ANALYSE DU MATERIEL SOLAIRE EXISTANT AU CSPS

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Fonctionnement d’un système photovoltaïque

Un système photovoltaïque pour application en site isolé est constitué principalement de quatre éléments principaux qui sont [2]:
– Le système de captage
– Le système de stockage
– Le système de régulation
– Le système de conversion
Installés en toiture ou sur le sol à proximité des habitations, les panneaux photovoltaïques exposés au soleil produisent du courant continu qui sera transformé par l‘onduleur en courant alternatif.

Le système de stockage

La production d‘énergie par les systèmes photovoltaïque est très fluctuante et dépend énormément des conditions météorologiques. C‘est pourquoi, il faudra penser à stocker cette énergie pour la restituer les nuits et pendant les jours sans ensoleillement.

Le système de régulation

Le régulateur est le cœur du système de captage photovoltaïque. C‘est un petit appareil qui se place entre la batterie et les panneaux photovoltaïques pour éviter que la batterie ne soit pas endommagée par un courant trop fort ou inversement qu‘elle ne se décharge trop. Son rôle principal est de réduire le courant lorsque la batterie est presque entièrement chargée. Sachant que, l‘état de charge de la batterie est estimé par la mesure de la tension aux bornes des éléments. Lorsqu‘une batterie se rapproche d‘un état de charge complète, de petites bulles commencent à se former sur les électrodes positives.
A partir de ce moment, il vaut mieux réduire le courant de charge non seulement pour éviter des dégâts mais aussi afin de mieux atteindre l‘état de charge complète. La régulation de la charge a pour but de limiter la tension de la batterie (seuil haut). D‘autre part, un courant trop élevé peut même provoquer une déformation des électrodes à l‘intérieur, ce qui pourrait créer un court-circuit. Pour cette raison, les appareils installés sont dotés d‘indicateurs de charge ou d‘un limiteur de décharge pour couper la batterie dès que le niveau de tension descend en dessous d‘un niveau déterminé.

Le système de conversion

Un convertisseur d‘énergie est un équipement que l‘on dispose généralement soit entre le champ PV et la charge (sans stockage avec charge en continu, il portera le nom de convertisseur continu-continu), soit entre la batterie et la charge (il sera alors appelé onduleur ou convertisseur continu-alternatif).
A l‘onduleur est généralement associé un redresseur qui réalise la transformation du courant alternatif en courant continu et dont le rôle sera de charger les batteries et d‘alimenter le circuit de l‘installation en continu en cas de longue période sans soleil.
Nous avons présenté dans ce chapitre une description générale des systèmes photovoltaïques. Tous les éléments ont été introduits afin de permettre une bonne compréhension du fonctionnement des systèmes PV et le choix du matériel après avoir effectué le dimensionnement.

ANALYSE DU MATERIEL SOLAIRE EXISTANT AU CSPS

La disponibilité de l’électricité demeure un réel problème dans nos pays. Les pannes électriques sont fréquentes dans presque tous les pays ouest africains et l’électricité est souvent considérée comme une marchandise de luxe. On estime que pas plus de 20 % et dans certains pays moins de 5 % de la population ont un accès direct à l’électricité. Ce chiffre peut chuter à 2 % en milieu rural. La production d’énergie électrique va au-delà de l’érection de grandes infrastructures. Il est plutôt question de pouvoir fournir de l’énergie et des services vitaux pour développer le commerce, accroître la productivité et améliorer le niveau de vie en offrant aux familles une énergie abordable pour la cuisson, le chauffage et l’éclairage.
C’est dans cette optique qu’une expertise, suivie d’une cotation nous a été demandé en vue d’une installation photovoltaïque pour l’alimentation en électricité du CSPS de Kollo; et cette étude comprend les axes suivants.

Objectifs de l’étude

L’objectif général de la mission est d’expertiser la capacité du système photovoltaïque déjà existant et de proposer une solution meilleure pour l’alimentation du CSPS en électricité.
Le CSPS est composé de :
– 1 maternité
– 1 dispensaire
– 2 latrines doubles

MISE EN APPLICATION DES RECOMMANDATION

Estimation des besoins en électricité (cahier des charges)

Les tableaux N°3 et 5 ci-dessus nous définissent les estimations en besoin d’électricité dans le CSPS respectivement dans le dispensaire et la maternité. Cependant, les différents temps d’utilisation ont été imposés par le comité directeur du CSPS.

Dimensionnement du système PV

Hypothèses

– L’alimentation se fera en courant alternatif car toutes les charges du CSPS sont en AC (Confère annexe V),
– Ensoleillement journalier moyen (Es) : 5,5 heures / jour
Nous constatons que ce soit en saison sèche ou en saison pluvieuse, les valeurs d’ensoleillement moyenne sont comprise entre 4,66 kWh /m² et 4,83 kWh /m².
– L’autonomie (A) : 2 jours (imposée par le comité directeur du CSPS) Cependant, généralement au Niger on choisit 3 jours pour les installations rurales d’éclairage, 5 jours pour les réfrigérateurs à vaccins et 8 à 10 jours pour les systèmes professionnels (télécommunications). [4]
– La tension du système : en fonction de la valeur de la puissance crête (Pc), on détermine la tension d’utilisation du système. Les tensions d’utilisation (U) recommandées dans les systèmes solaires sont les suivants : [5]
U= 12V pour Pc<0,5kWc
U= 24V pour 0,5kWc<Pc<2kWc
U= 48V pour 2kWc<Pc<10kWc
U> 48 V pour Pc>10kWc

Rentabilité du système photovoltaïque Hybride proposé 

Tout système de production d‘énergie a ses avantages et ses inconvénients :

Les avantages

– Une haute fiabilité : l‘installation ne comporte pas de pièces mobiles qui la rendent particulièrement appropriée aux régions isolées et particulièrement au CSPS. C‘est aussi la raison de son utilisation sur les engins spatiaux.
– Le caractère modulaire des panneaux photovoltaïques permet un montage simple et adaptable à des besoins énergétiques divers. Les systèmes peuvent être dimensionnés pour des applications de puissances allant du Milliwatt au Mégawatt.
– Le coût de fonctionnement est très faible vu les entretiens réduits et il ne nécessite ni combustible, ni personnel hautement spécialisé pour la maintenance.
– La technologie photovoltaïque présente des qualités sur le plan écologique car le produit fini est non polluant (électricité propre), silencieux et n‘entraîne aucune perturbation du milieu, si ce n‘est par l‘occupation de l‘espace pour les installations de grandes dimensions.
– Ils fonctionnent de façon rentable dans les régions éloignées et dans de nombreuses applications résidentielles et commerciales.
– Ils sont flexibles et peuvent être élargis à n‘importe quel moment pour répondre à vos besoins en matière d‘électricité.
– Temps de réalisation d‘une centrale PV minimum.
– Ils ont une longe durée de vie. Les panneaux solaires commencent à perdre leur rendement après 25 ans.
– On élimine les frais et les risques de transport associé aux énergies fossiles.
– Temps de changement de source d’alimentation (hybridation) insignifiant.

Inconvénients

– La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert des investissements d‘un coût élevé.
– Le rendement réel de conversion d‘un module est faible, de l‘ordre de 10-15 % avec une limite théorique pour une cellule de 28%.
– Les générateurs photovoltaïques ne sont compétitifs par rapport aux générateurs diesel que pour des faibles demandes d‘énergie en régions isolées.
– Tributaire des conditions météorologiques.
– Une grande majorité d‘appareils commercialisé sur le marché fonctionnent au 220 à 230V alternatif or, l‘énergie issue du générateur PV est unidirectionnelle et de faible voltage (< 35V), elle doit donc être transformée par l‘intermédiaire d‘un onduleur.
– Le stockage de l‘énergie électrique se fait à l’aide d’accumulateurs qui sont le plus souvent des batteries à Plomb, Acide ou sèche. Sachant que les batteries ne doivent pas se décharger à plus de 60% (70% maximum) de leur capacité maximale et ont une faible durée de vie (3 à 5 ans), cela est un facteur rendant onéreux l’installation.

Limites

– Les systèmes ne conviennent pas aux utilisations à forte consommation d‘énergie comme le chauffage. Si vous souhaitez utiliser l‘énergie solaire à cette fin, considérez d‘autres solutions de rechange comme un chauffe-eau solaire.
– Les systèmes raccordés au réseau sont rarement économiques, surtout parce que le coût actuel de la technologie PV est beaucoup plus élevé que celui de l‘énergie traditionnelle.
L’envie de devenir son propre producteur d’électricité devrait être une motivation forte, et c’est dans cette optique que la Croix-Rouge a décidé de renforcer l’installation solaire du CSPS De KOLLO. Ce CSPS était déjà équipé d’une solution solaire mais qui ne couvrait pas la totalité de la demande énergétique et c’est ainsi que nous avons été associé à l’expertise et à la proposition d’une cotation pour renforcer le système existant.

CONCLUSION

Le dimensionnement de la centrale hybride autonome (photovoltaïque, Réseau National) a été effectué suite à l’estimation du potentiel énergétique journalier disponible et la puissance demandée par l’utilisateur.
A partir de ces données indispensables, nous avons dimensionné le champ photovoltaïque, et le calibre du compteur électrique qui convient à notre installation. Notre choix s’est porté sur un dispositif de stockage d’énergie par batteries. Le dimensionnement de chaque générateur et de toute la chaîne hybride montre l’efficacité et la fiabilité de ce dispositif.
De plus, au cours de la rédaction de ce projet industriel, nous avons rencontré sans doute des difficultés, mais grâces aux soutiens de nos encadreurs, nous avons pu braver ces barrières pour aboutir à la rédaction de ce présent document.
Nous nous excusons auprès de nos encadreurs et de tous ceux qui liront ce document, des insuffisances qu’il peut comporter et nous restons ouverts à toutes critiques et suggestions dans l’optique d’améliorer ce document. Cependant, nous tenons à préciser que le système proposé fait l’objet d’un projet réel dont nous attendons le financement pour passer à la phase de réalisation.

Table des matières

ABSTRACT
INTRODUCTION
I. GENERALITES SUR LES SYSTEMES SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE
1.1. Fonctionnement d’un système photovoltaïque
1.1.1. Le système de captage photovoltaïque
1.1.2. Le système de stockage
1.1.3. Le système de régulation
1.1.4. Le système de conversion
II. ANALYSE DU MATERIEL SOLAIRE EXISTANT AU CSPS
2.1. Objectifs de l’étude
2.2. Localisation du site
2.3. Caractéristiques du système photovoltaïque existant
2.3.1. Système présent
2.3.2. Constat et recommandations
III. MISE EN APPLICATION DES RECOMMANDATION
3.1. Estimation des besoins en électricité (cahier des charges)
3.2. Dimensionnement du système PV
3.2.1. Hypothèses
3.2.2. DIMENSIONNEMENT PAR LA METHODE DE SUCCESSION DE CALCUL [5]:
3.3. Schéma du système
IV. ETUDE ECONOMIQUE
4.1. Etude Economique
4.2. Devis estimatif du matériel à installer
4.3. Bénéfice économique engendré par l’utilisation du système solaire
4.4. Rentabilité du système photovoltaïque Hybride proposé [10]
4.4.1. Les avantages
4.4.2. Inconvénients
4.4.3. Limites
CONCLUSION
BIBLIOGRAPHIE

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