Energie Solaire Et Dimentionnement

Initiation au dimensionnement des installations photovolta¨ıques ´ Etude des cas r´eels : Logiciel PVsyst

25 Mars , 2017 R´edig´e par LaTeX

Table des mati`eres

1

2

Dimensionnement des installations photovolta¨ıques coupl´ees au r´eseau

6

1.1

Principe d’autoconsommation photovolta¨ıque . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.2

Comment dimensionner un syst`eme PV d’autoconsommation ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.3

Exercice d’application . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.4

Simulation PVsyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

Dimensionnement des installations photovolta¨ıques Autonomes

18

2.1

Syst`eme photovolta¨ıque autonome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

2.2

Comment dimensionner un syst`eme PV autonome ? . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

2.3

Exercice d’application : Syst`eme autonome Chefchaouen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.4

Simulation PVsyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.5

Exercice d’application : Syst`eme autonome F`es . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

2.6

Simulation PVsyst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

1

Table des figures

1

Menu principale PVsyst 6.4.3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2

Pr´e dimensionnement : coupl´e au r´eseau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

3

Pr´e dimensionnement : site g´eographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

4

Pr´e dimensionnement : Sp´ecification du syst`eme

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

5

Pr´e dimensionnement : Les r´esultats . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

1.1

Composant d’un syst`eme photovolta¨ıque d’autoconsommation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.2

7

1.3

Superposition de la courbe de g´en´eration et la courbe de consommation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ Syst`eme coupl´e au r´eseau Marjane Tanger : Enonc´ e. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.4

Syst`eme coupl´e au r´eseau Marjane Tanger : Question . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

1.5

Bases de donn´ees :site g´eographique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

1.6

Choix de param`etres du site g´eographique et importation du donn´ees . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

1.7

Choix de site ´etudi´e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

1.8

Choix d’inclinaison et v´erification des pertes horizon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

1.9

Dimensionnement du syst`eme PV-C Marjane . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

2.1

19

2.2

Composantes d’un syst`eme photovolta¨ıque autonome . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ´ Syst`eme autonome Chefchaouen : Enonc´ e . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

2.3

Syst`eme autonome Chefchaouen : Consommation ´electrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.4

Syst`eme autonome Chefchaouen : Question . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

2.5

Modification des param`etres cach´es

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.6

Importation des donn´ees du site Chefchaouen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

2.7

Choix de site g´eographique : Chefchaouen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2.8

D´etermination de l’orientation et l’inclinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

24

2.9

Consommation ´electrique Journali`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

2.10 Param`etre de syst`eme : 1 LOL 2 jours d’autonomie

22

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

2.12 Syst`eme autonome F`es : Consommation ´electrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

2.13 Importation des donn´ees du site Chefchaouen et choix de site . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

2.14 D´etermination de l’orientation et l’inclinaison . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

2.15 Consommation ´electrique journali`ere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

2.16 R´epartition horaire de la consommation ´electrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

2.17 Param`etre de syst`eme : 1 LOL 2 jours d’autonomie

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.11 Param`etre de syst`eme : puissance ` a installer

2.18 Param`etre de syst`eme : puissance ` a installer

2

PVsyst 6.4.3

PVsyst est un logiciel de dimensionnement des installations solaires photovolta¨ıques permettant d’obtenir diverse informations telles que la production d’´energie, l’irradiation et le coˆ ut de l’installation, la surface n´ecessaire, ou la production annuelle d’´energie. Un mode avanc´e permet d’obtenir beaucoup plus d’informations pour une ´etude tr`es compl`ete. Le logiciel comprend principalement deux modes de fonctionnement. Le premier et une application de pr´e dimensionnement assez simple ` a prendre en main . Le deuxi`eme permet une ´etude beaucoup plus approfondie et prend en compte beaucoup plus de param`etre. De plus il se base sur du mat´eriel concret pour ses calculs, contrairement au premier mode qui effectue ses calculs pour un cas tr`es g´en´eral. Pour chacun des deux modes, le principe est le mˆeme : on donne la localisation g´eographique de l’installation, puis on entre les donn´ees concernant l’installation. Vient ensuite une partie r´esultats o` u l’on choisi les donn´ees qui nous int´eresse.

Trois menus principaux :

Figure 1 – Menu principale PVsyst 6.4.3

I. Pr´e-dimensionnement Pour une ´etude rapide et simple : on donne une location et un syst`eme puis le logiciel calcul quelques param`etres de pr´e dimensionnement ainsi qu’un graphe de production ´energ´etique annuelle, un graphe d’irradiation par mois, un tableau r´ecapitulatif et une ´etude de coˆ ut. En cliquant sur cette option, on choisi tout d’abord le type d’installation : connect´e au r´eseau . La suite se passe en trois ´etapes : le site g´eographique, la sp´ecification du syst`eme, puis les r´esultats.

3

Figure 2 – Pr´e dimensionnement : coupl´e au r´eseau

Site g´eographique :

On donne d’abord un nom au projet, puis on choisi un pays et une ville. On peut aussi cr´eer sa propre ville. Le bouton horizon permet modifier l’horizon directement sur la courbe d’ensoleillement du lieu choisi. Pour cela on construit une petite barre rouge sur le graphe. La partie sous la barre sera ombrag´ee. Pour construire la barre, on bouge les points rouges, on peut cr´eer de nouveaux points rouges en faisant un clic droit.

Figure 3 – Pr´e dimensionnement : site g´eographique

Sp´ecifications du syst`eme :

On commence par entrer les sp´ecifications g´en´erales du panneau solaire, dans le cadre ”array specification” : soit sa taille, sa puissance nominale ou sa production d’´energie annuelle.En cliquant sur ”plus !” dans le cadre ”more details” on peut ajouter des d´etails : la position de panneaux prot´eg´es dans un boitier les uns par rapport aux autres sur un sol plat ”Shields disposition” ou sur un mur vertical ”sun shield disposition”.

4

Figure 4 – Pr´e dimensionnement : Sp´ecification du syst`eme

Les r´esultats :

Dans cette ´etape, on peut encore modifier des param`etres comme la sp´ecification g´en´erale du panneau (surface, puissance ou ´energie annuelle), le prix du module, et la technologie du panneau. Quatre icˆ ones sur le cˆ ot´e gauche permettent d’afficher diff´erents r´esultats : deux graphes, l’irradiation selon diff´erents param`etre par mois et la production ´energ´etique sur une journ´ee en fonction du mois. On peut ´egalement afficher un tableau r´ecapitulatif de ces donn´ees. Sur le dernier icˆone, on peut voir diff´erentes donn´ees pour un budget : l’investissement total et ses d´etails, on peut mˆeme choisir une dur´ee et un taux pour un prˆet ; le logiciel calcul les mensualit´es et les frais de maintenance, ce qui lui permet de d´eterminer le coˆ ut annuel de l’installation et le cout de reviens de l’´energie en euros par kWh. On peut modifier les calculs du prˆet avec ”edit cost” (attention, pour utilisateurs avertis). On peut aussi choisir la monnaie que l’on souhaite et modifier sont cours dans le cadre ”currency”.

Figure 5 – Pr´e dimensionnement : Les r´esultats

II. Conception du projet Pour une ´etude plus approfondie avec de nombreux param`etres `a prendre en compte notamment les ombres proches et lointaines. On dispose aussi de plus de choix au niveau de l’orientation des panneaux avec le choix par exemple de panneaux ”tracking” qui suivent la course du soleil. Les calculs sont bas´es sur des syst`emes r´eels commercialis´es que l’on choisira parmi une vaste liste. On g´en`ere ensuite une simulation qui nous fournis un large choix de r´esultats et de graphe personnalisables.

III. Bas´ees de donn´ees Permet de modifier les bases de donn´ees et d’utiliser des outils du programme sans pour autant cr´eer un projet complet.

5

Chapitre 1.1

1

Dimensionnement des installations photovolta¨ıques coupl´ees au r´eseau

Principe d’autoconsommation photovolta¨ıque

L’autoconsommation photovolta¨ıque consiste ` a raccorder la centrale solaire sur le r´eseau priv´e du propri´etaire dans l’objectif de consommer localement la production solaire. Il reste n´ecessaire d’ˆetre raccord´ee au r´eseau puisqu’il ne s’agit pas d’une installation autonome.

Figure 1.1 – Composant d’un syst`eme photovolta¨ıque d’autoconsommation ♠ A : Panneaux solaires : ♣ Les panneaux solaires sont g´en´eralement install´es sur le toit. Ces panneaux solaires sont constitu´es de cellules photovolta¨ıques qui convertissent la lumi`ere solaire en courant continu. ♠ B : L’onduleur : ♣ L’onduleur est un appareil qui transforme le courant continu produit par les panneaux en courant alternatif compatible avec le r´eseau ´electrique de la maison . ♠ C : Compteur ´electrique de production : ♣ Le compteur ´electrique de production mesure l’´energie produite par les panneaux solaires. ♠ D : Le compteur de consommation reste inchang´e : ♣ Suivi de la performance de l’installation en temps r´eel (`a la distance) ♠ E : Raccordement au r´eseau ´electrique L’objectif de l’autoconsommation photovolta¨ıque est d’all´eger la demande en ´energie en provenance du r´eseau public. Ce type de syst`eme est ainsi dimensionn´e en fonction des consommations du site et notamment du profil de charge au cours de la journ´ee. L’enjeu du dimensionnement est donc de trouver la solution optimale pour maximiser les ´economies, tout en limitant la r´einjections de surplus non valoris´e.

6

Figure 1.2 – Superposition de la courbe de g´en´eration et la courbe de consommation −→ On d´efinit ainsi deux indicateurs cl´es de ce type de projet :  Le taux de couverture solaire : c’est la proportion de la consommation du site en provenance du solaire.  Le taux d’autoconsommation : c’est la proportion de la production solaire totale consomm´ee sur place. Le principal avantage de l’autoconsommation photovolta¨ıque pour le propri´etaire est la r´eduction de sa facture d’´electricit´e et un d´ebut de l’ind´ependance ´energ´etique : en effet une partie de la facture ´energ´etique globale voit son coˆ ut fix´e sur 20 ans et ne subit pas les augmentations in´evitables du coˆ ut de l’´energie conventionnelle . L’autoconsommation photovolta¨ıque est ´egalement une r´eponse ` a la probl´ematique de l’int´egration des installations au r´eseau : en effet, de par son dimensionnement, la production solaire est en ad´equation avec la charge du site et la r´einjections sur le r´eseau est ainsi limit´ee.

1.2

Comment dimensionner un syst`eme PV d’autoconsommation ?

´ I Etape 1 : D´etermination des besoins de l’utilisateur — # Bilan de consommation journali`ere — # Facture ´electrique mensuelle — # Contrˆ ole horaire de consommation ´electrique ´ I Etape 2 : D´etermination de pourcentage d’´energie `a produire `a partir de l’installation photovolta¨ıque — # G´en´eralement on essaye de produire toujours moins que ce qu’en consomme pour ne pas perdre de l’´energie , sauf si l’exc`es d’´energie est inject´ee au r´eseau . ´ I Etape 3 : D´etermination de l’´energie journali`ere `a produire par l’installation PV Ep =

Consommation journali` ere moyenne 0 pourcentage d e´nergie en P V

´ I Etape 4 : D´etermination de la dur´ee d’ensoleillement moyenne ( annuelle , mensuelle , mois le plus d´efavorable ..) ´ IEtape 5 : D´etermination de la capacit´e du syst`eme PV Pp =

P roduction journali` ere P V dur´ ee d 0 ensolleiment

´ I Etape 6 : D´etermination du coefficient du performance ´ I Etape 7 : Calcul de la puissance crˆete ` a installer Pc =

Pp coef f icient de perf ormence

´ I Etape 8 : Calcul du nombre de panneaux Nb =

Pc puissance crete d 0 unpanneau

´ I Etape 9 : Dimensionnement de la partie ´electrique ´ ´ I Etape 10 : Etude de rentabilit´e de syst`eme ...

7

1.3

Exercice d’application

´ Figure 1.3 – Syst`eme coupl´e au r´eseau Marjane Tanger : Enonc´ e

8

Figure 1.4 – Syst`eme coupl´e au r´eseau Marjane Tanger : Question

9

1.4

Simulation PVsyst

♠ Avant de commencer le dimensionnement il faut importer les donn´ees de la ville de Tanger.

Figure 1.5 – Bases de donn´ees :site g´eographique

Figure 1.6 – Choix de param`etres du site g´eographique et importation du donn´ees ♠ Apr`es avoir importer les donn´ees de la ville de Tanger, il faut lancer un nouveau projet , et il faut choisir le site m´et´eo et choisir les donn´ees d´ej` a importer, puis on cliquant sur orientation , on essaye de choisir l’emplacement des panneaux et l’inclinaison le plus convenable jusqu’` a avoir des pertes nulles . Ces pertes sont dues `a l’emplacement des panneaux l’un ` a l’autre et ` a l’orientation et l’inclinaison . ensuite on v´erifie comme demand´e que le graph d’ombrage assure un ensoleillement de plus de 4 heures pour le jours le moins ensoleill´e . ♠ Finalement , on simule en introduisant les param`etres du syst`eme et on lance le calcul , les figures qui suivent montrent bien le r´esultats.

10

Figure 1.7 – Choix de site ´etudi´e

Figure 1.8 – Choix d’inclinaison et v´erification des pertes horizon

11

Figure 1.9 – Dimensionnement du syst`eme PV-C Marjane

♠ Apr`es avoir terminer le dimensionnement le programme produit un rapport d´etaill´e de l’installation .

12

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Chapitre 2.1

2

Dimensionnement des installations photovolta¨ıques Autonomes

Syst`eme photovolta¨ıque autonome

Une installation photovolta¨ıque autonome doit ˆetre capable de fournir de l’´energie, y compris lorsqu’il n’y a plus de soleil , il faut donc qu’une partie de la production journali`ere des modules photovolta¨ıques soit stock´ee.

Figure 2.1 – Composantes d’un syst`eme photovolta¨ıque autonome

16

♠ Champ photovolta¨ıque : ♣ Un champ photovolta¨ıque est l’assemblage de deux ou plusieurs modules photovolta¨ıques on les branches en s´erie afin d’augmenter la tension d’utilisation et en parall`ele afin d’augmenter le courant. I Caract´eristiques : ♣ Pc : Puissance crˆete d’un module photovolta¨ıques en Wc . ♣ Impp : Courant au point maximum de puissance . ♣ Vmpp : Tension au point maximum de puissance . ♣ Vco : Tension de circuit ouvert d’un module photovolta¨ıque . ♣ Icc : Courant de court-circuit d’un module photovolta¨ıque . ♠ Convertisseur (onduleur) : ♣ La fonction principale de l’onduleur est de transformer le courant continu, issu d’un panneau solaire en courant alternatif. I Caract´eristiques : ♣ Rendement ♣ Ue : Tension d’entr´ee V(DC). ♣ Us : Tension de sortie V(AC). ♣ Pond : Puissance (W). ♠ R´egulateur de charge : ♣ Il permet en effet d’assurer la charge compl`ete de la batterie et pr´evient de tout risque de surcharge de celle-ci en stoppant l’alimentation de cette derni`ere lorsque cela s’av`ere n´ecessaire. I Caract´eristiques : ♣ Ureg : Tension (V). ♣ Ireg : Courant d’entr´ee (A). ♣ Ireg : Courant de sortie (A). ♣ Pond : Preg : Puissance (W). ♠ Batterie : ♣ D’une part, il sert ` a stocker de l’´energie sous forme chimique, et d’autre part, de la restituer sous forme ´electrique (d´echarge de la batterie). I Caract´eristiques : ♣ U : Tension nominale (V). ♣ Cbat : Capacit´e nominale en (Ah). ♣ D : D´echarge maximale admissible . ♣ Dur´ee de vie : Nombre des cycles charges-d´echarges . ♠ Cˆ ables : ♣ Un fil ´electrique se compose d’une ˆ ame conductrice, rigide ou souple, enrob´ee d’un isolant. L’ˆame peut ˆetre en cuivre, cuivre nickel´e ou nickel (m´etal blanc). I Caract´eristiques : ♣ ρ : est la r´esistivit´e du cˆ able en W.m ♣ L : est la longueur du cˆ able en (m). ♣ I : est le courant qui traverse le cˆ able en (A).

17

2.2

Comment dimensionner un syst`eme PV autonome ?

´ I Etape 1 : D´etermination des besoins de l’utilisateur — # Bilan de consommation journali`ere — # Facture ´electrique mensuelle — # Contrˆ ole horaire de consommation ´electrique ´ I Etape 2 : D´etermination de la puissance crˆete `a installer # La puissance crˆete des capteurs photovolta¨ıques est d´etermin´ee en fonction des besoins Ej (en KWh/j)en ´energie ´electrique et de l’irradiation journali`ere Irr (en KWh/m2 .j) # Calcul du nombre des panneaux ` a installer Pc =

Consommation journali` ere moyenne coef f icient de perf ormance × irradiation mensuelle pire mois Nb =

Pc puissance crete d 0 unpanneau

´ I Etape 3 : D´etermination de la capacit´e des batteries Cbat =

Consommation` ere × d 0 autonomie P DD × T ension des batteries × ηbatteries

´ I Etape 4 : Choix du r´egulateur : On s´epare souvent pour ce calcul les 2 fonctions du r´egulateur : la charge et la d´echarge. # Le dimensionnement de la r´egulation de charge (`a l’entr´ee) est en fonction de la puissance du g´en´erateur donc du courant produit par les modules (courant de charge). # Le dimensionnement de la r´egulation de d´echarge (`a la sortie) est fonction de la puissance totale des r´ecepteurs donc du courant consomm´e par ces r´ecepteurs (courant de d´echarge ou courant d’utilisation.) # L’intensit´e admissible du courant d’entr´ee du r´egulateur doit ˆetre sup´erieure `a la valeur maximale produite par le g´en´erateur. Ir`eg ≥ Nstring × Impp # La tension de r´egulateur doit ˆetre presque ´egale `a la tension de syst`eme. Ur`eg ≈ Usys ´ I Etape 5 : Choix de l’onduleur # La puissance d’onduleur est sup´erieur strictement `a la puissance de syst`eme. Pond  Psys ´ I Etape 6 : Choix de cˆ ablage ´ ´ I Etape 7 : Etude de rentabilit´e de syst`eme ...

18

2.3

Exercice d’application : Syst`eme autonome Chefchaouen

´ Figure 2.2 – Syst`eme autonome Chefchaouen : Enonc´ e

Figure 2.3 – Syst`eme autonome Chefchaouen : Consommation ´electrique

Figure 2.4 – Syst`eme autonome Chefchaouen : Question

19

2.4

Simulation PVsyst

Figure 2.5 – Modification des param`etres cach´es

Figure 2.6 – Importation des donn´ees du site Chefchaouen

20

Figure 2.7 – Choix de site g´eographique : Chefchaouen

Figure 2.8 – D´etermination de l’orientation et l’inclinaison

21

Figure 2.9 – Consommation ´electrique Journali`ere

22

Figure 2.10 – Param`etre de syst`eme : 1 LOL 2 jours d’autonomie

23

Figure 2.11 – Param`etre de syst`eme : puissance `a installer

24

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2.5

Exercice d’application : Syst`eme autonome F`es

Figure 2.12 – Syst`eme autonome F`es : Consommation ´electrique

29

2.6

Simulation PVsyst

Figure 2.13 – Importation des donn´ees du site Chefchaouen et choix de site

Figure 2.14 – D´etermination de l’orientation et l’inclinaison

30

Figure 2.15 – Consommation ´electrique journali`ere

31

Figure 2.16 – R´epartition horaire de la consommation ´electrique

32

Figure 2.17 – Param`etre de syst`eme : 1 LOL 2 jours d’autonomie

33

Figure 2.18 – Param`etre de syst`eme : puissance `a installer

34

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