07/10/2015

1

1

Ecole Supérieure de Technologie de Salé

Systèmes Photovoltaïques raccordés au réseau électrique

destinée aux Doctorants Marocains des filières photovoltaïques

Université Mohammed V -Rabat Ecole Supérieure de Technologie de Salé

Professeur: Najma LAAROUSSI lnajma@outlook.fr

05-08 Octobre 2015 2

Ecole Supérieure de Technologie de Salé

05-08 Octobre 2015

ETUDE TECHNICO-ECONOMIQUE D’UNE INSTALLATION

PHOTOVOLTAÏQUE POUR LE CENTRE COMMERCIALE

CARREFOUR

combustibles fossiles :73,3% Renouvelables (hydro+Eolien): 8,1%

CAS DU MAROC

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

07/10/2015

2

Présentation du site

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Site : Le centre commerciale Carrefour de Salé, Surface de 52.000 m2 dont 10.000 m2 construit. Le toit de carrefour possède une surface libre de S=8493m2.

Vue d’en haut du centre commercial

Présentation du site

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Coordonnées géographiques -Latitude : 34° 01' 46″ Nord -Longitude : 6° 50' 09″ Ouest -Altitude : 11 m Irradiations mensuelles moyenne en (Wh/m2) reçu par des plans pour l’angle d’inclinaison optimal =31° du site étudié [PVgis]

Détermination de la puissance à installée

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

E (k

Wh

)

2009

2010

2011

2012

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Evolution de la consommation d’énergie annuelle de carrefour La consommation moyenne annuelle du centre:

𝐸𝑎𝑛𝑛𝑢𝑒𝑙𝑙𝑒 = 2806312 𝑘𝑊ℎ/𝑎𝑛

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Détermination de la puissance crête à installer:

𝑃𝑐(𝑘𝑊𝑐) =𝐸 𝑘𝑊ℎ 𝑎𝑛 1(𝑘𝑊/𝑚2)

𝐼𝑟(𝑘𝑊ℎ 𝑚2/𝑎𝑛 ) × 𝐾

K = coefficient de perte, fréquemment étant entre 0 ,75 et 0,8. Détail des pertes (varie selon les installations): Pertes onduleurs 8% à 15 % Pertes température 5% à 12% Pertes câbles et connexion 2% Pertes masque 0 % à 50% (dépend de l'implantation) Pertes faible éclairement 3% à 7% Pertes liées à la réflectivité environ 3% Exemple: K = 0.9*0.92*0.98*0.97*0.96*0.97 = 0.74 soit 26% de pertes totales Ir(Kwh/m2/an): Somme moyenne de l'irradiation globale les modules 2250(KWh/m2/an)

07/10/2015

3

Choix de la technologies des cellules solaires

Cellules cristallines ou amorphes ?

Cristallines : rendement plus élevé

moyennes et fortes puissances

fragilités du silicium (placé entre 2 plaques de verre)

Amorphes : moins chères

Puissance faibles

infrastructure d’installation moins lourde

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Module PV monocristallin de la Marque SUNPOWER

Caractéristique électrique

Puissance nominal Pnom (+ou /– 5%) 435 W

Rendement moyen du panneau 20.1%

Tension a puissance maximal Vmpp 72.9 V

Courant a puissance maximal Impp 5.97 A

Tension en circuit ouvert Voc 85.6 V

Courant de court-circuit Isc 6.43 A

courant inverse maximal IRM 16,1A

Nombre de Module Total: 3824 modules

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Le choix et le nombre d'onduleurs repose sur 3 critères :

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

La compatibilité en tension

La compatibilité en courant

La compatibilité en puissance

dimensionnement des onduleurs et chaines PV

La compatibilité en tension

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Le coefficient 1,15 est un coefficient de majoration permettant de calculer la tension MPP à -20 °C. Le coefficient 0,85 est un coefficient de minoration permettant de calculer la tension MPP à 70 °C. Le nombre de modules à insérer en série est entre 7 et 10

07/10/2015

4

La compatibilité en courant

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Le coefficient 1,25 est un coefficient de sécurité imposé par le guide UTE C15-712

Le nombre de chaines à insérer en parallèle est 123

Caractéristiques techniques

Puissance DC nominal 408 kW

Puissance DC max 450 kWc

Plage de tension MPP 450-820 V

Tension DC max 1000 V

Courant DC max 993 A

Nombre d’entrée DC 8 entrées protégés

La compatibilité en Puissance

Configuration maximal

PM =123×10×435 = 535050 Wc ~ 535 kWc > PMAX = 450 kWc

Le nombre de modules en série est Ns = 8

Le nombre de modules en parallèle Nc = 120

Nouvelle configuration

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Caractéristique de l’onduleur Sunny central 400 HE

PM =120×8×435 = 417600 Wc ~ 418 kWc PMAX = 450 kWc

vérification des compatibilités

En tension

𝑼8= 8 × Uco × 1,15 = 8 × 85,6 × 1,15 = 787,52 V < Umax=1000 V

En courant

I120= 120 × Isc = 120× 6,43 = 771,6 V < Imax=993V

En puissance

PM =120×8×435 = 417 600 Wc ~ 417 kWc < PMAX = 450 kWc

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Nombre d’onduleur Nombre de chaines Nombre de modules

en série

Nombre total des

modules

Onduleur 1 120 8 960

Onduleur 2 120 8 960

Onduleur 3 119 8 952

Onduleur 4 119 8 952

3824

Répartition des modules sur quatre onduleurs

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

07/10/2015

5

Protection des modules photovoltaïques contre les surintensités

Un dispositif de protection des chaînes contre les surintensités est à prévoir si :

𝑁c𝑚𝑎𝑥 = (1+ IRM ⁄𝐼𝑠𝑐𝑆𝑇𝐶)

Nc: le nombre de chaines en parallèle: IRM : Le courant retour maximal que peut supporter un module sans être endommagé

𝐼𝑠𝑐𝑆𝑇𝐶: courant de court circuit des modules PV au condition STC D’après la fiche technique du module SPR-435NE-WHT-D , Isc= 6,43 A et IRM=16,1 A 𝑁𝐶𝑚𝑎𝑥 = 3 < Nc= 120 chaines

Nc > Ncmax

Protection des modules OBLIGATOIRE

Norme UTE C15 712 1

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Protection des modules photovoltaïques contre les surintensités

Calcul de nombre de protection à prévoir NPMAX

NPMAX = 0.5× (1+ IRM / 𝐼SCMAX)

NPMAX= 1

Protection de chaque chaine par fusible ou disjoncteur

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

NPMAX Le nombre maximal de chaines raccordées en parallèle à un dispositif de protection

dimensionnement des protections des chaines d’après la norme UTE C15-712-1 on a Isc,max = 1,25 Isc,STC

le courant assigné des dispositifs de protection doit vérifier les conditions suivantes :

IN =10 A

U2

8,84 A IN 16,1 A

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

IN Np 1,1 ×Iscmax

IN IRM

Isc,max = 1,25 Isc = 8,0375 A

Dans notre cas, on a : Nc=120 > Ncmax=3 et Np=1

Choix du calibre de protection

IN =10 A

U2

8,84 A IN 16,1 A

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Calibres normalisés du

courant assigné

1 A 2 A 4 A 6 A 8 A 10 A 12 A

16 A 20 A

25 A 32 A

40 A

50 A

63 A

D’après le tableau, on choisit un courant assigné de dispositif de protection des modules : IN =10 A Chaque chaine sera protégée par un fusible (sur chacune des deux polarités) de calibre 10 A.

07/10/2015

6

Le dimensionnement des câbles des chaines PV

Calcul du courant admissible sans correction des câbles de chaines

Iz ≥ I2 si Nc < 20

Iz ≥ IN si Nc 20

Norme UTE C15 712 1

Câb

le

chaîn

e

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Iz = 1,31 IN = 13,1 A

𝑲𝟏: Le facteur de correction prenant en compte le mode de pose.

𝑲𝟐: Le facteur de correction introduisant l’influence mutuelle des circuits placés cote à cote.

𝑲𝟑: Le facteur de correction prenant compte l’influence de la température ambiante et la nature

de l’isolant.

𝑲𝒏: Facteur de réduction prenant compte la charge du neutre (𝑲𝒏=𝟏 si le neutre n’est pas chargé,

𝑲𝒏=0,84 si le neutre est chargé).

La section des câbles des chaines : S = 6 mm2 (d’après le tableau des sections)

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Calcul du courant admissible avec correction

I’z = 31,43 A

Le dimensionnement de la protection des câbles des groupe PV (à la sortie de la boite de jonction des 8 chaines)

Norme UTE C15 712 1

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Ii=(Na-1)×1,25 ×IscSTC_groupe

D’après la norme UTE C15-712-1 SI le générateur photovoltaïque est constitué de plusieurs groupes Na en parallèles (Na > 2),

Le courant inverse maximal Ii circulant dans le câble du groupe:

Un groupe il contient 8 chaines, chaque chaine contient 8 modules en série, chaque onduleur est lié à Na=15 groupes. Ii=14× Iscmax_groupe = 900,2 A Avec : Iscmax_groupe= Nc×1,25×Isc = 64,3 A (Nc=8) avec ISc=6,43A Le choix des dispositifs de protection et des câbles de groupe PV se fait avec le tableau:

IN ≥ 1,1× Iscmax_Groupe IN ≥ 70,73A

Calibres

normalisés du

courant assigné

1 A 2 A 4 A 6 A 8 A 10 A 12 A

16 A 20 A 25 A 32 A 40 A 50 A 63 A

80 A 100 A 125 160 200 250

IN=80A

IN Courant assigné des dispositifs de protection de groupes

Le dimensionnement des câbles des groupe PV (à la sortie de la boite de jonction des 8 chaine) Calcul du courant admissible non corrigé IZ des câbles de groupes

Iz ≥ I2

I2 =1,45× IN

Calcul du courant admissible corrigé

La section des câbles des groupes PV est:

S= 150 mm2 Norme UTE C15 712 1

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Iz=116 A

I’Z = 278,33 A

07/10/2015

7

Calcul de la chute de tension

la chute de tension dans les câbles se calcule par la formule suivante :

LONGUEUR

(m)

SECTION (mm2) CHUTE DE TENSION(%)

Câbles de

chaines

20 6 0.079

Câbles de

groupes

100 150 0.13

Total 0.20

𝝆𝟎 : Résistivité du matériau conducteur (cuivre) en service normale (𝝆𝟎=0.01851)

L : La longueur du câble(m)

S : la section du câble (mm2)

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

La chute de tension Total : 𝛆 = 𝟎, 𝟐𝟏 %

Les critères de raccordement

le raccordement parallèle ne doit pas nuire à la continuité et à la qualité du service du réseau

afin de préserver le niveau de service pour les autres utilisateurs raccordés.

l'installation de production doit automatiquement être interrompu en cas d'absence

d'alimentation du réseau de distribution.

l'installation de production ne doit pas être raccordée ou le raccordement en parallèle doit

immédiatement et automatiquement être interrompu si la valeur seuil du déséquilibre de la

puissance générée par les installations triphasées comprenant des générateurs monophasés n'est

pas inférieure à la valeur maximale autorisée pour les raccordements monophasés.

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Tables des modules PV

Architecture du champs PV

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Etude d’ombrage On doit avoir une distance optimale entre les tables PV

On prend : D = 14 m

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

07/10/2015

8

Analyse économique de l’installation

Cette installation est-elle intéressante pour le centre commercial?

Composant Prix par Wc en EURO Prix total

Module PV 0,90 1496700

Onduleur 0,25 415750

Structure (support) 0,11 182930

Câbles, boîtier 0,03 49890

Appareils de protection 0,09 149670

Marge distributeur 0,15 (15%) 249450

Transport 0,02 33260

Droits Douane 0,04 (2,5%) 66520

Installateur 0,30 498900

Aléas 0,02 33260

Prix total HT 1,91 3 176 330

Coût d’investissement total : 34 939 630 MAD HT

Le prix du Watt-crête : 21,01 DH/Wc

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Analyse économique de l’installation ( Retscreen)

Graphique des flux monétaires cumulatifs

Ce graphique nous montre le temps de retour sur investissement du projet

le temps de retour sur investissement qui est d’environ 11 ans

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

Cette installation va aussi contribuer à la réduction de gaz à effet de serre

notamment le CO2

Ecologiquement:

Dimensionnement DC

Etude économique

Dimensionnement AC

Architecture Ombrage

Contexte

1656 Tonne de CO2 / an évité 1

331 200 Dh/an de recette grâce au crédit du carbone 2

Et 1 MWh évite 0,6 tonne de CO2 par an

L’installation produit 2760 MWh par an