Soutenance mémoire
Historiques
Quelques dates importantes dans l’histoire du photovoltaïque :
1839 : Le physicien français Edmond Becquerel découvre le processus de l’utilisation de l’ensoleillement pour produire du courant électrique dans un matériau solide. C’est l’effet photovoltaïque.
1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire.
1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites.
1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace.
1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l’Université de Delaware.
1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie.
La première cellule photovoltaïque (ou photopile) a été développée aux États Unis en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photosensibilité du silicium pouvait être augmentée en ajoutant des « impuretés ». C’est une technique appelée le « dopage » qui est utilisée pour tous les semi-conducteurs. Mais en dépit de l’intérêt des scientifiques au cours des années, ce n’est que lors de la course vers l’espace que les cellules ont quitté les laboratoires. En effet, les photopiles représentent la solution idéale pour satisfaire les besoins en électricité à bord des satellites, ainsi que dans tout site isolé.
Principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Le but des cellules photovoltaïques est de convertir l’énergie lumineuse provenant du Soleil en énergie électrique. Ceci se fait en trois étapes :
Absorbation des photons de la lumière solaire.
Conversion de l’énergie reçue par les photons en énergie électrique (particules électriques libres).
Collecte les particules dans un circuit électrique externe.
Le matériau constituant la cellule photovoltaïque doit donc posséder deux niveaux d’énergie et être assez conducteur pour permettre l’écoulement du courant, d’où l’intérêt des semiconducteurs pour l’industrie photovoltaïque.
Caractéristiques électriques des modules
La puissance-crête (Wc) d’un module photovoltaïque est la puissance électrique maximale qu’il peut fournir, dans les conditions de mesures normalisées suivantes :
lorsqu’il est connecté à une charge optimale ;
lorsqu’il reçoit du soleil une puissance de 1 000W/m2. Ceci correspond approximativement à une exposition perpendiculaire aux rayons du soleil le midi par temps clair ;
lorsque la température à la jonction des cellules est de 25 °C.
Il s’agit donc de conditions idéales conventionnelles qui sont très rarement remplies dans la pratique
Pompage avec batterie
La méthode de pompage d’eau en utilisant l’énergie stockée sur des batteries peut avoir l’avantage de garantir une stabilité d’alimentation des équipements (système présente l’avantage d’un débit régulier, la possibilité de pomper lorsque le soleil est absent). L’énergie emmagasinée pour être utilise aussi pour d’autres besoins ultérieures. L’inconvenant majeur, voir handicapant, de cette technique est qu’elle comporte plusieurs composants qui influent négativement sur la fiabilité et le coût global du système. En effet, les batteries sont fragiles et sont souvent les premiers éléments qui auront besoin d’être changés. Elles nécessitent, en outre, un entretien constant et un contrôle rigoureux de leur charge et décharge. Les contrôleurs utilisés pour régulariser la charge et la décharge des batteries vieillissent rapidement et peuvent s’avérer non fiables. Les batteries introduisent également un certain degré de perte de rendement d’environ 20% à 30 % de la production d’énergie.
La pompe volumétrique
La pompe volumétrique transmet l’énergie cinétique du moteur en mouvement de va-etvient permettant au fluide de vaincre la gravité par variations successives d’un volume raccordé alternativement à l’orifice d’aspiration et à l’orifice de refoulement. Une pompe volumétrique comporte toujours une pièce mobile dans une pièce creuse qui déplace le liquide en variant le volume contenu dans la pièce creuse. Le principal intérêt des pompes volumétriques est de pouvoir véhiculer un fluide sous de très fortes pressions. Mais elles ne conviennent que pour des débits faibles, ce qui rend leur emploi très limité pour l’alimentation en eau des cultures.
Moteur à courant alternatif
Les moteurs alternatifs asynchrones (rotor à cage) sont les plus couramment employés pour une gamme variée d’applications industrielles. Par exemple, les pompes sur réseau utilisent depuis longtemps ce type de moteur. Il est utilisé particulièrement pour le pompage immergé dans les forages et les puits ouverts. L’arrivée d’onduleurs efficaces a permet l’utilisation de ce type de moteurs dans les applications de pompage solaire. L’utilisation d’un moteur asynchrone (à courant alternatif triphasé) plus robuste et moins cher (aussi faible besoin de maintenance) devient une solution plus économique et plus pratique même au prix d’un circuit électronique de commande plus complexe. L’utilisation d’un moteur asynchrone augmente ainsi l’autonomie et la fiabilité de l’installation. Le moteur est alimenté par un onduleur (convertisseur DC/AC) qui assure l’optimisation du générateur PV.
Constitution d’un dossier de maintenance
Le dossier de maintenance commence à être constitué dès que l’équipement est commandé et sera complété au fur et à mesure des actions de maintenance sur le système. L’élaboration du dossier de maintenance, par la société chargée du suivi ou de la maintenance de la station, doit se faire avec l’aide du constructeur ou du fournisseur, de la structure chargée de l’achat du matériel, du comité d’exploitation local et du fontainier. Pour l’organisation du dossier, on peut regrouper les constituants par familles et sousfamilles, par exemple un premier groupe correspondant aux pièces fabriquées en grande série et qu’on peut facilement trouver en grande quantité sur le marché (robinets, vis, écrou…), un second groupe constitué par les ensembles importants (moteurs, pompes…), et enfin un troisième groupe constitué de composants propres à l’installation (onduleurs, moteurs, pompes, etc.). Cette méthode facilite la codification. Par ailleurs, tout travail effectué donnera lieu à un historique qui sera intégré au dossier. Ce dernier doit exister au moins en deux exemplaires classés respectivement dans la structure locale d’exploitation et dans la société chargée de la maintenance. Il faut bien noter que le dossier de maintenance n’est pas un document d’archives mais un document de travail.
|
Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE ET INTRODUCTION A L’ENERGIE PHOTOVOLTAIQUE
CHAPITRE 1 : PRESENTATION DE LA ZONE D’ETUDE
1.1 Situation géographique
1.2 Situation économique de la région
1.3 Climatologie
1.4 Approvisionnement en eau potable
CHAPITRE 2 : L’ENERGIE SOLAIRE
2.1 Le soleil
2.2 Présentation général
2.3 Evolution
2.4 Le rayonnement solaire
2.4.1 Le rayonnement solaire direct
2.4.2 Le rayonnement solaire diffus
2.4.3 Le rayonnement solaire réfléchi ou albédo
2.5 Captation
2.6 Calcul de la position du soleil
2.6.1 Paramètre de position
2.6.2 Les coordonnés géographique
2.6.3 Les coordonnés céleste horizontales
2.7 Les paramètre de temps
CHAPITRE 3 : LE SYSTEME PHOTOVOLTAIQUE
3.1 Terminologie
3.2 L’énergie photovoltaïque
3.3 Les cellules photovoltaïques
3.3.1 Historiques
3.3.2 Les différentes technologies
3.3.3 Principes de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
3.3.4 Les différents types de connexion des modules
3.3.5 Caractéristiques électriques des modules
3.4 Les différents types d’utilisation de générateur photovoltaïque
3.4.1 Alimentation électrique de faible puissance
3.4.2 Installations électriques photovoltaïques autonomes
3.4.3 Installations électriques photovoltaïques : système hybride
3.4.4 Installations électriques photovoltaïques : système raccordés au réseau
PARTIE II : ETUDE ET DIMMENSIONNEMENT DU SYSTEME DE POMPAGE
CHAPITRE 4 : LE POMPAGE PHOTOVOLTAIQUES
4.1 Introduction
4.2 Méthodes de pompages
4.2.1 Pompage au fil du soleil
4.2.2 Pompage avec batterie
4.3 Notions hydrauliques
4.4 Les composants de système de pompage PV
4.4.1 Le générateur photovoltaïque
4.4.2 Le groupe moto-pompe
4.4.3 Les moteurs électriques
4.4.4 L’électronique de commande et de contrôle
4.4.5 La partie stockage
CHAPITRE 5 : DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME
5.1 Evaluation des besoins en eau
5.2 Calcul de l’énergie hydraulique nécessaire
5.3 Détermination de l’énergie solaire disponible
5.4 Taille du générateur photovoltaïque
5.4.1 Méthode analytique
5.4.2 Méthode graphique
5.5 Dimensionnement de la pompe
CHAPITRE 6 : RESULTAT DANS NOTRE ETUDE
6.1 Quelques donné concernant du site
6.1.1 Le rayonnement solaire quotidien horizontal
6.1.2 Température de l’air en degré Celsius
6.1.3 Quelque valeur de coefficient de réflexion
6.2 Système de pompage
6.2.1 Estimation de la besoin en eau
6.2.2 Rayonnement solaire
6.2.3 La hauteur manométrique totale
6.3 Dimensionnement de la station de pompage
6.3.1 Choix de la motopompe
6.3.2 La capacité du réservoir
6.3.3 La convertisseur DC/AC (Onduleur)
6.3.4 Dimensionnement des générateurs
6.4 Analyse du fonctionnement horaire de la pompe
CHAPITRE 7 : ETUDE ECONOMIQUE ET FINANCIERE DU SYSTEME DE POMPAGE
7.1 Analyse économique des systèmes de pompage photovoltaïque
7.1.1 Méthode de calcul
7.1.2 Calcul de l’investissement initial total
7.1.3 Calculs des coûts sur la durée de vie
7.1.4 Calcul de l’amortissement total
7.1.5 Calcul de l’entretien et de la maintenance annuel total
7.2 Application à notre étude
7.2.1 Investissement et Amortissement de l’installation du système
7.2.2 Calcul coût de l’entretien du système
7.2.3 Résultats
7.2.4 Conclusion
PARTIE III : LA MAINTENANCE ET L’EXPLOITATION DU SYSTEME
CHAPITRE 8 : LA MAINTENANCE DU SYSTEME
8.1 Organisation de la maintenance
8.1.1 Définition
8.1.2 Types de maintenances
8.1.2.1 La maintenance préventive
8.1.2.2 La maintenance corrective
8.2 Dossier de maintenance
8.2.1 Connaissance du matériel
8.2.2 Constitution d’un dossier de maintenance
CHAPITRE 9 : EXPLOITATION DE LA STATION DE POMPAGE
9.1 Guide d’identification des pannes
9.2 Technique de réparation
9.2.1 Remplacement d’un module
9.2.2 Remplacement des câbles
9.3 Remplacement des conditionneurs d’énergie
9.4 Organisation sociale et formation des utilisateurs
9.5 Eudes d’impact environnemental
CONCLUSION GENERALE
Télécharger le rapport complet
