Soutenance mémoire
ENERGIE RENOUVELABLE
DEFINITION
Une énergie renouvelable est une source d’énergie se renouvelant assez rapidement pour être considérée comme inépuisable car elle est issue des phénomènes naturels qui se reproduisent régulièrement ou constamment. C’est une énergie non polluante dont le gisement se renouvelle en permanence.
QUELQUES TYPES D’ENERGIE RENOUVELABE
L’énergie éolienne
Pour avoir de l’énergie éolienne, on utilise des dispositifs appelés éoliennes permettant de transformer l’énergie cinétique du vent en énergie électrique. En recevant l’énergie cinétique du vent, les pales de l’éolienne tournent et entrainent la rotation d’un rotor lié à un générateur qui converti l’énergie mécanique en énergie électrique.
L’énergie hydraulique
L’énergie cinétique fournie par les chutes d’eau fait tourner des machines appelées turbines hydrauliques qui sont reliées à un alternateur qui produit à son tour du courant électrique.
L’énergie géothermique
Par la transformation de l’énergie thermique du fluide géothermique en énergie mécanique, on obtient de l’électricité grâce à un générateur. Les fluides géothermiques chauds passent à travers un échangeur de chaleur pour chauffer une pipe dans laquelle circule le fluide de fonctionnement (dioxyde de carbone CO2 ) qui se vaporise au contact de la chaleur d’origine géothermique, et fait tourner une turbine pour générer de l’électricité.
L’énergie de la biomasse
La biomasse est l’ensemble de la matière organique végétale ou animale. L’énergie de biomasse est une énergie obtenue par extraction des matériaux biologiques tels que : le bois, les fumiers ainsi que les déchets agricoles. Par la combustion, dans une chaudière, les bois brulés dégagent de la chaleur et on peut obtenir de l’énergie appelée bois – énergie. On peut aussi obtenir de la biomasse liquide à partir des déchets organiques qui peuvent être transformés en énergie ou en engrais.
EXPRESSION DU RAYONNEMENT SOLAIRE
LA LATITUDE ET LA LONGITUDE D’UN LIEU
La Latitude (L) d’un lieu est l’angle formé par le plan équatorial et la direction «centre de la terre – point local ». Elle est exprimée en degrés et varie entre 0° et 90° à partir de l’équateur vers les pôles. Cet angle est positif pour l’hémisphère nord et négatif pour l’hémisphère sud. La Longitude (Lo) d’un lieu est l’angle formé entre le méridien de référence (méridien de Greenwich) et le méridien du point local. A partir de ce méridien d’origine, elle varie entre 0° et 180°. Cet angle est positif vers l’ouest et négatif vers l’Est.
POSITION DU SOLEIL
La position du soleil dans le ciel peut se repérer soit par les coordonnées horaires, soit par les coordonnées azimutales.
Les coordonnés horaires
La déclinaison (δ) du soleil est l’angle de la direction terre – soleil et le plan équatorial céleste. Cet angle varie de – 23°27’ au solstice d’hiver (21 juin) et +23°27’ au solstice d’été (21 décembre) et nul aux équinoxes.
L’angle horaire (w) du soleil est l’angle le long de l’équateur céleste entre le plan du méridien du lieu (plan passant par la direction Sud) et celui contenant la direction du pôle céleste et celle du soleil. Cet angle est compté en heure dans le sans rétrograde vers l’Ouest.
SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE RACCORDE AU RESEAU
PRINCIPE DE BASE
Les panneaux photovoltaïques délivrent une tension continue, à sa sortie, elles serviront pour charger des batteries. Mais les panneaux solaires seuls ne suffisent pas car le courant délivré par celui – ci est variable, instable d’où il est préconisé d’utiliser un régulateur de charge qui lui permet de fournir un courant continu, stable et garantit donc une charge efficace des batteries. Pour faciliter le couplage de cette source photovoltaïque avec le réseau publique, il nous faut un onduleur qui va transformer la tension stable fournit par le régulateur en une tension sinusoïdale pure c’est-à-dire de même amplitude et fréquence que le réseau public pour le système monophasé et en plus de même phase pour le système triphasé. Donc le système photovoltaïque comporte principalement un champ photovoltaïque ; des batteries d’accumulateurs ; un régulateur de charge et un onduleur. Mais aujourd’hui, il y a ce qu’on appel « onduleur/chargeur » qui assure en un seul appareil la régulation et l’optimisation de la puissance du champ photovoltaïque ; l’efficacité de la charge des batteries ; la transformation de la tension continue en tension sinusoïdale pure et l’inversion automatique, sans coupure de fonctionnement des charges utilisées, de source principale vers la source secondaire en cas de coupure ou défaillance électrique. Dans ce projet alors, notre centrale photovoltaïque est constituée principalement d’un champ photovoltaïques ; d’un ou plusieurs onduleurs et des batteries d’accumulateur pour stocker l’énergie qu’on va utiliser en cas de défaillances du secteur public .
Avantages de l’énergie photovoltaïque par rapport à d’autres énergies renouvelables
La particularité de l’énergie photovoltaïque raccordée au réseau par rapport aux autres énergies renouvelables, réside dans le fait que :
• Dans la plupart des cas, la centrale photovoltaïque peut être installée à proximité du lieu de consommation, évitant ainsi les pertes en ligne qui peuvent atteindre 15 % sur les grands réseaux électriques lorsque des centaines de kilomètres séparent les lieux de production et de consommation. Cette énergie répond bien au concept de la décentralisation
• La lumière du soleil et non la chaleur étant disponible partout, l’énergie photovoltaïque est exploitable aussi bien en montagne dans un village isolé que dans le centre d’une grande ville.
➤ Une centrale photovoltaïque raccordée au réseau fonctionne «au fil du jour » de manière totalement transparente pour l’utilisateur et sans intervention de sa part. Son fonctionnement est particulièrement optimisé.
➤ L’énergie photovoltaïque est totalement modulable et peut donc répondre à un large éventail de besoins. La taille des installations peut aussi être augmentée par la suite afin de suivre l’évolution des besoins ou des moyens financiers.
➤ Les systèmes photovoltaïques sont extrêmement fiables : aucune pièce mécanique n’est en mouvement et les matériaux employés (verre, aluminium) résistent aux pires conditions climatiques (notamment à la grêle). La durée de vie d’un capteur photovoltaïque est ainsi de plusieurs dizaines d’années.
➤ L’installation d’une centrale photovoltaïque est relativement simple et peut être assurée par des non-spécialistes moyennant quelques conseils de base.
➤ La maintenance des systèmes photovoltaïques raccordés au réseau se résume à la vérification du bon état de propreté des modules photovoltaïques.
➤ Les systèmes photovoltaïques véhiculent une image high-tech justifiée et symbolisent à la fois préoccupations environnementales et modernisme. Pour une entreprise, ils peuvent être facilement justifiés dans une action de communication comme étant un vecteur d’image important. Par conséquent, l’énergie photovoltaïque raccordée au réseau est particulièrement bien adaptée à l’intégration dans la plupart des bâtiments quel que soit leur type (habitations, bureaux, entreprises, centres commerciaux,…
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE I : CONTEXTE GENERAL
Chapitre 1 : ENERGIE RENOUVELABLE
1.1) Définition
1.2) Quelques types d’énergie renouvelable
1.2.1) L’énergie éolienne
1.2.2) L’énergie hydraulique
1.2.3) L’énergie géothermique
1.2.4) L’énergie de la biomasse
1.2.5) L’énergie solaire
Chapitre 2 : EXPRESSION du rayonnement solaire
2.1) La latitude et longitude d’un lieu
2.2) Position du soleil
2.2.1) Les coordonnés horaires
2.2.2) Les coordonnés azimutales
2.3) Heure de lever et du coucher de soleil
2.3) Durée d’ensoleillement
2.4) Détermination du rayonnement solaire
2.5.1) Rayonnement solaire direct I
2.5.2) Rayonnement solaire direct S
2.5.3) Rayonnement solaire diffus D
2.5.4) Rayonnement solaire globale G
Chapitre 3 : NOTION DE TEMPS
3.1) Le temps solaire vrai
3.2) Temps solaire moyen
3.3) Equation du temps
3.4) Le temps légal
PARTIE II : METHODOLOGIE
Chapitre 1 : SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE RACCORDE AU RESEAU
1.1) Principe de base
1.1.1) Avantages de l’énergie photovoltaïque par rapport à d’autres énergies renouvelables
1.1.2) Schéma de principe
1.2) Dimensionnement d’un site photovoltaïque
1.1.1) Ensoleillement
1.1.2) Données
a) Site : Ambodifasina Ambatolampy Antananarivo
b) Nombre de jours d’autonomie nj
1.2.3) Données
a) Consommation électrique journalière
b) Evaluation de la somme de puissance et de la tension d’utilisation
i) Puissance du système
j) Tension du système
c) Puissance crête
d) Nombre de modules
e) Capacité en [Ah] du parc batterie
f) Courant du régulateur
i) Régulateur de charge et stockage d’énergie
j) Rôles du régulateur de charge dans un système photovoltaïque
1.3) Onduleur chargeur
1.3.1) Définition
1.3.2) Les différentes parties de l’onduleur chargeur
a) Régulateur de charges
b) Onduleur
i) Schéma symbolique d’un onduleur
j) Les différentes parties de la partie onduleur
k) Fonction de cette partie onduleur
l) Schéma fonctionnel de l’onduleur
m) Principe de génération de le MLI
n) Algorithme de commande
c) Inverseur de source automatique
i) Principe de fonctionnement
j) Caractéristiques de l’inverseur de source automatique
d) Quelques types d’onduleur/chargeur
Chapitre 2 : XANTREX SERIE SW 5548
2.1) Introduction
2.2) Caractéristiques de l’onduleur/chargeur série SW
2.3) Fonctionnement
2.3.1) Théorie de fonctionnement
2.3.2) Mode de fonctionnement
2.3.3) Fonctionnement empilage
a) Empilage en série
b) Empilage en parallèle
2.3.3) Type de batterie
a) Batterie à décharge profonde
b) Batterie plomb – acide non scellée
c) Batterie plomb – acide scellée
d) Batterie nickel – cadinium (NICAD) et nickel – fer (NIFE)
2.3.5) Taille des batteries
2.3.6) Exigences de batterie
a) Emplacement de la batterie
b) Taille de câble de la batterie
Chapitre 3 : PROTECTION ET CABLAGE
3.1) Mise à la terre des masses ou équipotentialité
3.2) Protection contre les surintensités
3.2.1) Chaîne PV
3.2.2) Câble groupe PV
3.2.3) Les parafoudres
a) Les paratonnerre à tige
b) Les paratonnerre à cage maillée
c) Les paratonnerre à fils tendus
3.2.4) Quelques types des parafoudres
a) Parafoudres de type 1 et 2 en basse tension
b) Parafoudres type 2 débrochable pour réseau PV
c) Schéma de principe de protection
Chapitre 4 : SCHEMA UNIFILAIRE DE PRINCIPE D’UNE INSTALLATION PV RACCORDE AU RESEAU
PARTIE III : RESULTATS
Chapitre 1 : CAHIER DE CHARGE
1.1) Dimensionnement des modules photovoltaïques
1.1.1) Consommation énergétique journalière
1.1.2) Consommation totale
1.1.3) puissance et tension du système
1.1.4) Puissance crête
1.1.5) Nombre de modules
1.2) Dimensionnement des batteries d’accumulateur
1.2.1) Capacité de Parc batterie
1.2.2) Nombre de batterie nécessaires
1.3) Dimensionnement du régulateur
1.4) Tableau récapitulatifs
1.4.1) Données caractéristiques du site
1.4.2) Tableau de consommation d’énergie en fonction de l’ensoleillement mensuel
1.4.3) Tableau des puissances fournis par les modules photovoltaïques
1.5) Dimensionnement de l’onduleur chargeur
Chapitre 2 : CHOIX DES CABLES ET PROTECTION
2.1) Protection
2.1.1) Coffret parafoudre CPV240-230-XX-DDR
2.1.2) Coffret parafoudre CPV50-500-3ST
2.2) Câble
2.2.1) Câble PV – boite de jonction
2.2.2) Câble boite de raccordement – Régulateur
2.2.3) Câble Régulateur – batterie
2.2.4) Câble batterie – batterie
2.2.5) Câble mise à la terre
2.2.2) Récapitulations
Chapitre 3 : BILAN ECONOMIQUE
PARTIE IV : ETUDE D’IMPACTS ENVIRONNEMENTAUX
Chapitre 1 : DEFINITION
Chapitre 2 : INSTALLATION PHOTOVOLTAIQUE RACCORDEE AU RESEAU ET ENVIRONNEMENT
CONCLUSION GENERALE
ANNEXES
BIBLIOGRAPHIE
