dans la simulation de notre étude le panneau solaire IBC-220 S Megaline, ce dernier va nous aider à compléter notre projet d’énergie solaire, afin de déterminer précisément la puissance produite par le champ photovoltaïque. A partir de la puissance crête des panneaux IBC-220 S Megaline, nous déterminons le nombre des panneaux solaire nécessaires à l’installation. Puissance crête unitaire d’un panneau IBC-220 S Megaline = 220𝐖𝐜.

Nombre des panneaux =

𝐏𝐜

𝐏.𝐮𝐧𝐢𝐭𝐚𝐢𝐫𝐞

=

𝟓𝟑𝟓𝟎𝟎𝟎

= 2432 panneaux

𝟐𝟐𝟎

3. Choix d’onduleurs : Pour le choix de l’onduleur, on s’est basé sur les données du matériel photovoltaïques inclus dans la base de données du logiciel PVSYST 5.52. On tenant compte les caractéristiques calculé et les conditions de l’utilisation de cet onduleur, par la suite, on a aboutie aux résultats représentés sur la fiche technique qui nous montre les déférentes caractéristiques d’onduleur choisie. Onduleur: Sunny Central 125 LV Figure 17 : Onduleur Sunny Central

4. Choix des câbles : C’est la partie de l’installation que les intensités sont les plus importantes entraînant des pertes joules et des chutes de tension des câbles. La section de câble entraînant le moins de pertes. [26]

𝐒 = ρ.𝐋

𝐑

Avec :

S : Section du conducteur en mm2. ρ: Résistivité du conducteur en Ω/m (cuivre =1,6 10−8Ω/m). L : Longueur du câble en mètre (m). R : Résistance max. de la ligne en ohm (Ω). La résistance R est donnée par : R=ΔU/I. ΔU : Chute de tension admissible en volt (V). I : Intensité délivrée par le panneau photovoltaïque sous sa tension nominale. En ampère (A).

5. Schéma d’installation : Notre système photovoltaïque est constitué essentiellement comme le montre la figure des éléments suivants :  Les modules PV  Onduleur  Récepteurs (Charges)

Figure 18 : Schéma d’installation du système photovoltaïque raccordé au réseau

II.

Présentation du logiciel de simulation PVSYST V5.52 :

PVSYST est un logiciel conçu pour être utilisé par les chercheurs et les ingénieurs, mais c’est aussi un outil pédagogique très utile. Il inclut une aide contextuelle approfondie, qui explique en détail la procédure et les modèles utilisés et offre une approche ergonomique avec guide dans le développement d’un projet. PVSYST permet d’importer des données météo d’une dizaine des sources différentes ainsi que des données personnelles. [17]

1. Gestion du projet : Dans notre projet d’étude, nous avons raccordé le système photovoltaïque avec le réseau de la distribution public ONEE. Nous allons définir le site de notre projet, via la rubrique Site et Météo, afin de construire plusieurs variation du projet.

Figure 19 : Désignation du projet dans PVSYST V5.52

2. Conception et dimensionnement du projet : La conception de système est basée sur une procédure rapide et simple :   

Spécifier la puissance désirée ou la surface disponible. Choisir les modules PV dans la base de données interne. Choisir l’onduleur dans la base de données interne.

Et PVSYST V5.52 propose une configuration du système, qui permet de réaliser une première simulation/évaluation. [17]

Dans le dimensionnement de notre système photovoltaïque, voici le module PV et l’onduleur que nous avons choisi :

Figure 20 : Configuration du système dans PVSYST V5.52

3. Dimensionnement du système : Outil visuel : Un outil spécifique rassemble toutes les contraintes pour le dimensionnement du système. Pour le nombre de modules en série, le diagramme supérieur montre la courbe I/V du champ PV (été/hiver), et les contraintes de tension de l’onduleur.  

Pour le dimensionnement de l’onduleur : le second graphique montre la distribution annuelle de puissance MPP du champ et la puissance effective de l’onduleur. Le dimensionnement optimal de l’onduleur est basé sur la perte de surcharge acceptable sur une année. Il conduit habituellement à sur-dimensionner le rapport de puissance nominale champ/onduleur, de l’ordre 1,25. [17]

Le principe caractéristique d’un onduleur PV est la recherche du meilleur point du fonctionnement MPP du système, en effet, pour une température et un éclairement donnés, la tension du circuit ouvert ou à forte charge est un peu près constante (assimilable à une source de tension) tandis qu’en court-circuit où à faible charge le courant est pratiquement constant (source du courant). Le générateur n’est alors ni vraiment une source de tension ni vraiment une source de courant non plus. La tension de circuit ouvert est sensible à la température et diminue quand la température augmente. Le courant de court-circuit est quant à lui proportionnel à l’éclairement : augmente si l’éclairement augmente. Le meilleur point de fonctionnement du système correspond au point de cette courbe où la puissance, produit de la tension et du courant, est maximisée. Il se situe au milieu de la caractéristique.

Figure 21 : Conditions de dimensionnement champ/onduleur dans PVSYST V5.52

4. Simulation et rapport : La simulation calcul la distribution des énergies tout au long de l’année. Un rapport complet avec tous les paramètres impliqués et les résultats principaux, est conçu pour être directement transmis à l’utilisateur. [17]

5. Principaux résultats : 1. La production d’énergie totale (MWh/an) est essentielle pour évaluer la rentabilité du système PV. 2. L’indice de performance (PR [%]) décrit la qualité du système lui-même. 3. L’énergie spécifique [kWh/kWc] est un indicateur de la productivité du système, selon l’irradiation disponible (localisation et orientation). 4. Le diagramme des pertes : Montre les énergies à différents niveaux du système, avec une évaluation des pertes à chaque stade. [17]

III.

Présentation des résultats trouvés par le simulateur PVSYST V5.52 :

Après les étapes de simulation nécessaires, on obtient les résultats mentionnés dans les figures suivantes :

Tableau 9 : Paramètre de simulation du système photovoltaïque

Tableau 10 : Principaux résultats de simulation du système photovoltaïque

Tableau 11 : Diagramme des pertes dans le système photovoltaïque

Comme l’illustre la page 1/3 du rapport de la simulation, le champ PV sera constitué de 2432 de modules PV (technologie poly cristallin) répartis sur une surface de 18972m2, comme suit :  19 Modules en série  128 chaines en parallèle Quatre onduleurs utilisés dans la simulation, avec une puissance 125 kW. L’indice de performance est représenté dans la page 2/3 du rapport de la simulation qui est défini par le rapport de la production du système (𝑌𝑓 ) par l’énergie incidente de référence 𝑌𝑟 tel que : PR =

𝑌𝑓

.

𝑌𝑟

Autrement dit, il représente l’efficacité globale du système par rapport à ce qu’on pourrait en attendre selon la puissance installé et peut atteindre 74.1% dans les meilleures installations PV. La page 3/3 du rapport de la simulation, résume les pertes influençant la production du système PV à savoir : les pertes ohmiques du câblage, effets d’incidence, pertes dues à la température du champ, pertes dues à la qualité des modules,….etc. Pour une étude plus complète, d’autres résultats concernant l’énergie incidente de référence sur le plan des panneaux, et le diagramme journalière d’Entrée/Sortie sont données dans l’annexe du rapport. (ANNEXE C)

IV.

Etude économique et financière :

L'analyse économique et financière va nous permettre de juger la faisabilité de notre projet et d'estimer sa rentabilité dans les vingt premières années. En effet, nous avons adopté un calcul très simple, qui va nous permettre d’estimer notre projet, à savoir le gain, et le temps du retour d’investissement. On a :  

Production annuelle du système photovoltaïque : 858 MWh/an. Prix d’électricité, en moyenne tension dans les heures pleines : 0.9679 DHs/kWh. [22] Le gain de la production PV = 858 MWh/an × 0.9679 DHs/kWh = 830458.2 DHs o Coût d’un panneau : 1900 DHs o Coût d’onduleur : 40000 DHs o Coût total d’investissement (coût des panneaux + coût onduleurs + câblage + installation + étude de faisabilité…etc.) : 6000000 DHs Temps du retour d’investissement (TRI) =

Coût total dʼinvestissement Le gain de la production PV

Temps du retour d’investissement (TRI) = 6000000 / 830458.2 = 8 ans Sachant que l’aéroport d’Al-Hoceima paye chaque année : 850000 DHs, concernant la facture d’électricité.

V.

Etude écologique :

La technologie photovoltaïque n’a que très peu d’impact négatif sur l’environnement, par rapport à ce qu’elle peut apporter comme bénéfices en matière d’écologie. Premièrement, le photovoltaïque est une production d’énergie propre puisqu’il n’engendre aucun rejet de gaz à effet de serre, responsables du réchauffement climatique. Deuxièmement, la production d’électricité via une installation de panneaux photovoltaïques est entièrement silencieuse et n’engendre aucune nuisance sonore. Les émissions de CO2 par kWh d’électricité varient d’un pays à l’autre en fonction des sources d’énergie utilisées pour la production d’électricité. Au Maroc, il est estimé à 0,708 Kg pour 1 kWh par l’ONEE. [18] L’énergie électrique produite par le système photovoltaïque est d’environ : 858 MWh/an Alors que, notre projet photovoltaïque évitera un taux d’émission de CO2égale à : 858 MWh/an × 0.708 = 607464 Kg de CO2 par an Sachant que la durée de vie d’un système PV estimée pour une installation photovoltaïque raccordée au réseau est de plus de 20 ans, la masse de CO2évitée sera d’environ : 12149.28 tonnes/20ans

Conclusion Dans ce chapitre, nous avons présenté le bilan de puissance énergétique des équipements de l’aéroport, ainsi que nous avons choisi les composants du système que nous avions les utilisés dans la simulation par le logiciel PVSYST V5.52, qui nous a donné des résultats, à savoir la production énergétique mensuelle et annuelle. Finalement, nous avons fait une étude économique et écologique afin de savoir la rentabilité et la durabilité de notre système photovoltaïque.

Conclusion générale

Faire une étude de dimensionnement d’un système d’énergie solaire commence toujours par une étude faisabilité, en premier lieu nous avons présenté l’aéroport d’Al Hoceima, le demandeur de l’étude de notre sujet. En deuxième lieu nous avons détaillé les différents composants du système photovoltaïque et leurs principes du fonctionnement, ainsi que les facteurs qui influencent sur le rendement des panneaux, à savoir l’orientation, l’inclinaison, ensoleillement et le rayonnement global…etc. En troisième lieu nous avons développé notre projet, d’abord nous avons déterminé la consommation journalière des équipements électriques de l’aéroport, et via cette dernière, nous avons déduit l’énergie à produire et la puissance crête du champ photovoltaïque qui pourra couvrir une partie des besoins, ensuite nous avons utilisé le simulateur PVSYST V5.52 qui nous a donné d’après ses résultats, que le gain de notre système PV sera très important pour l’aéroport d’Al Hoceima puisqu’il va diminuer la facture d’électricité, ainsi qu’il va diminuer les gaz à effet de serre.

Etude de conception d’un système d’énergie solaire pour les besoins de l’aéroport ACHARIF AL IDRISSI d’Al Hoceima

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES [1] Chef Service GSSQE, MANUEL QUALITÉ Aéroport AL HOCEIMA ACHARIF AL IDRISSI (2014). [2] VOR SEL4000 (2006). [3] SELEX Systems Integration, MODEL 1118A/1119A DISTANCE MEASURING. EQUIPMENT (DME), (July, 2010). [4] Le Département Electronique de l’ENAC, PAPI RAPPEL BASIQUE (1ère édition 1974). [5] Le Département Electronique de l’ENAC, VOR RAPPEL BASIQUE (1ère édition 1974). [6] Le Département Electronique de l’ENAC, DME RAPPEL BASIQUE (1ère édition 1974). [7] Cours d’électronique analogique et de puissance : Semi-conducteur (Mr F.Falyouni). [8] Syndicats des Energies Renouvelables, (2009). Générateurs photovoltaïques raccordés au réseau : spécifications techniques relatives à la protection des biens et des personnes (Guide pratique à l'usage des bureaux d'étude et des installateurs).

61

WEBIOGRAPHIE [9] http://www.masen.org.ma/index.php?Id=15&lang=fr#/_ Consulté le 25/05/2016 [10] http://energie-developpement.blogspot.com/2012/01/production-solairephotovoltaique.html Consulté le 28/04/2016 [11] http://www.univ-tebessa.dz/fichiers/ENP/sienr2014_12.pdf Consulté le 28/04/2016 [12] http://www.code-prototype.com/panneau-solaire.html Consulté le 28/04/2016 [13] http://www.portail-solaire.com/Histoireduphotovoltaique.html Consulté le 14/05/2016 [14] http://profs.cmaisonneuve.qc.ca/svezina/nyc/note_nyc/NYC_XXI_Chap%205.1.pdf Consulté le 14/05/2016 [15] http://www.energieplus-lesite.be/index.php?id=16688 Consulté le 28/04/2016 [16] http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/MRcalc.php Consulter le 24/05/2016 [17] http://www.pvsyst.com/fr/ Consulté le 24/05/2016 [18] http://www.fm6e.org/images/Brochures/qualitair2016-fr.pdf Consulté le 27/05/2016 [19] http://www.lezarts.org/03LezArtS/Securites/Maison/secuelectrique.html Consulté le 25/04/2016 [20] http://www.photovoltaique.guidenr.fr/IV_2_rendement-europeen-onduleur.php Consulté le 28/07/2016 [21] http://eduscol.education.fr/sti/sites/eduscol.education.fr.sti/files/ressources/pedago gique/549/549-corrige-tp-dim-syst-pv.pdf Consulté le 07/05/2016 [22] http://www.one.org.ma/FR/pages/interne.asp?esp=1&id1=2&id2=125&id3=128&t2=1 Consulté le 28/05/2016

LES ANNEXES ANNEXE A

Figure A.1: Normes internationales d’une installation photovoltaïque [8]

Figure A.2: Domaine des tenions [19]

ANNEXE B : Panneaux photovoltaïques Désignation/Caractéristiques

Prix

Module Si-Poly IBC-220 S Megaline

1900 DH

Onduleu rs Désignation/Caractéristiques

Prix

Onduleurs centraux Sunny central 125 LV

40000 DH

Tableau B.1 : Prix des composantes photovoltaïques utilisés dans la simulation

Figure B.1 : Fiche technique d’onduleur centrale Sunny central 125 LV IBC Solar Puissance Pmax (Wc) Tension nominale Umpp (V) Courant nominale Impp (A) Tension de circuit ouvert Uoc (V) Courant de court circuit Isc (A) Coefficient de température (%/°C) Technologie Longueur × Largeur (mm) Epaisseur (mm) Poids (Kg)

220 S Megaline 220 24.20 9.100 29.1 10.00 - 0.47 Si-Poly 1600×1060 42.0 22.20

Figure B.2 : Fiche technique du panneau solaire IBC Solar 220 S Megaline

ANNEXE C :

Figure C.1 : Energie incidente de référence sur le plan des panneaux

Figure C.2 : Diagramme journalier Entrée/Sortie du système PV

ANNEXE D :

Electricité (Kwh) 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0

123456789 10 11 12

Mois

Consommati on

Janv. Fév. Mars Avr. Mai. Juin. Juil. Aout. Sept. Oct. Nov. Déc.

43810 38153 42307 39874 84560 123127 157608 176732 133509 73421 65782 58715

Tableau D.1 : Consommation électrique en 2015