Énergie d’une installation photovoltaïque
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Filière de licence professionnelle
Techniques d’Exploitation des Énergies Renouvelables
Stage de fin d’études
Énergie d’une Installation Photovoltaïque
Mémoire présenté par
Abdelhakim Eljaouhari, Saad Riadi et Mostafa Youftan
Le 18 Mai 2016
Devant la commission :
Hassan Chaib Professeur, Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate Encadrant
Mohamed Lmouchter Professeur, Faculté Polydisciplinaire de Ouarzazate Examinateur
Année universitaire 2015/2016
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REMERCIEMENTS
Nous tenons à remercier toute l’équipe pédagogique de la Faculté Polydisciplinaire de
Ouarzazate et en particulier tout le corps professoral intervenant dans la filière « Techniques
d’Exploitation des Énergies Renouvelables » pour l’effort fourni pour réussir notre formation
et mieux atteindre tous les objectifs attendus des différentes matières.
Nos remerciements les plus distingués sont à l’égard de notre encadrant, Monsieur Hassan
Chaib, qui en tant que professeur, a bien voulu accepter de suivre notre travail, nous diriger,
afin de pouvoir mener ce projet à terme.
Nous tenons également à remercier toutes les personnes, qui, de près ou de loin, se sont
impliquées dans la réalisation de ce rapport, tant par le soutien opérationnel que professionnel
et particulièrement M. Zakaria gérant de la société FiveSystems, non seulement pour nous
avoir accepté en tant que stagiaires au sein de sa société mais également pour nous avoir
permis de participer à l’aboutissement concret de ses projets en assistant également les
équipes sur terrain et en nous donnant ainsi l’opportunité de découvrir en pratique les
différentes activités de son entreprise.
Nous adressons également nos sincères remerciements aux membres de nos familles qui n’ont
jamais hésité à nous offrir le meilleur d’eux-mêmes et surtout nos parents qui ont supporté les
frais de nos études.
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SOMMAIRE
INTRODUCTION ................................................................................................................................... 1
CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS ....................................................................................................... 2
I.1. INTRODUCTION ........................................................................................................................ 2
I.2. PRESENTATION DE L’ENTREPRISE D’ACCUEIL ......................................................................... 2
I.2.1. Qualités de l’entreprise .................................................................................................... 2
I.2.2. Services et clientèle .......................................................................................................... 2
I.3. ÉNERGIE ET SYSTEMES ............................................................................................................ 3
I.4. SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE ................................................................................................... 4
I.4.1. Cellule photovoltaïque ..................................................................................................... 4
I.5. SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE ................................................................................................... 5
I.5.1. Type de systèmes photovoltaïques .................................................................................... 5
I.5.2. Composants du système photovoltaïque autonome .......................................................... 5
I.6. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU PHOTOVOLTAÏQUE ........................................................ 6
I.6.1. Avantages ......................................................................................................................... 6
I.6.2. Inconvénients .................................................................................................................... 6
I.7. CONCLUSION ........................................................................................................................... 7
CHAPITRE II : DIMENSIONNEMENT D’UN SYSTEME PV ....................................................... 8
II.1. INTRODUCTION ........................................................................................................................ 8
II.2. CONCEPTION D’UNE INSTALLATION PV AUTONOME ............................................................... 8
II.2.1. Évaluation du besoin énergétique du site ........................................................................ 9
II.2.2. Étude de l’inclinaison et de l’orientation des panneaux .................................................. 9
II.2.3. Dimensionnement des modules PV ................................................................................ 10
II.2.4. Dimensionnement du stockage ....................................................................................... 12
II.2.5. Dimensionnement de régulateur .................................................................................... 13
II.2.6. Dimensionnement de l’onduleur .................................................................................... 14
II.3. CONCEPTION D’UNE INSTALLATION PV RACCORDEE AU RESEAU ........................................ 15
II.3.1. Détermination du nombre de modules ........................................................................... 16
II.3.2. Dimensionnement de l’onduleur .................................................................................... 16
II.3.3. Rentabilité et faisabilité ................................................................................................. 17
II.4. APPLICATION POUR DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS PV........................................ 18
II.5. CONCLUSION ......................................................................................................................... 19
CONCLUSION ..................................................................................................................................... 20
BIBLIOGRAPHIE ................................................................................................................................ 21
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INTRODUCTION
Avec l’évolution de la technologie, la production d’énergie est toujours un défi de grande
importance pour les années à venir. L’homme dans sa poursuite du bien-être et du confort
s’est lancé dans la nature pour enfin pouvoir en tirer des profits estimables, il a pu améliorer
son mode de vie en transformant des structures principalement naturelles, gratuites et surtout
inépuisables pour la production de l’énergie électrique notamment l’eau, le vent, le soleil, etc.
De nos jours, la grande partie de la production d’énergie au niveau mondiale est assurée à
partir des énergies fossiles, dont la consommation a un impact direct sur l’environnement, vu
l’augmentation de la pollution à cause des émissions de gaz à effet de serre. En outre, une
consommation excessive du stock de ces ressources réduit de façon dangereuse leurs réserves.
Faisant partie des conditions primordiales du développement d’un pays. L’énergie électrique
s’avère indispensable dans notre environnement et sa production devient un investissement
important dont l’efficacité dépend de sa capacité de pouvoir approvisionner un consommateur
en puissance répondant aux exigences de son installation. Et comme l’un des grands soucis
actuels est d’améliorer nos conditions de vie tout en réduisant le cout, le choix d’un des
modes de production de l’énergie électrique se base sur le cout d’investissement et sur celui
de fonctionnement. Ce qui nous amène ainsi à faire appel aux énergies dites renouvelables qui
constituent un secteur stratégique occupant une place privilégiée dans le domaine de
recherche et développement, pour la production de l’énergie électrique.
En se basant sur ces principes, nous allons procéder à la production de l’énergie électrique par
transformation directe de l’énergie solaire grâce aux cellules photovoltaïques. Cette
transformation est favorisée par l’effet photovoltaïque, qui est un effet propre à certains
matériaux ayant la capacité de produire de l’électricité lorsqu’ils sont exposés à la lumière.
Après cette introduction générale mettant en valeur le sujet de cette étude et les objectifs du
travail, quatre chapitres y sont consacrés : le premier comprendra un aperçu global sur la
société, le deuxième lui, mettra en évidence les généralités sur l’énergie et système
photovoltaïque, le troisième décrira la procédure de dimensionnement d’un système
photovoltaïque et le dernier présentera des détails sur l’application élaborée pour le
dimensionnement.
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CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS
I.1. I NTRODUCTION
En vue de rendre compte de manière fidèle et analytique notre stage au sein de la société Five
Systems à Tanger, il serait logique de présenter à titre préalable l’environnement et le cadre
du stage.
I.2. PRESENTATION DE L ’ ENTREPRISE D’ ACCUEIL
Five Systems est une entreprise spécialisé dans l’installation électrique et la sécurité
électronique, menée par messieurs Zakaria Riadi et Mohamed Aziz Saoudi, deux personnes
possédant une riche expérience dans le domaine industriel. Elle met à la disposition de ses
clients un personnel qualifié afin de répondre à leurs besoins.
I.2.1. Qualités de l’entreprise
Parmi les points forts de cette entreprise, on cite :
• Qualité du service : le respect des règles de l’art, des normes en vigueur et
esthétisme, sont autant de qualités qui sont impératives et que vous retrouverez dans
toutes ses installations.
• Proximité du client : être proche de ses clients, répondre au plus près de leurs
exigences, déceler leurs besoins explicites et implicites afin de pouvoir les satisfaire
au mieux, et dans les meilleures conditions.
• Respect de l’environnement : le respect de l’environnement fait partie de la stratégie
de la société. Répondant à la fois aux attentes, du marché et à celles des différents
clients, tout en réduisant les risques, tant pour le personnel que pour l’environnement.
I.2.2. Services et clientèle
Très soucieuse du respect des normes de sécurité et de la profession en vigueur. Five Systems
et ses équipes s’engagent au quotidien sur la qualité parfaite de leurs réalisations en proposant
à leurs clients les servies rapportées dans le tableau I-1.
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Tableau I-1 : Types de services offerts par Five Systems.
Courant F
ort
Étude, réalisation et entretien d’installation électrique complète
Étude de projets et conception
Installation de tableau électrique
Remplacement de transformateur MT/BT
Réalisation d’armoire TGBT
Installation photovoltaïque
Courant F
aible
Installation de portail et porte automatique
Système anti intrusion
Système de vidéo surveillance
Réseaux informatique et téléphonique
Contrôle d’accès
Système incendie
Ses nombreuses qualifications permettent à l’entreprise de proposer des offres complètes et de
garantir par la même occasion un suivi et une maintenance de toutes ses installations.
Les clients sont des particuliers, des professionnels (hôteliers, restaurateurs, bureaux d’études,
des organismes publics, etc.). Parmi ces clients, on cite à titre d’exemples : Renault, Lear,
Delphi, Yazaki, GES, Coca-Cola, Jacobs, Tanger City Center, Tanger Med, ONEE, etc.
I.3. ÉNERGIE ET SYSTEMES
Etoile de forme pseudo sphérique avec un diamètre atteignant 1391000 km et situé à une
distance moyenne de 149 598 km de la terre. Le soleil est une gigantesque source énergétique
disponible en permanence. La fusion des atomes d’hydrogène engendre la formation d’atomes
plus lourds en libérant beaucoup d’énergie sous forme de chaleur de rayonnement. Il existe
deux voies d’utilisation directe de l’énergie solaire :
• La transformation du rayonnement en chaleur : production de la chaleur à partir du
rayonnement solaire afin de chauffer de l’eau ou de l’air par le biais de capteurs
thermiques, on parle dans ce cas de l’énergie solaire thermique.
• La transformation du rayonnement en électricité : dans ce cas, l’énergie produite se
présente sous deux formes :
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� L’énergie thermique solaire permettant de produire de l’énergie électrique par voie
thermodynamique.
� L’énergie solaire photovoltaïque où la conversion de la lumière du rayonnement
en électricité est directe par le biais des cellules ou photopiles. C’est donc cette
forme d’énergie qui sera traitée dans notre travail.
La connaissance du rayonnement solaire utile sur le site à étudier est importante pour
concevoir un système photovoltaïque. Plus on reçoit une grande énergie solaire, moins on a
des panneaux solaires et inversement. On distingue donc :
• Le rayonnement direct qui est reçu directement sans diffusion par l’atmosphère.
• Le rayonnement diffus qui est constitué de la lumière diffusée par l’atmosphère.
• L’albédo est la partie réfléchie par le sol.
Le rayonnement global est la somme de ces différentes formes de rayonnement.
I.4. SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE
I.4.1. Cellule photovoltaïque
Une cellule photovoltaïque est composée d’un matériau semi-conducteur de type pn qui
absorbe l’énergie lumineuse et la transforme directement en énergie électrique. On note,
qu’un semi-conducteur est une structure cristalline intermédiaire entre la structure du
conducteur et celle de l’isolant. Le semi-conducteur le plus utilisé est le silicium, qui grâce à
sa conduction dite intrinsèque, garanti un meilleur compromis entre cout de production,
rendement et frais d’installation, couvrant ainsi 90% du marché.
Deux grands familles de technologies existent actuellement : la première à base de silicium
cristallin comprenant le mono- et le polycristallin, les plus répandues couvrant environ 85%
de la production mondiale. La deuxième famille, celle des couches minces, comprend les
cellules au silicium amorphe, polycristallin ou microcristallin. En outre, d’autres technologies
sont en cours d’expérimentation comme les cellules organiques, polymères ou à base de
fullerènes.
Les cellules Photovoltaïques sont caractérisées par les paramètres suivants :
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• Puissance crête : exprimée en watt-crête, elle représente la puissance électrique
maximum que peut fournir un module dans les conditions standards (25°c, sous un
éclairement de 1000 W/m²).
• Courant de court-circuit I cc : c’est le courant le plus important que l’on puisse
obtenir par une cellule.
• Tension de circuit ouvert Vco : c’est la tension mesurée lorsqu’aucun courant ne
circule dans le dispositif photovoltaïque.
• Facteur de forme FF : il détermine la qualité électrique de la cellule.
• Rendement : il est défini comme rapport de la puissance maximal délivrée par la
cellule et la puissance lumineuse incidente sur la cellule.
I.5. SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE
Constitué par un ensemble des cellules photovoltaïques reliées entre elles, un module
photovoltaïque à lui seul ne peut pas grand-chose en terme de réponse à un besoin défini il
doit donc être associé à un système complet qui comprend :
• Un système d’orientation ou de suivi en cas de besoin ;
• Un système de stockage (Batteries) ;
• Un contrôleur de charge (Régulateur) ;
• Un convertisseur DC/AC (Onduleur).
I.5.1. Type de systèmes photovoltaïques
Nous distinguons principalement deux types de systèmes photovoltaïques :
• Système photovoltaïque autonome : Le principe de ce type d’installations consiste à
charger des batteries qui pourront stocker le surplus de la production électrique pour
pouvoir le restituer.
• Système connecté au réseau de distribution électrique : Cette approche permet de
produire l’électricité pour la consommer sur place et d’acheminer l’excédent d’énergie
vers le réseau. Lorsqu’il y a déficit ou pendant les moments défavorables, le réseau
alimente le site, ce qui élimine la nécessité d’utiliser des batteries, qui nécessitent un
grand investissement financier et qui ont une durée de vie très limitée.
I.5.2. Composants du système photovoltaïque autonome
Un système photovoltaïque autonome est constitué des composants suivants :
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• Modules et panneaux : Les modules sont obtenus par l’assemblage des cellules afin de
générer une puissance exploitable lors de l’exposition à la lumière puisqu’une cellule
élémentaire ne génère qu’une tension allant de 0,5 à 1,5 Volt. Il faut donc plusieurs
cellules pour générer une tension utilisable.
• Batterie de stockage : Le stockage d’énergie dans les systèmes photovoltaïques
autonomes est assuré par des batteries. Les batteries les plus utilisées pour des
générateurs autonomes sont en générale de type au plomb-acide (Pb). Celles de type
au nickel-cadmium (NiCd) sont parfois préférées pour les petites applications.
• Régulateur : Le régulateur est l’élément central d’un système photovoltaïque
autonome car il permet de contrôler les flux d’énergie et de protéger la batterie contre
les surcharges et décharges profondes dues à l’utilisation.
• Onduleur : Les onduleurs sont des appareils servant à convertir la tension continue
fournie par les panneaux ou batteries pour l’adapter à des récepteurs fonctionnant avec
une tension alternative.
I.6. AVANTAGES ET INCONVENIENTS DU PHOTOVOLTAÏQUE
En se comparant aux autres sources d’électricité telle que : la source éolienne, le solaire
thermique, le groupe électrogène, etc. Le recours au photovoltaïque se pose souvent en terme
de choix d’électricité.
I.6.1. Avantages
Le photovoltaïque s’avère prometteur en raison de ses qualités intrinsèques :
• Montage simple et adapté à des besoins énergétiques divers, grâce au caractère
modulaire des panneaux photovoltaïques.
• Frais de fonctionnement très réduites :exigences d’entretien limitéeset ne nécessite ni
combustible, ni mobilisation, ni personnel hautement qualifié.
• Haute fiabilité.
• Enfin, sur le plan écologique, le système photovoltaïque est non polluant, silencieux et
n’entraine aucune perturbation du milieu si ce n’est que l’occupation de l’espace pour
l’installation de grande dimension.
I.6.2. Inconvénients
Parmi les inconvénients des systèmes photovoltaïques, on cite :
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• La fabrication des modules photovoltaïques relève de la haute technologie et requiert
des investissements d’un coût élevé.
• Le rendement réel de conversion d’un module est faible.
• L’onduleur ne donne pas l’énergie produite à 100 %.
• La fiabilité et les performances du système exigent que la batterie et les composants
associés soient judicieusement choisis.
• Enfin, lors de la nécessité du stockage de l’énergie électrique sous forme chimique
(batterie), le coût de générateur photovoltaïque est accru
I.7. CONCLUSION
Dans le cadre de notre stage, visant à dimensionner des installations photovoltaïques pour une
fourniture à suffisance en énergie électrique, nous réaliserons notre étude sur une usine ayant
en son sein trois parties qui seront approvisionnées en énergie électrique dont la puissance
devra satisfaire à la consommation électrique des différents équipements.
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CHAPITRE II : DIMENSIONNEMENT D’UN SYSTEME PV
II.1. I NTRODUCTION
On désigne par un dimensionnement la fixation de la taille, des caractéristiques optimales de
chaque constituant d’un système dont on connait la configuration. La conception d’un
système photovoltaïque est le résultat d’une optimisation réalisée par itération car le
dimensionnement est un processus relativement complexe vu le nombre considérable des
paramètres à prendre en considération. Le dimensionnement se fait en passant par les étapes
suivantes :
• Détermination des besoins de l’utilisateur ;
• Chiffrage de l’énergie solaire récupérable selon l’emplacement et la situation
géographique ;
• Détermination des modules photovoltaïques ;
• Définition de la capacité des batteries et choix de la technologie,
• Dimensionnement et choix du régulateur ;
• Dimensionnement de l’onduleur.
Dans le cadre de notre stage on va procéder à un dimensionnement suivant les deux types
d’installations : autonome et raccordée au réseau pour enfin pouvoir s’orienter vers la plus
adéquate pour notre étude en termes de rentabilité et faisabilité.
II.2. CONCEPTION D ’ UNE INSTALLATION PV AUTONOME
Une installation photovoltaïque autonome est une installation qui produit de l'électricité grâce
au soleil, mais qui fonctionne indépendamment du réseau électrique. Elle est constituée
essentiellement de modules photovoltaïques, régulateurs, batteries et onduleurs (Figure II-1).
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Figure II.1 : Composants d’une installation PV autonome.
Avant de réaliser l’étude de dimensionnement, il est important d’évaluer à combien s’élève
les besoins énergétiques que nous comptons satisfaire et calculer par la suite la puissance du
champ photovoltaïque satisfaisant bien sûr ces besoins énergétiques. Lors du
dimensionnement, on tiendra compte des conditions atmosphériques les plus défavorables
pour l’obtention d’un résultat bien précis.
II.2.1. Évaluation du besoin énergétique du site
Étant donné qu’on se limite seulement à l’éclairage en termes de besoin, notre site comporte
deux parties. Alors nous avons élaborés une estimation des besoins énergétiques journaliers.
L’énergie est le produit de la puissance par le temps E(kWh) = P(kW) × t(h) Cette relation
permet de calculer le besoin journalier en énergie d’une application qui est le produit de la
puissance consommée par le temps d’utilisation par jour. Le tableau II-1 donne une
estimation de la consommation détaillé pour chaque partie.
Tableau II-1 : Valeurs estimées de la consommation des deux parties du site.
Nbre Puissance (w)
Nbre d’heure par jour(h)
Nbre de jours par semaine(j)
Besoin énergétique Ec(Kwh/j)
Partie I 250 48 10 5 85 714,28
Partie II 3424 18 24 7 1 479 168
Total 1 564 882,28
II.2.2. Étude de l’inclinaison et de l’orientation des panneaux
La position des modules photovoltaïques par rapport au soleil influe directement sur leur
production énergétique. Il est important de bien les placer pour capter le maximum
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d’irradiation solaire. L’orientation idéale d’un panneau photovoltaïque obéit à une règle qui
consiste à l’orientation vers l’équateur.
Quant à l’inclinaison, elle indique l’angule que fait le panneau avec le plan horizontal et se
compte en degrés. Cette inclinaison va être fixée par la latitude (distance angulaire d’un point
quelconque du globe par rapport à l’équateur) et la périodicité de l’inclinaison, comme illustre
par le tableau II-2.
Tableau II-2 : Valeurs des inclinaisons pour différents intervalles de la latitude.
Inclinaison N N = 10° N = A N = A + 10° N = A + 15°
Latitude A A < 10° 10° < A < 30° 30° < A < 40° A> 40°
Pour notre site, ayant une latitude de 34°, nous utiliserons une inclinaison de 44° avec une
orientation vers le sud. En ce qui concerne les données de l’ensoleillement du site, nous allons
recourir aux données rapportées sur le tableau II-3 qui sont récoltées du site web
http://re.jrc.ec.europa.eu.
Tableau II-3 : Valeurs de l’ensoleillement Ed (en (kWh/j) du site pour les différents mois.
Mois Jan Fev Mar Avr Mai Jui Jui Aou Sep Oct Nov Dec
Hb 3,87 4,37 4,79 4,66 4,47 4,44 4,68 4,84 4,84 4,60 4,05 3,8
II.2.3. Dimensionnement des modules PV
II.2.3.1. Calcul de la puissance crête du système
Un module photovoltaïque se caractérise avant tout par sa puissance crête Pc qui représente sa
puissance dans les conditions standards, c’est-à-dire 1000 W/m² à 25°.On calcule cette
puissance de façon à satisfaire les besoins pendant la période la plus défavorable en utilisant
la formule suivante : Pc = ��×(������ ����� �� ��,��)
��. La puissance crête calculée du
champ photovoltaïque est :
Pc1 =99673,57
3800= 26,23kWc
Pc2 =1720062,8
3800= 452,65kWc
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II.2.3.2. Tension du champ photovoltaïque
Le choix de la tension nominal d’un système dépend de la disponibilité de matériels (modules
et récepteurs). Il dépend aussi des niveaux de puissance et d’énergie nécessaire selon le type
d’application. Le tableau II-4 montre les tensions du système correspondantes à chaque
intervalle de puissance crête.
Tableau II-4 : Tensions du système correspondantes à chaque intervalle de puissance crête.
Puissance crête < 500Wc 500Wc – 2 kWc > 2 kWc
Tension du système 12 VDC 24 VDC 48 VDC
II.2.3.3. Détermination de nombre des modules Nm
Afin de déterminer le nombre de modules nécessaire pour fournir cette puissance on se
réfèrera à la puissance crête du champ et aux caractéristiques d’un module. Soit :
Nm =()���* ��+�)�-*./
()���* ��+ê��’) .�)1 (II-1)
Pour notre dimensionnement, nous avons adoptés un module de caractéristiques rapportées
sur la figure II-2.
Figure II.2 : Extrait de la fiche technique du type choisi de modules.
En appliquant l’équation II-1, on obtient les valeurs rapportées sur le tableau II-5.
Tableau II-5 : Puissances crêtes et nombres de modules pour les deux parties du site.
Puissance crête (en kWc) Nbre de modules
Partie I 26,316 88
Partie II 452,65 1510
Total 478,966 1598
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II.2.4. Dimensionnement du stockage
Pour assurer la continuité de l’alimentation du site pendant la nuit et le jour, on doit choisir un
système de stockage permettant de s’affranchir des variations climatiques temporaires de la
journée et des quelques jours de mauvais temps.
II.2.4.1. Autonomie sans apport solaire
La durée pendant laquelle la batterie peut alimenter seule l’installation à toute période de
l’année est appelée nombre de jours d’autonomie sans apport solaire Nja. Cette durée étant liée
à la probabilité de rencontrer une série de mauvais jours d’affilée, avec un ensoleillement très
défavorable on prendra dans nos calculs Nja= 5jours.
II.2.4.2. Calcul de la capacité de la batterie
Le calcul de la capacité qui doit être installée se fait, en tenant compte de la tension de la
batterie Vbat, du rendement de la batterie, la profondeur de décharge (on prend PDD=0,8),
l’énergie consommée et le nombre de jours d’autonomie Nja par la relation suivante :
C = Ec � Nja
PDD � Vbat � RT
La détermination de la capacité dépend du choix de batterie utilisée, en effet pour ce projet
nous proposons la batterie de caractéristiques rapportées sur la figure II-3.
Figure II.3 : Extrait de la fiche technique du type choisi de batteries.
Le nombre de batteries à mettre en œuvre pour chaque partie est donné dans le tableau II-6.
Tableau II-6 : Capacités et nombres de batteries pour les deux parties du site.
Capacité (Ah) Nbre de Batteries
Partie I 28935,2 6
Partie II 696784,7 135
Total 725719,9 141
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II.2.5. Dimensionnement de régulateur
Le régulateur étant l’élément central d’un système photovoltaïque autonome car il permet de
contrôler les flux d’énergie et de protéger la batterie contre les surcharges et décharges
profondes dues à l’utilisation. Il sera dimensionné en tenant compte des paramètres suivants :
• Tension nominal : la tension fournit par le champ
• Courant d’entrée : le courant débité par le champ
• Courant de sortie : l’intensité de courant de sortie du régulateur qui doit être
supérieure à la valeur maximale que peuvent tirer les récepteurs
Pour notre étude on a optés pour un régulateur de caractéristiques rapportées sur la figure II-4.
Figure II.4 : Extrait de la fiche technique du type choisi de régulateur.
Le calcule repose sur les relations suivantes :
• Nombre maximal de modules en série :
Nbrms = Vmaxduregulateur
Vco � 1,1
• Nombre de chaîne à raccordé en parallèle :
Nbrrangé � Pmaxduregulateur
Puissancecretedumodule � Nbrms
• Nombre de régulateurs :
Nbreg � Nombretotaldesmodules
Nbrms � Nbrrangé
Les calculs ont donné les résultats présentés dans le tableau II-7.
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Tableau II-7 : Nombres de rangées et régulateurs pour les deux parties du site.
Nbre de modules
en série Nbre de modules en
parallèle Nbre total de
rangée Nbre de
régulateurs Partie I
3 4 32 8
Partie II 504 126
Total 536 134
II.2.6. Dimensionnement de l’onduleur
Concernant l’onduleur, sa puissance dite apparente sera légèrement supérieure à la puissance
active pour tenir compte des éventuels courants de pointe élevés et du facteur de puissance
cosφ. Nous avons opté pour un onduleur des caractéristiques montrées sur la figure II-5.
Figure II.5 : Extrait de la fiche technique du type choisi d’onduleur.
Le tableau II-8 montre un récapitulatif sur les différents composants des deux parties du site
étudié.
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Tableau II-8 : Récapitulatif sur les composants des deux parties du site.
Nbre Prix (DH) Poids (Kg) Surface (m²)
Partie I
Module 88 140 800 1 896,40 169,01
Régulateur 8 144 000 33,6 0,448
Batterie 6 180 000 1 386 0,7482
Onduleur 1 200000 1 500 1,44
Partie II
Module 1510 2 416 000 32 540,50 2 900,11
Régulateur 126 2 268 000 529,2 7,056
Batterie 135 4 050 000 31 185 16,8345
Onduleur 1 200000 1 500 1,44
Total
Module 1598 2 556 800 34 436,9 3 069,1
Régulateur 134 2 412 000 562,8 7,5
Batterie 141 4 230 000 32 571,0 17,6
Onduleur 1 200000 200 000 1,44
Estimation budgétaire totale DH 9398800
II.3. CONCEPTION D ’ UNE INSTALLATION PV RACCORDEE AU RESEAU
Une installation photovoltaïque raccordée au réseau est une installation qui produit de
l'électricité grâce au soleil et pour laquelle tout ou partie de l’électricité produite est injectée
sur le réseau électrique. Elle est constituée essentiellement de modules photovoltaïques et
onduleurs (Figure II-6).
Figure II.6 : Composants d’une installation PV raccordée au réseau.
Dans le cas du raccordement au réseau, notre installation photovoltaïque sera composée de
modules solaires PV et d’onduleurs. De ce fait nous procédons au dimensionnement d’une
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manière un peu plus concrète que celle du système autonome. Les données et contraintes
délivrées par le maître d’ouvrage sont :
• Une surface de toiture disponible se repartie comme suit :
� Toit de la direction : 1280m2 ;
� Parking2 : 352 m2 ;
� Parking3 : 414 m2 ;
� Face droite : 1207 m2 ;
� Surface totale : 3253 m2 ;
• Une inclinaison et orientation de 44° plein sud.
Le maître d’ouvrage demande d’obtenir le rendement le plus élevé possible compte tenu de la
surface disponible, ce qui conduit à choisir des modules monocristallins avec les mêmes
caractéristiques de ceux de la partie précédente (installation autonome).
II.3.1. Détermination du nombre de modules
Pour déterminer un nombre provisoire de modules, nous tenant en considération les
caractéristiques des modules choisis et la surface disponible. Cependant, on divise la surface
totale de la toiture par la surface d’un module solaire. Le calcul donne alors un nombre de
1912 modules. Cependant la puissance maximale instantanée du générateur PV sera ainsi
de1912×300 Wc = 573,6kWc.
II.3.2. Dimensionnement de l’onduleur
Pour cette installation et avec ce type d’exposition et d’inclinaison, un onduleur est suffisant.
En effet, la puissance de l’onduleur doit correspondre à la puissance des modules. La
puissance des modules (en Wc) est donnée dans les conditions standard (STC : 1000 W/m2 et
25°C), qui correspondent rarement aux conditions réelles. C’est pourquoi la puissance de
l’onduleur doit être minorée d’environ 5 à 10% par rapport à la puissance maximale des
modules solaires. En aucun cas le courant et la tension maximale de l’onduleur ne doivent être
dépassés. Alors, la puissance nominale de l’onduleur = [0,9 ou 0,95] × puissance nominale du
générateur. Idéalement, pour la puissance maximale calculée du générateur (573,6kWc avec
1912 modules de300 Wc), il faudrait une puissance d’onduleur de 544,92kW.
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L’emplacement où sera monté l’onduleur doit dès le départ être considéré avec une attention
particulière : une pièce régulée en température est idéale alors qu’une pièce plus chaude (sous
le toit) est critique.
Pour des installations de cette nature, les onduleurs centralisés sont recommandés. Nous
avons choisi un onduleur dont les caractéristiques sont montrées sur la figure II-7 :
Figure II.7 : Extrait de la fiche technique du type choisi d’onduleur.
En général, les modules solaires sont raccordés en série sur une entrée de l’onduleur. La plage
de tension d’entrée admissible de l’onduleur fixe alors le nombre de modules solaires montés
en série (string).
Nombredemodules = UPV
UMPP�à K 10°C� �
1000V
32,5V� 30
Pour que la plage de tension de l’onduleur soit respectée, il doit être branché en série sur une
entré de l’onduleur : 8 rangées de 30 modules au maximum.
II.3.3. Rentabilité et faisabilité
Le résultat du dimensionnement peut être résumé de la façon suivante :
• Puissance totale de l’installation PV : 573,6kWc ;
• Nombre de modules : 1912 modules de 300 Wc ;
• Raccordement : 8 strings de 30 modules pour chaque entrée ;
• Onduleur centralisé avec une puissance nominale de 630 kW et une puissance PV
maximale de573,6 kW.
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Le tableau II-9 montre un récapitulatif sur les différents composants du système.
Tableau II-9 : Récapitulatif sur les composants du système.
Toit Parking Jardin Total
Surface 1280 766 1207 3253
Module Nbre 752 450 710 1912
Prix 1203200 720000 1136000 3 059 200,00
Onduleur Nbre 1
Prix 300 000
Prix Total 3 359 200,00
En tenant compte des estimations financières des deux types d’installations étudiées, on a
abouti aux résultats rapportés dans le tableau II-10.
Tableau II-9 : Estimations financières des deux types d’installations étudiées.
Installation autonome Installation raccordée au réseau
Prix des dispositifs 9 398 800,00 3 359 200,00
Frais d’installation 2 000 000,00
Puissance produite 479 400 573 600
Surface totale(m²) 3 096 3 253
Poids total (kg) 267 571 41 652
Profit annuel 874 905,00 1 046 820,00
Rentabilité (an) 13,03 5,12
Faisabilité Non Oui
II.4. APPLICATION POUR DIMENSIONNEMENT DES INSTALLATIONS PV
Afin de rendre notre travail un peu plus concret, nous avons élaboré, en utilisant l’html et le
php, une application qui permet de calculer et dimensionner les installations photovoltaïques.
La figure II-8 montre la page d’accueil de cette application. Cette page, dans laquelle on saisit
les données, contient deux parties : une partie d’informations sur le client et Partie de saisie
des données nécessaire pour le calcul et le choix de matériel.
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Figure II.8 : Page d’accueil de l’application élaborée pour le dimensionnement PV.
Après la saisie de données, l’application affiche les résultats de dimensionnement dans une
autre page (Figure II-9).
Figure II.9 : Page d’affichage des résultats de dimensionnement.
De nos jours, nombreux logiciels assurent la réalisation des calculs et dimensionnement des
installations photovoltaïques. L’idée de réaliser une application pour effectuer les mêmes
taches n’est concrétisée qu’en tenant compte des nécessités et disponibilités des matériaux
utilisés par l’entreprise.
II.5. CONCLUSION
En prenant en considération les différentes étapes du dimensionnement ainsi que des
estimations financières, il apparait que le recours à l’installation raccordée au réseau s’avère
bénéfique et plus adéquat pour ce type de projet.
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CONCLUSION
Le recours au photovoltaïque se pose en terme de choix par rapport à une autre source
d’électricité telle que la source éolienne, le groupe électrogène, etc.
À nos jours, le photovoltaïque présente d’énormes avantages faisant de lui une technologie
qui présente de considérables qualités sur le plan écologique car non polluant, silencieux et
n’entraine aucune perturbation du milieu si n’est que l’occupation de l’espace pour
l’installation de grande dimension.
Faire appel aux énergies renouvelables est un investissement qui demande dans tous les cas
une estimation plus précise et plus rigoureuse de la rentabilité économique.
Ce stage de fin d’études se veut une première approche de la performance énergétique et
rentabilité du photovoltaïque. À travers ce rapport, nous avons essayé de faire une étude
principalement technique tenant des différentes contraintes qui peuvent être rencontrées lors
d’un dimensionnement.
Pour une surface de 3253m², on aura à installer :
• Un champ photovoltaïque de puissance égale à 573 600 Wc constitué de 1912 modules
de 300 Wc chacun, dont 30 modules en série pour 63 chaines en parallèle.
• Un onduleur remplissant les caractéristiques suivantes : une tension d’entrée de 1000
V, celle de sortie de 220/380 V, une fréquence de 50 Hz et une puissance de 630 kW.
Notre stage consiste aussi à réaliser une application de simulation facilitant ainsi les différents
calculs que nécessite un dimensionnement.
En présentant ce travail, qui peut être attaché d’erreurs et peut nécessiter une quelconque
correction et même être complété, nous osons croire avoir franchi une grande étape vers la
mise en valeur en domaine pratique de nos acquis théoriques.
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BIBLIOGRAPHIE
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• https://fr.wikipedia.org/
• http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps4/pvest.php?lang=en&map=africa
• http://pvshop.eu/offgrid
• http://www.tv5monde.com/cms/chaine-francophone/meteo/p-176-lg0-
Rabat.htm?id_ville=1265
• http://www.temperatureweather.com/mediterr/meteo/fr-meteo-en-maroc-rabat.htm
• http://www.photovoltaique.info/L-autoconsommation.html
• http://www.photovoltaique.info/Raccorde-au-reseau-photovoltaique.html
• http://photovolt34.free.fr/projet_couple_reseau.php
• http://www.ideesmaison.com/Energies/Solaire/Photovoltaique/Dimensionnement-
photovoltaique.html