Mini projet

Année Universitaire 2012/2013

Etude d’électrification d’une ferme utilisant des panneaux solaires

Réalisé par:SADELLAH Nizar & NASRALLAH Zakaria

Université Mohammed V – AgdalEcole Mohammadia d’IngénieursDépartement: Génie Electrique

Encadré par:M. MAAROUFI

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4. Etude économique et financière

3. Etude technique

2. Présentation du projet

1. Introduction et Généralités sur le photovoltaïque

5. Conclusion

Plan:

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1916: Robert Millikan produit de l’électricité avec une cellule solaire

1954: Construction du premier panneau solaire

1839: Découverte de l’effet photovoltaïque par Becquerel

Historique

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Energie photovoltaïque

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Système photovoltaïque

Un système photovoltaïque est l’ensemble des composants nécessaires à l’alimentation

d’une application en toute « fiabilité »

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Composition d’un système photovoltaïque

1• Champ de modules

2• Parc de batterie

3• Système de régulation

4 • Onduleur

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1• Champ de modules

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2• Parc de batterie


Accumulateur chimique est le plus utiliséCauses de dégradation d’une batterie:

Surcharge

Décharge Complète

Oxydation des bornes et électrodes

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3• Système de régulation


Fonction principale du régulateur de charge:Couper le courant de charge provenant du champ photovoltaïque vers les accumulateurs lorsque ceux-ci atteignent leur état de charge maximal

Prolonger la durée de vie de la batterie

Garantir un fonctionnement optimal du système

Il y a 2 types de régulateur:

Régulateur de charge Régulateur charge/décharge

• Simple• Moins coûteux

Eviter les décharges profondes

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4• Onduleur


• Convertir le courant continu en courant alternatif

• Rendement de 90 à 95%

• Sensible aux surcharges

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Mise en situation

« Un propriétaire d’une ferme de production de lait et de mais envisage d’installer une petite centrale photovoltaïque pour répondre à ses besoins en matière d’énergie électrique »

Le propriétaire fait appel à notre bureau pour faire:

• Une étude technique qui comprend l’évaluation des ressources solaires de la région, le dimensionnement de la centrale et les installations associés

• Une étude économique et financière pour déterminer le coût de la production du KWh

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Données géographiques


La ferme est située à proximité d’un petit village se trouvant à 50 Km de Marrakech

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Description de la ferme

Z1: Machines de laiterieZ2: Laiterie des vachesZ3: Etable des veauxZ4: Etable des taureauxZ5: Etable des vachesZ6: Salle 1Z7: Salle 2

Z8: Salle3Z9: Stockage de la pailleZ10: Stockage d’alimentZ11: Moulin de maisZ12: Magasin

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Cahier des charges

Caractéristiques techniques demandées:• Surface maximale totale des panneaux solaires: 500 m²• Parc isolé

Panneaux solaires:• Type des cellules photovoltaïques: monocristallin• Implantation demandée: sur les toits de la ferme• Orientation façade: sud

Implantation à proximité des panneaux solaires:• D’un capteur de température ambiante avec une précision de +- 0,5°C• D’un capteur de température de surface d’un panneau avec une précision de +- 0,5 °C• D’un anémomètre de résolution 1m/s

Raccordements électriques entre le champ continu et l’onduleur:• La section des câbles électriques entre les panneaux et l’onduleur doit limiter

la chute de tension à 5% au maximum• Utilisation des gaines de câblages résistantes aux conditions extérieures• Aucun câble ne doit être en contact avec la toiture• Les câblages doivent être réalisés de tel sorte que les surfaces des boucles

inductives soient minimales• La section des câbles inter-modules est de 2,5 mm² au minimum

Armoire raccordement DC:• Implantation d’un interrupteur sectionneur adapté dans

une armoire électrique à porte vitrée• L’armoire sera munie d’une serrure

Onduleur:• Fonction de découplage• Fonction de recherche du MPPT incluse• Rendement supérieure à 90%• Tension de 230V, 50 Hz• Facteur de puissance: 0,99• DTH < 3,5%• Enregistrement et affichage des données sur une période de 5 ans• Tension d’alimentation: 48V

Batteries:• Autonomie minimale: 3 jours• Taux de décharge entre 0,5 et 0,7• Tension d’alimentation: 48V• Respect de l’environnement

Protections courant alternatif:• Fonction sectionnement• Fonction protection des biens et des personnes• Parafoudre type 2 selon la norme NF EN 616436-11 et protections associées

Points de mesure:• Implantation des points de mesure sur des fiches de sécurité diamètre

4mm: mesure tension et mesure courant• Implantation d’un compteur modulaire d’énergie produite avec lecture sur

afficheurConnexions au réseau interne de la ferme:• Dans une armoire électrique fermée à clef avec porte transparente• Fourniture et installation d’un disjoncteur de branchement: courant

réglable jusqu’à 45 A différentiel 500 mA , sélectif

Enregistreur des données:• Peut être intégré dans l’armoire Onduleur• Enregistrement des données suivantes: a. Irradiation b. Vitesse du vent c. Température ambiante au niveau des panneaux d. Température de surface des panneaux e. Courants et tensions continues et alternatives

Tableau de répartition:• Conforme à la norme NFC 15 100

Liaisons équipotentielles et mesures de protection contre les effets de la foudre:• Mise à la terre des masses• Prise de terre: piquet + borne sectionnable + cablette + raccordement au tableau de

répartition• Nécessité ou non d’un paratonnerre

Maintenances & Garanties:• Onduleur: une garantie de 5 ans est demandée• Panneaux: garantie de 25 ans pour 80% des performances demandées

Installations:• Conformes aux normes en vigueur• Respect des règles de l’art

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3. Etude technique du projet

Méthodologie de travail:

1. Projet d’éclairage de la ferme2. Bilan de puissance de la ferme3. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque4. Dimensionnement des organes de coupure et des protections5. Dimensionnement des câbles 6. Branchements

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Projet d’éclairage de la ferme


Objectif:

Déterminer le nombre des luminaires nécessaires pour réaliser un éclairage convenable

Type de luminaire:

Rectangulaire à 2 lampes fluorescentes 2x36 W

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Exemple de calcul pour la Zone 5

N=

N: Nombre des luminairesF: Flux lumineux totaln’’: Nombre de lampes par luminaire (n’’=2)

F=

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E: Eclairement en lux

F=

a,b: dimension du locald: facteur de dépréciationi,s: rendements des flux direct et indirectU: Utilance

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Numéro de zone Formules Z5Longueur a (m) 78,9Largeur b (m) 7,7

ht 6hu 0h' 2h ht-hu-h’ 4

Eclairement (lux) 50Facteur de dépréciation d 1,6Symbole photométrique 0,67D+0T

Indice de local K (axb)/(hx(a+b)) 1,8Facteur de suspension J h’/(h+h’) 0,33Facteur de réflexion FR 731

Utilance 0,79Flux lumineux total F 91824

Nombre de lampes par luminaire n" 2Flux d'une lampe 3450

Nombre de luminaires N 14

Numéro de zone Z1 Z2 Z3 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12Longueur a (m) 10 68 72,4 63,9 78,9 2,5 6 7,1 29 39 17 5Largeur b (m) 6,5 6,5 13,4 14 7,7 2,4 2,5 6,65 14,8 14,8 14,8 2,5

ht 3 3 6 6 6 6 6 3 6 6 8,5 6hu 0 0 0,5 0,5 0 0 0 0 0 0 0 0h' 0 0 2 2 2 3 3 0 2 2 3,5 3h 3 3 3,5 3,5 4 3 3 3 4 4 5 3

Eclairement (lux) 150 100 50 50 50 50 50 50 50 50 150 50Facteur de dépréciation d 1,4 1,4 1,6 1,6 1,6 1,4 1,4 1,4 1,6 1,6 1,6 1,4Symbole photométrique 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T

Indice de local K 1,3 2,0 3,2 3,3 1,8 0,4 0,6 1,1 2,4 2,7 1,6 0,6Facteur de suspension J 0,00 0,0 0,36 0,36 0,33 0,50 0,50 0,00 0,33 0,33 0,41 0,50Facteur de réflexion FR 731 731 731 731 731 731 731 731 731 731 731 731

Utilance 0,72 0,79 0,92 0,92 0,79 0,43 0,43 0,67 0,84 0,87 0,79 0,43Flux lumineux total 28296 116909 125913 116106 91824 1458 3645 7363 61009 79218 114083 3037

Nombre de lampes par luminaire n" 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2Flux d'une lampe 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450 3450

Nombre de luminaires 5 17 19 17 14 1 1 2 9 12 17 1

Nombre total des luminaires = 115

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Bilan de puissance


Zone Equipement U (V) I (A) Cosj Nombre d'unités Puissance unitaire (W) Temps d'utilisation (h)Consommation journalière (Wh/j) Consommation totale

Moteur 220 10,5 0,89 4 2055,9 8 65788,8Moteur de réfrigérateur 220 0,8 0,84 2 147,84 8 2365,44

Eclairage 0,86 5 72 8 2880

Moteur 220 10,5 0,89 6 2055,9 6 74012,4Eclairage 0,86 17 72 8 9792

Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 5 218,064 8 8722,56Eclairage 0,86 19 72 3 4104



Prise de courant normale 0,86 2 300 4 2400Eclairage 0,86 1 72 3 216

Prise de courant normale 0,86 3 300 4 3600Eclairage 0,86 1 72 3 216

Prise de courant normal 0,86 3 300 4 3600Eclairage 0,86 2 72 3 432

Zone 9 Eclairage 0,86 9 72 3 1944 1944

Zone10 Eclairage 0,86 12 72 3 2592 2592

Moteur 220 10,5 0,89 4 2055,9 8 65788,8Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 1 218,064 8 1744,512

Eclairage 17 72 6 7344

Prise de courant normale 0,86 2 300 4 2400Eclairage 0,86 1 72 3 216 2616Zone 12

Zone11

Zone8

Zone7

Zone6

Zone 5

Zone 4

Zone3

Zone2

71034,24

83804,4

12826,56

8905,536

11010,048

2616

3816

4032

74877,312

Zone1

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Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque


Méthodologie de dimensionnement

1. Estimation des besoins journaliers en électricité2. Estimation de l’irradiation journalière3. Calcul de l’énergie à produire4. Calcul de la puissance crête5. Estimation des dimensions du champ photovoltaïque suivant le

module PV choisi 6. Estimation de la capacité de stockage requise en fonction de

l’autonomie désirée7. Dimensionnement de l’onduleur8. Dimensionnement du groupe électrogène

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1• Estimation des besoins journaliers en électricité

Ecj = 280074,096 Wh/j

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2• Estimation de l’irradiation journalière

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3• Calcul de l’énergie à produire

Epj = k dépend de:• l’incertitude météorologique• L’inclinaison non corrigé des modules suivant

la saison• Le point de fonctionnement des modules• Les rendements des cycles de charge et

décharge des batteries• Le rendement de l’onduleur• Les pertes dans les câbles et connexions

Pour un parc à batteries 0,55 < k < 0,75

k = 0,65

Epj = 430883 Wh/j

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4• Calcul de la puissance crête

Pc = 79793,18 Wc

Pc =

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5• Taille du générateur à installer

Nombre d’unités =

Nombre d’unités = 250

Surface totale = 405 m² < 500 m²


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6• Dimensionnement des batteries

C = Avec:• Ecj: Besoins journaliers• A: Autonomie (3jours)• V: Tension d’alimentation (48V)• Taux de décharge (70%)

C = 25006,6 Ah

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7• Dimensionnement de l’onduleur

Pond = Avec:• Kf=0,45: coefficient de foisonnement• Kr=1,2: coefficient de sécurité • Kp=0,9: facteur de puissance

Pond = 43636,63 W

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8• Dimensionnement du groupe électrogène

Puissance adaptée aux besoins de l’application

Cmax = 500 Litres

Capacité en fonction de l’autonomie maxi male demandée au moteur

Pompe Gas-Oil pour remplir la cuve journalière à partir de la cuve extérieure

Equipé d’une réserve d’huile calculée en fonction de l’autonomie du moteur

Son taux de réactance doit être en rapport avec le type de charge

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1• Calcul de puissance apparente

2• Surdimensionnement de S:

𝐒𝐬=𝐒×𝐊𝐚×𝐊𝐬

Avec:• Ka: coefficient d’augmentation• Ks: coefficient de simultanéité

Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection

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3• Calcul de pouvoir de coupure du disjoncteur


𝐈=𝐒𝐬

√𝟑×𝐔

4• Calibre des disjoncteurs

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Exemple d’étude: Zone 11

Récepteur Puissance unitaire (W) Cosj Nombre d'unités S (VA) I (A)Moteur 2055,9 0,89 4 2310 6,06

Ventilateur 218,064 0,84 1 259,6 0,68Eclairage 72 0,86 17 83,72 0,22

Ss = 13107 VA

It = 27A

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Exemple d’étude: Zone 11

4*32A 500 mA

4*10A 300 mA 4*16A 300 mA

2*10A 2*10A 2*10A 2*10A 2*16A 2*16A 2*16A 2*16A 2*16A

6 mm²

2,5 mm² 4 mm²

1,5 mm²1,5 mm² 1,5 mm² 1,5 mm² 2,5 mm²2,5 mm² 2,5 mm² 2,5 mm²2,5 mm²

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Données

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Analyse des coûts: Les coûts d’investissement

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Analyse des coûts

Frais annuels

Frais périodiques

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Analyse financière

Données financières

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Analyse financière

Viabilité financière

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Analyse financière

Graphique des flux monétaires

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5. Conclusion

Dans notre projet, nous avons fait l’étude d’électrification d’une ferme par PV. Pour mener à bien notre étude, nous avons suivi une méthodologie de travail:

• Elaboration d’un cahier des charges• Etude de préfaisabilité

1. Evaluation des ressources solaires de la région 2. Estimation des besoins énergétiques de la ferme 3. Choix des modules PV 4. Dimensionnement des PV et les installations associées

• Etude économique 1. Estimation du coût total de l’investissement 2. Calcul du temps de retour sur investissements

Durant ce projet, nous avons été confronté à plusieurs contraintes:

• Erreurs d’estimation du potentiel solaire• Difficulté d’estimation des coûts

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Merci pour votre attention

Documents

Mini projet