CONCEPTION D’UN LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT PHOTOVOLTAIQUE …
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UNIVERSITE D’ANTANANARIVO DOMAINE : Sciences et Technologie MENTION : Physique et Application Mémoire : En vue de l’obtention du diplôme de : Master Ingénierie en Energies Renouvelables Présenté par : RAKOTOMANANTSOA Elysé Luc Président : RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire Examinateur : RAZANAMANAMPISOA Harimalala Maitre de Conférences Encadreur : ROBELISON Solofonirina, Maitre de Conférences Le 06 Novembre 2018 CONCEPTION D’UN LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME APPLIQUE PAR PYTHON ET ETUDE DE DIMENSIONNEMENT D’UNE CENTRALE HYBRIDE (SOLAIRE –DIESEL)
Transcript of CONCEPTION D’UN LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT PHOTOVOLTAIQUE …
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
DOMAINE : Sciences et Technologie
MENTION : Physique et Application
Mémoire :
En vue de l’obtention du diplôme de :
Master Ingénierie en Energies Renouvelables
Présenté par :
RAKOTOMANANTSOA Elysé Luc
Président : RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire
Examinateur : RAZANAMANAMPISOA Harimalala Maitre de Conférences
Encadreur : ROBELISON Solofonirina, Maitre de Conférences
Le 06 Novembre 2018
CONCEPTION D’UN LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT
PHOTOVOLTAIQUE AUTONOME APPLIQUE PAR PYTHON ET
ETUDE DE DIMENSIONNEMENT D’UNE CENTRALE HYBRIDE
(SOLAIRE –DIESEL)
UNIVERSITE D’ANTANANARIVO
DOMAINE : Sciences et Technologie
MENTION : Physique et Application
Mémoire :
En vue de l’obtention du diplôme de :
Master Ingénierie en Energies Renouvelables
Présenté par :
RAKOTOMANANTSOA Elysé Luc
Président : RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire
Examinateur : RAZANAMANAMPISOA Harimalala Maitre de Conférences
Encadreur : ROBELISON Solofonirina, Maitre de Conférences
Le : 06 Novembre 2018
REMERCIEMENTS
Je tiens mes remerciements à
Monsieur RAHERIMANDIMBY Marson, Professeur Titulaire, Responsable du Domaine
pour leur gestion sage et les bonnes conditions d’études qu’il nous a procurées.
Monsieur RAKOTONDRAMANANA Hery Tiana Professeur Titulaire, Responsable
de mention pour m’avoir accueilli dans sa formation.
Je tiens à exprimer notre gratitude envers l’ensemble des membres de jury qui ont accepté de
lire et juger notre travail :
Madame RANDRIAMANANTANY Zely Arivelo, Professeur Titulaire de l’honneur
qu’elle me fait d’avoir acceptée de présider le jury de ce mémoire.
Monsieur RAZANAMANAMPISOA Harimalala Maitre de Conférences, qui a
accepté de siéger parmi les membres du jury en tant qu’examinateur.
Monsieur ROBELISON Solofonirina, Maitre de Conférences mon encadreur
Pédagogique, pour sa contribution et son aide qui nous ont été indispensable pour la
réalisation de ce travail ainsi que toutes ces remarques constructives qui nous ont
permis d’approfondir les connaissances scientifiques.
Au Corps Professoral de la Formation de la Master en Ingénierie en Energies Renouvelables,
pour la formation qu’ils nous assurent pendant nos cinq années d’étude.
Monsieur NOMENJANAHARY Bruno, Ingénieur C.O.O de la First Energy mon
Encadreur Professionnel, de m’avoir accepté comme stagiaire et de me conseille durant le
stage.
Toutes les équipes de la First Energy pour leur soutien et leur encouragement.
Enfin, dans ces dernières lignes je tiens à remercier mes parents, ma femme, tous les familles
pour les conseils et les encouragements qu’ils m’ont toujours prodigues ainsi que pour leur
soutien tant moral que financier.
i
TABLE DES MATIERES PARTIE I
INTRODUCTION ................................................................................................................................. 1
PARTIE I Conception d’un logiciel de dimensionnement photovoltaïque appliqué par Python .. 1
I- GENERALITES ............................................................................................................................ 3
II : MATERIELS ET METHODES .................................................................................................. 11
II.1 Dimensionnement photovoltaïque par le programme Python ............................................. 11
II.1.a) Energie consommée ou Besoin journalier : ................................................................... 11
II.1.b) Energie totale nécessaire : .............................................................................................. 11
II.1.c) Energie produite par le panneau photovoltaïque : ..................................................... 12
II.1.d) Nombre de panneaux photovoltaïques : ...................................................................... 12
II.1.e) Capacité de la batterie : ................................................................................................... 12
II.1.f) Energie produite par la batterie ..................................................................................... 13
II.2. Description du logiciel.............................................................................................................. 13
II.3 Mode d’utilisation .................................................................................................................... 13
III. RESULTATS ........................................................................................................................... 19
III.1. RESULTATS SUR LE LOGICIEL PVSYST. ................................................................... 20
II.2. RESULTATS SUR LE LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT PYTHON. ................... 25
IV. DISCUSSIONS ........................................................................................................................ 30
PARTIE II ETUDE D’UNE CENTRALE HYBRIDE ....................................................................... 3
I. ETUDES THEORIQUES ........................................................................................................... 32
I.2 LES DONNEES NECESSAIRES ............................................................................................. 32
I.3. PHOTOVOLTAÏQUE ............................................................................................................. 33
I.3.1.Méthode de dimensionnement par calcule mathématiques ............................................ 33
II : LISTES ET LES CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX .............................................. 35
II.1.a) Panneaux solaires ............................................................................................................. 35
II.1.b)Onduleurs PV .................................................................................................................... 35
II.1.c) Onduleurs Batteries ......................................................................................................... 35
II.1.d) Batteries ............................................................................................................................ 36
II.1.e) Multicluster Box (MC Box) 6.3 ....................................................................................... 36
II.1.e.1) Raccordement des appareils consommateurs ............................................................. 36
II.1.e.2) Raccordement des onduleurs batteries ........................................................................ 36
II.1.e.3) Raccordement du groupe électrogène ......................................................................... 37
II.1.f.GROUPE ELECTROGENE ............................................................................................. 37
II.2.a) PRINCIPE DE MONTAGE ............................................................................................ 38
ii
II.2 .a) MONTAGE DU PANNEAU SOLAIRE AVEC L’ONDULEUR STP 50-40 ............. 39
II.2 .b) MONTAGE DU PANNEAU SOLAIRE AVEC L’ONDULEUR STP 10000TL-20 . 40
CONCLUSION .................................................................................................................................... 42
BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIE ................................................................................ 44
iii
LISTE DES FIGURES
Figure 1 : Optimisation robuste [11] ...................................................................................... 7
Figure 2 : Configuration de l’installation [13] ....................................................................... 9
Figure 3 : Profil de charge de la station GSM [13] ............................................................... 9
Figure 4 : Résultats de dimensionnement par le logiciel Homer [13] ................................ 10
Figure 5 : Interface du logiciel Python ................................................................................. 13
Figure 6 : Fenêtre du logiciel Python ................................................................................... 14
Figure 7 : Présentation d’insertion d’énergie consommée ................................................. 14
Figure 8 : la perte du système ............................................................................................... 14
Figure 9 : L’énergie totale du consommateur ..................................................................... 15
Figure 10 : La puissance du panneau solaire ....................................................................... 15
Figure 11 : L’irradiation du site ........................................................................................... 15
Figure 12 : Energie produite par PV .................................................................................... 16
Figure 13 : Nombre du PV .................................................................................................... 16
Figure 14 : Tension de la batterie ......................................................................................... 16
Figure 15 : Profondeur de décharge ..................................................................................... 17
Figure 16 : Jour d’autonomie ................................................................................................ 17
Figure 17 : Valeur de la capacité de la batterie ................................................................... 17
Figure 18 : Interface du PVSYST ......................................................................................... 18
Figure 19 : Insertion du besoin journalier sur PVSYST .................................................... 18
Figure 20 : Courbe d’irradiation annuelle d’Antananarivo [PVGIS] .............................. 20
Figure 21 : Graphe d’énergie consommée et d’énergie produite par PV [PVSYST]. ..... 21
Figure 22 : Graphe d’énergie la batterie et la consommation nocturne du lieu.[PVSYST]
.................................................................................................................................................. 22
Figure 23 : Montage des racks de la batterie 1 .................................................................... 24
Figure 24 :Montage des racks de batterie 2 ......................................................................... 26
Figure 25 :L’énergie produite par le PV par jour en KWh par Python. .......................... 27
Figure 26 :L’énergie produite par la batterie ...................................................................... 28
Figure 27: résultats proposés par Python ........................................................................... 31
Figure 28: La ferme d AGRIVET à talata- volonondry [via Google map] ....................... 32
Figure 29: Principe de montage d’un système hybride [16] ............................................... 38
Figure 30: Plan d’installation d’une centrale hybride ........................................................ 41
iv
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1 : Résultats de simulation sur le site ADRAR [3] ................................................ 3
Tableau 2 : Spécification du panneau solaire ........................................................................ 4
Tableau 3 : Spécification d’éolienne ....................................................................................... 4
Tableau 4 : Spécification de la batterie .................................................................................. 4
Tableau 5 : Combinaison de nombres de batteries et PV, WG ................................................ 5
Tableau 6 : Liste de paramètres [10] ...................................................................................... 6
Tableau 7 : Données d’analyse ................................................................................................. 8
Tableau 8 : La puissance et le coût de comparaison ............................................................. 8
Tableau 9 : Besoin journalier du site : ................................................................................. 19
Tableau 10 : Résultat de simulation par PVSYST pendant toute l’année ........................ 23
Tableau 11 : Caractéristiques des panneaux ...................................................................... 24
Tableau 12 : Caractéristiques de la batterie ....................................................................... 24
Tableau 13 : Récapitulatif des résultats sur le logiciel PYTHON ...................................... 25
Tableau 14 : Caractéristiques de la batterie ........................................................................ 26
Tableau 15 : Résultats comparés des deux logiciels PVSYST ET PYTHON ................... 29
Tableau 16: Résultats proposés par PVSYST ..................................................................... 30
Tableau 17: Montage du PV par onduleur STP 50-40 ....................................................... 39
Tableau 18: Configuration PV / d’onduleur ........................................................................ 39
Tableau 19: Montage du PV par onduleur STP 10000TL-20 ............................................ 40
v
ABREVIATIONS
Aopt : Surface du panneau solaire
GSM: Global System for Mobile Communications
POO) : Programmation orientée objet
Pd : profondeur de décharge
LPSP: Loss of Power Supply probability
MC : Multi cluseur Box
NPV : Nombre de panneaux solaires
Nbat : Nombre de batteries
Pv : Photovoltaïque
Npv : Nombre de photovoltaïques
HRES: Hybrid Renewable Energy Systems
WG: wind generator
SOC : State of charge
SI : Sunny Island
1
INTRODUCTION
De nos jours, il y a une grande dépendance de sources sur le combustible fossile qui
produit des gaz à effet de serres et qui entérinent la destruction de l’atmosphère.
Deux stratégies peuvent être suivies pour réduire la dépendance sur le combustible fossile [1].
La première stratégie est basée sur la réduction de la consommation d’énergie en
appliquant des programmes de l'épargne d'énergie ou en utilisant le système hybride. La
deuxième stratégie est d’utiliser les énergies renouvelables. D'ailleurs, l'inaccessibilité de la
puissance de grille aux endroits d'extérieur et au manque d'électrification rurale a incité pour
des sources alternatives d'énergie.
Les ressources renouvelables et des technologies propres de production d'électricité
d'énergie alternative ont attiré beaucoup d'attention et concernent l’environnement parce
qu'elles ont plusieurs avantages comme : la diminution de dépendance sur le combustible
fossile, disponibilité des ressources (exemptes de coût, et les émissions nocives inférieures à
l’atmosphère).
Les sources d'énergies renouvelable telles que : le vent, l'énergie hydraulique solaire et
micro, la biomasse, la vague et les marées géothermiques, d'océan ; et les sources énergétiques
alternatives propres telles que les cellules de carburant et de micro turbines ont de meilleures
solutions de rechange devenues pour les sources d'énergie conventionnelles [2].
La société FIRST ENERGY a été créée pour répondre aux besoins latents en énergie à
Madagascar. Elle est spécialisée dans la vente et la location de matériels destinés à la production
et à la distribution de l’énergie électrique renouvelable ainsi que les travaux de consultance et
d’étude en la matière.
En ce qui concerne notre pays Madagascar ; l’enjeu du développement des énergies
renouvelables est encore plus important. En effet, ces énergies permettront au développement
économique et légitime des services énergétiques de base dans les domaines du développement
rural, d’habitat, de la santé, de l’éducation puis à long terme, de l’industrie.
Par Ailleurs, il existe des lacunes dans le calcul de dimensionnement photovoltaïque,
comme les risques des erreurs des valeurs qui rend les calculs non fiables. Alors comment
rendre ce calcul fiable et rapide ?
2
Pour atteindre cet objectif, nous avons segmenté notre mémoire en deux Parties. La
première partie concerne la conception d’un logiciel de dimensionnement d’une centrale
photovoltaïque et la deuxième partie, l’étude d’installation d’une centrale hybride
photovoltaïque et groupe diesel.
Finalement, on a terminé par la conclusion.
PARTIE I Conception d’un logiciel de dimensionnement
photovoltaïque appliqué par Python
3
I- GENERALITES
La situation géographique de l’Algérie favorise le développement de l’utilisation
de l’énergie solaire, ce travail a consisté à dimensionner [3] .L'énergie solaire est disponible
partout sur la Terre et représente, théoriquement, 900 fois la demande mondiale en énergie [4].
L'énergie solaire peut jouer un rôle capital pour une production locale de chaleur et d'électricité,
notamment pour l'habitat individuel et collectif, où les besoins sont moins massifs que dans
l'industrie. Notons que l'Algérie dispose d'un des gisements solaires les plus importants du
monde. La moyenne annuelle d'insolation dépasse les 3000 heures. C'est aussi le plus important
de tout le bassin méditerranéen avec 169440TWh/an. L'énergie solaire
moyenne reçue est de 1700 kWh/m²/an au niveau des régions côtières ; 1900 kWh/m²/an
dans les Hauts-Plateaux et 2650kWh/m²/an au Sahara [5]. Pour cela il faut bien optimiser le
dimensionnement du site pour réduire le cout ainsi que la surface d’implantation. Cette
optimisation est l‘objectif de notre étude, dans lequel on se propose de déterminer la taille
optimale d’une station solaire autonome permettant d’alimente une charge. Pour cela, notre
dimensionnement a été basé sur l’utilisation de la méthode LPSP « Loss of Power Supply
probability » Cette méthode de dimensionnement optimale notée LPSP est une méthode de
dimensionnement du système photovoltaïque PV/Batt[3].Cette méthode peut calculer le
nombre optimal de batteries et le nombre de PV ainsi que leur surface disponible et le cout total
du site. Apres avoir connu l’irradiation et le données nécessaires de site Tlemcen et d’ADRAR,
on a simulé cette méthode avec Matlab et les résultats sont les suivants .
Tableau 1 : Résultats de simulation sur le site ADRAR [3]
Npv calcul 6.212
Npv 6
Aopt (m2) 2,050
Nb calcul 2.485
Nb 3
C(Ah) 628.95
Copt (kwh) 7.547
Prix batteries($)
375
4
On tient compte dans ce calcul que la surface d’un module est de 0.351m2 ce qui
permet de déterminer la surface Aopt (m2) à partir de NPV optimal.
Après avoir analysé nos résultats notre installation dimensionnée juste pour le mois le
plus défavorable soit le mois de décembre ce qui permettrait de dimensionner cette installation:
C’est pour cela que nous avons pris le mois le plus défavorable [3].
À partir des résultats issus du programme de simulation élaboré, chaque site a été
déterminé en fonction de nombre de batteries Nbat et nombre de modules photovoltaïque Npv.
Cet article présente une méthodologie simple à optimiser la taille d'un générateur hybride,
module photovoltaïque PV et des batteries pour une demande donnée à Nouvelle Zélande ; la
méthode utilise des données météorologiques typiques de l'année [6]. Le nombre de batteries
est calculé à partir d'énergie déficites et des méthodes d’optimisation peuvent être appliquées
pour garder les plus bas coûts d’investissement. Récemment, plusieurs méthodes d'optimisation
ont été recommandées pour classer un HRES autonome. Pour classer une rangée de PV avec
un GT donné dans un système hybride Wind-PV un algorithme est présenté par Borowy et
Salameh [7]. On utilise la méthode LPSP, probabilité de perte pour réduire le cout d’installation
et des matériaux, Un programme de simulation a été développe sur Matlab pour calculer LPSP,
d’après la simulation, on trouve le cout total minimum du système [6].
Tableau 2 : Spécification du panneau solaire
Voc (v) Isc(A) Vmax(v) Imax(A) Pmax (W) Prix
($)
64.8 6.24
54.7
5.86
320
1008
Tableau 3 : Spécification d’éolienne
Puissance (W) H min(m) H max (m) Prix
($) 1000 11 35 3400
Tableau 4 : Spécification de la batterie
Modelé batterie Prix($) Voltage (v) Capacité (Ah)
Surette 12-CS-aaPS
1239
12 357
Les spécifications de la batterie ont été employées pour calculer le nombre de batteries
requises dans le système. La batterie avait une tension de 12V, deux batteries sont reliées en
série pour avoir les 24V.
5
Tableau 5 : Combinaison de nombres de batteries et PV, WG
Nombre
WG
Nombre
PV
Nombre
batterie
Cout total
($) LPSP
1 20 4 83234.04 0.1094
1 25 4 89282.04 0.0369
1 30 4 95330.04 0.00244
1 31 4 96539.64 0.0013
1 32 4 97749.24 0
1 33 4 98958.84 0
1 34 4 100168.4 0
1 35 4 101378 0
2 10 6 102699.1 0.2267
2 20 4 87314.04 0.1116
2 25 4 93362.04 0.0054
2 30 4 99410.04 0
Pour chacune des combinaisons, le coût total du système et du LPSP a été calculé. Le coût total,
y compris le coût en capital et la durée de vie, le coût de remplacement et le coût d'exploitation,
ont été pris en compte. Le coût annuel d'exploitation et de maintenance de chaque composant
est pris 10% de son coût en capital. La durée de vie totale du système a été estimée à 20 ans. Le
système a été dimensionné pour LPSP de zéro c'est-à-dire, la charge sera toujours satisfait. Le
nombre de WG, PV et batteries ont été trouvés 1,32 et 4 qui satisfait LPSP de valeur nulle avec
un coût total minimum. [6]
Dans un premier temps, les coûts d’investissement correspondent au dimensionnement
rentré par l’utilisateur, qui est calculé. L’étape principale est le calcul de l’énergie produite
par chacune des sources pour définir les coûts d’exploitation de la centrale au long de l’année.
[10]Pour ce calcul, l’outil se base sur une modélisation simple des deux systèmes de gestion
principaux : groupe sans stockage et onduleur batterie / groupe. Deux étapes successives
permettent d’appréhender le système de façon complète :
Une première étape de simulation à l’échelle horaire.
La seconde étape consiste à sommer les productions obtenues chaque jour pour obtenir
la production totale annuelle.
Pour étudier le système certain paramètres doivent être effectués sur terrain.
6
Tableau 6 : Liste de paramètres [10]
Projet Durée du projet, typiquement, égale à la durée de vie des modules PV
Site
Profil de consommation
Profil d’éclairement
Installation
photovoltaïque
Puissance crête.
Rendement total.
Durée de vie des onduleurs
Groupe électrogène
Puissance nominale.
Seuil de sous-charge.
Consommation spécifique de carburant.
Consommation spécifique d’huile.
Batteries
Capacité
Seuil de décharge maximum.
Coûts d’investissement
Installation photovoltaïque.
Batteries.
Carburant et huile à l’année 1.
Transport du carburant.
Automate ou onduleurs chargeur de batteries (en fonction de
l’architecture).
Assurance.
Ingénierie.
Coûts d’exploitation
Entretien et maintenance.
Facteurs économiques
Actualisation.
Inflation.
Taux d’emprunt.
Ce tableur permet d’obtenir les résultats suivants :
- La visualisation graphique du coût du kWh produit par chaque système en fonction de la
puissance photovoltaïque installée. L’utilisateur peut alors modifier les paramètres de
scénarios pour analyser leurs effets sur le coût d’énergie.
- Les productions respectives des panneaux solaires et des groupes électrogènes chaque
année de l’étude.
- Les coûts d’investissement pour chaque système. D’autres sorties ont été implémentées dans
la version « améliorée ».
7
Dans la suite, les calculs de production et de consommation s’appuient sur des profils
exprimés en
puissance. Puissance et énergie seront confondues dans les calculs de production, il conviendra de
prendre en compte les modifications qui s’imposeront dans tous ces calculs.
Le système hybride est composé de photovoltaïque, générateur de vent avec de
batterie et d’onduleur ; ce système hybride optimisé est la combinaison de deux ou plusieurs
sources d’énergies photovoltaïque, éolienne, centrale hydroélectrique qui sont utilisées pour
fournir la charge cible. [11] .Dans le système énergétique, l’une des applications la plus
importante est l’installation du système hybride dans les zones télécommandes où l’extension
du réseau est très difficile et coûteuses. . Le système a été optimisé en utilisant une technique
d'optimisation robuste. Finalement, le résultat de la simulation a été dérivé dans MATLAB
Simulink avec la formulation requise.
Un système photovoltaïque utilise un où plusieurs modules solaires ou panneaux
solaires pour convertir l'énergie solaire en énergie électrique. La puissance générée par les
panneaux photovoltaïques dépend de l'irradiation solaire et de la température ambiante. Le PV
a généré 100KW et le vent a généré 65KW. Une pile à combustible est un appareil qui génère
de l'énergie par une réaction chimique H2. Dans ce fonctionnement hybride PV-vent dépend de
différentes situations. Si l'énergie totale générée par PV et le vent est inférieure à l'énergie
requise par la charge, la déficience énergétique est couverte par le stockage de système. Dans
ce cas, le contrôleur met les batteries en état de décharge. Pour l'optimisation robuste de la
stratégie de contrôle souhaité essayer à la fois le suivi de la charge et le cycle de charger. Un
convertisseur de source de tension est utilisé pour convertir la tension continue en tension
alternative et pour fournir la charge ciblée.
Figure 1 : Optimisation robuste [11]
Dans la technique robuste, On obtient l’énergie solaire, la vitesse du vent, la pile à combustion
et la batterie. Une optimisation robuste permet la modélisation d’ensemble et d’assure la
meilleur solution possible. La technique est divisée en deux types; le premier type discute l'effet
du contrôle de topologie corrective robuste sur la fiabilité du système et l'intégration
renouvelable. Le second type concerne l'application d'une optimisation robuste pour l'unité
contrainte en sécurité.
8
Tableau 7 : Données d’analyse
N° Source d’énergie évaluation
1 Solaire
600 KW
2 Batteries
400V/650Ah
3 Eolienne 15KW
On trouve dans ce tableau les caractéristiques des équipements pendant la simulation.
Tableau 8 : La puissance et le coût de comparaison
Puissance
Demande
Puissance
principale
(KW)
Micro
puissance
(KW)
Cout
principale
($)
Cout
($)
60 KW 10 54,56 9000 9330
30 KW 19,64 54,64 5088 9268
10KW 39,65 54,66 1680 9155
Afin de démontrer la haute performance de la technique proposée, le système complet est simulé
avec le modèle MATLAB / Simulink. Les charges non linéaires qui se composent de 3 charges
totalement de 60 KW. À t = 0,01 s, une charge de 10 kW est connectée au réseau. À t = 1,8
sec, 60 KW de charge est partagée par le réseau électrique qui est représenté sur la fig. 5. Le
fonctionnement du système PV-vent hybride dépend de l'élément individuel. En ordre pour
évaluer la sortie maximale de chaque composant, d'abord le composant unique est modélisé,
par la suite leur combinaison peut être évaluée pour répondre à l'exigence de fiabilité.
Le logiciel de dimensionnement Homer est un outil connu par sa fiabilité dans la conception et
l’analyse des systèmes d’énergies hybrides, qui contiennent un regroupement de générateurs
conventionnels, des éoliennes, des générateurs photovoltaïques, de l’hydroélectricité
[12].Ainsi, pour une ou plusieurs installations connectées au réseau ou autonomes, Homer
permet d’obtenir la configuration optimale après une étude technico-économique [13]. Cette
section est consacrée à la validation du logiciel conçu. Nous avons choisi le logiciel Homer
comme outil de dimensionnement, afin de faire une analyse comparative. Pour cela, nous avons
introduit dans ce dernier les mêmes données utilisées dans l’étude réalisée précédemment par
notre logiciel.
9
Figure 2 : Configuration de l’installation [13]
Figure 3 : Profil de charge de la station GSM [13]
Une fois tous les paramètres sont introduits, nous passons par la suite à l’étape du
dimensionnement. Les résultats obtenus sont présentés en détail dans la figure ci-après.
Le résultat optimal en termes de moindre coût est le premier sur la liste parmi toutes les
configurations qui satisfont la demande d’un point de vue technique .Ainsi le résultat optimal
obtenu par le logiciel Homer est comme suit :
04 kW de puissance nominale pour les panneaux photovoltaïques.
06 éoliennes d’une puissance nominale de 1.5 kW chacune.
21 batteries de stockage de 2.4 kWh (12 V × 200 Ah).
5.5 kW de puissance nominale pour l’onduleur
Le prix optimal est de 113,071 $
10
Figure 4 : Résultats de dimensionnement par le logiciel Homer [13]
11
II : MATERIELS ET METHODES
II.1 Dimensionnement photovoltaïque par le programme Python
L’objectif principal de ce logiciel de dimensionnement est de déterminer la
configuration optimale de la centrale photovoltaïque avec stockage pour satisfaire la puissance
demandée par la charge donnée. Plusieurs méthodes du dimensionnement ont été réalisées par
des chercheurs [11]. La méthode que nous allons utiliser, se base par une détermination de
l’énergie consommée et l’énergie produite par le panneau photovoltaïque et l’énergie de la
batterie. L’énergie produite du panneau dépend de l’ensoleillement et la puissance du panneau,
aussi que l’énergie de la batterie dépend de l’énergie consommée. Il existe des étapes pour
calculer la valeur des différentes énergies .Pour éviter l’erreur de calcul pendant le temps
d’étude, nous avons créé un logiciel de dimensionnement appliqué par python .
Cette méthode comporte 6 étapes :
Calcul d’énergie consommée par l’utilisateur
Calcul de l’énergie totale consommée avec la perte du système
Calcule de l’énergie PV
Calcul du nombre PV utilisé
Calcule de la capacité de la batterie
Calcule de l’énergie de la batterie
II.1.a) Energie consommée ou Besoin journalier :
Ec Bj
Or :
Bj Pe t
Elle est exprimée en Wh.
II.1.b) Energie totale nécessaire :
Parce que dans une installation électrique, il y a toujours des différents pertes (l’effet joules ou
d’autre résistance) ; ces pertes sont proposées par l’installateur ou selon l’envergure du site à
installer.
12
100
Ec AEct
Ect :Energie totale .
La perte A se calcul comme suit :
100EctA
Ec
II.1.c) Energie produite par le panneau photovoltaïque :
L’énergie du panneau photovoltaïque est calculée à partir d’irradiation du site et la puissance
du panneau solaire, elle est exprimée en Wh.
Epv Ppv Ir
Epv : énergie photovoltaïque ; Ppv : puissance photovoltaïque ; Ir : irradiation
II.1.d) Nombre de panneaux photovoltaïques :
Le nombre de panneau a la formule comme suit.
EctNpv
Epv Pt
Pcunit
Ect : énergie totale photovoltaïque ;Pt :Puissance totale
II.1.e) Capacité de la batterie :
Parce que le système est isole, donc la batterie est nécessaire comme seconds sources énergies.
Pour déterminer l’énergie nécessaire de la batterie, plusieurs facteurs sont essentiels.
Le jour d’autonomie
Facteur de décharge
Tension de la batterie
Energie consommée par le site
Expression de la capacité de la batterie :
13
Ect jCbat
Pd Ubat
Cbat : capacité de la batterie ; j : jours d’autonomie ;Pd :profondeur de décharge ,Ubat :tension
de la batterie
Expression du nombre de batteries :
Cbatnb
Cbatx
Cbatx : la capacité d’une batterie
II.1.f) Energie produite par la batterie
Ebat U Cbat
Ebat : énergie de la batterie
II.2. Description du logiciel
Python est un langage de programmation (POO) ou programmation orientée objet, une façon
d’approcher la programmation informatique et de traiter les solutions aux problèmes et leur
formulation dans un langage de programmation approprié.
L’interpréteur Python est extensible par de nouvelles fonctions et de nouveaux types de données
implémenté en C ou en C++ (ou d’autres langages appelables depuis le C). Python convient
également comme langage d’extension pour des logiciels configurables [14].
Figure 5 : Interface du logiciel Python
Dans cette première ligne qu’on introduit le programme utilisé et la déclaration des variables.
II.3 Mode d’utilisation
Nous allons voir dans les figures suivantes le mode d’utilisation du logiciel Phyton.
14
Figure 6 : Fenêtre du logiciel Python
Quand on lance le programme python fait apparaître la fenêtre de travail.
Figure 7 : Présentation d’insertion d’énergie consommée
On introduit la valeur d’énergie consommée par l’utilisateur dans la première ligne.
Figure 8 : la perte du système
La perte est dans la deuxième ligne, cette perte est souvent de 30%.
15
Figure 9 : L’énergie totale du consommateur
Il faut appuyer sur l’onglet « calculer » pour que le logiciel exécute la réponse
Figure 10 : La puissance du panneau solaire
Insérer la puissance PV, au choix sur l’onglet PV (WC).
Figure 11 : L’irradiation du site
Insérer l’irradiation, selon PVGIS.
16
Figure 12 : Energie produite par PV
Appuyer sur l’onglet « calculer » pour avoir la valeur de l’énergie du PV
Figure 13 : Nombre du PV
De même pour les nombres des panneaux photovoltaïques.
Figure 14 : Tension de la batterie
Inséré dans l’onglet « TB(v) » la valeur de tension de la batterie nécessaire.
17
Figure 15 : Profondeur de décharge
Inséré dans l’onglet « en % »la valeur de profondeur de décharge, normalement la valeur de
profondeur de décharge dépend de la batterie.
Figure 16 : Jour d’autonomie
La décharge de la batterie dépend le nombre de jour d’autonomie.
Figure 17 : Valeur de la capacité de la batterie
On trouve la valeur de la capacité de la batterie sur le dernier onglet après avoir clique sur
l’onglet « calculer ».
18
II.3. DIMENSIONNEMENT PAR LE LOGICIEL PVSYST
Le logiciel de dimensionnement PVSYST est un outil connu par sa fiabilité dans la
conception et l’analyse des systèmes d’énergies photovoltaïque .Ainsi, pour une ou plusieurs
installations, PVSYST permet d’obtenir la configuration optimale. Pour valider notre logiciel,
nous allons utiliser le logiciel PVSYST, avec les mêmes données utilisées dans le Python.
Figure 18 : Interface du PVSYST
Pour dimensionner le système PV, cliquer sur l’onglet « pré dimensionnement ».
Figure 19 : Insertion du besoin journalier sur PVSYST
Dans cette interface qu’on introduit les valeurs de Puissance, le nombre des équipements, heur de fonctionnement des
appareils, le logiciel va calculer automatiquement le besoin journalier total par jour ou par mois
19
III. RESULTATS
Les valeurs suivantes sont des résultats généraux des deux logiciels PVSYST et PHYTON.
Dans le tableau ci-après la liste des équipements, ainsi que la puissance, l’heur de
fonctionnement, énergie.
Dans notre cas le site comprend :
20 lampes de 40 W qui fonctionne pendant 6 h par jour.
1 télévision de 50W qui fonctionne pendant 5h par jour.
1 ordinateur de 90 W qui fonctionne pendant 2h par jour.
1 Frigo de 70 W qui fonctionne pendant 24h.
Ce qui donne 76 784 Wh d’énergie consommée par jour.
Tableau 9 : Besoin journalier du site :
Désignation Nombre Puissance(w) Heur(h) Energie
(Wh)
Lampes 20 40 6 4800
Tv 2 140 7 1960
Frigo 1 70 24 1680
Total par jour
Premièrement, nous allons afficher ci-après les résultats de simulation sur le logiciel PVSYST
avec les données nécessaires.
20
III.1. RESULTATS SUR LE LOGICIEL PVSYST.
Donnes nécessaires :
Avant de simuler le calcul de dimensionnement sur PVSYST, quelques données sont
nécessaires.
Nous prendrons le jour d’autonomie de la batterie à quatre jours et les pertes de systèmes a 5
%.
A Madagascar, l’inclinaison du panneau par rapport à l’horizontale est entre 18 °-25°, donc
nous prendrons 20° .En générale l’orientation des panneaux est toujours vers le Nord.
Figure 20 : Courbe d’irradiation annuelle d’Antananarivo [PVGIS]
Selon PVGIS l’irradiation annuelle d’Antananrivo varient de 5350Wh /m3 /j à 6720
Wh/m2/j .l irradiation le plus faible est pendant le mois de juin et le plus fort est pendant le
mois d Octobre .
Le graphe ci desous présente l’energie disponible pendant le jour d ensoleiment et l’energie
consommée par l utilisateur .
0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
irradiation d Antananrivo sur plan incliné 20%
21
Figure 21 : Graphe d’énergie consommée et d’énergie produite par PV [PVSYST].
La barre rouge présente l’énergie par le panneau solaire pendant le jour.
La barre verte représente l’énergie consommée par l’utilisateur par jour.
L’énergie qu’on peut capturer par le champ PV est de 81,2 KWh/j ; et l’énergie consommée
par le site est de 76,8 KWh/j.
On trouve ci-dessous, la charge moyenne de la batterie, pendant la nuit et la consommation
d’énergie du site.
22
Figure 22 : Graphe d’énergie la batterie et la consommation nocturne du lieu.[PVSYST]
La barre verte présente le reste énergie de la batterie pendant la nuit.
La barre rouge représente l’énergie consommée par l’utilisateur pendant la nuit.
La charge moyenne de la batterie est de 47,9 % et la probabilité de perte de charge est de 5%.
23
Tableau 10 : Résultat de simulation par PVSYST pendant toute l’année
Mois Irradiation
kW /m²
EPV
(KWh)
Demande
d’énergie
(KWh)
Perte
(KWh)
Soc
Janvier 5,4 2421,2 2380,3 68,6 38
Février 5,6 2231,0 2150,0 109,3 35
Mars 5,5 2439,3 2380,3 98,7 37
Avril 5,6 2403,7 2303,5 76,6 39
Mai 5,3 2345,6 2380,3 242,1 35
Juin 5,1 2198,0 2380,5 307,2 26
Juillet 5,1 2278,5 2380,3 270,5 24
Aout 6,1 2707,2 2380,3 88,3 34
Septembre 6,8 2943,7 2380,3 0 89
Octobre 6,3 2821,3 2380,5 0 93
Novembre 5,8 2508,2 2303,5 0 90
Décembre 5,4 2412,1 2380,3 0 53
Pendant la simulation on utilise l’irradiation sur PVSYST, on trouve que la minimum
irradiation sur PVSYST est de 5,1 pendant le juin et le maximum est de 6,8 pendant le mois
de septembre. La valeur dans la colonne EPV est l’énergie produite par le champ
Photovoltaïque qui est exprimée en KWh. Dans la quatrième colonne l’énergie demandée par
l’utilisateur.
La cinquième présente la probabilité des pertes du système, ces pertes dépendent de l’énergie
consommée.
En général, le SOC d'une batterie est défini comme le rapport entre sa capacité actuelle et la
capacité nominale. La capacité nominale est donnée par le fabricant et représente la quantité
maximale de charge pouvant être stockée dans la batterie. Le SOC peut être défini comme
suit:
24
Tableau 11 : Caractéristiques des panneaux
Désignation Puissance PV (WC) Puissance totale PV
nécessaire (WC)
Nombre
Panneau solaire 315 14 199 45
Comme nous avons trouvé au-dessus, les panneaux solaires qu’ont utilisés, ayant la puissance
de 315 WC.D après la simulation sur PVSYT, la puissance totale photovoltaïque nécessaire
pour le système est de 14 199 WC, qui donnent 45 panneaux solaires.
Tableau 12 : Caractéristique de la batterie
Désignation Capacité
unitaire (Ah)
Capacité totale
(Ah)
Nombre Tension (v)
Batterie 300 7528 50 48
Nous avons choisir 300 AH la capacité de la batterie utilisé .d’après le calcul on trouve 50 batteries avec une tension de 48
volts.
Figure 23 : Montage des racks de la batterie 1
Pour avoir la capacité totale de la batterie, il faut monter en parallèle les 25 batteries puis
montées en série le pack 1 et le pack 2 pour avoir le 48 V.
25
II.2. RESULTATS SUR LE LOGICIEL DE DIMENSIONNEMENT PYTHON.
Dans cette partie, les résultats obtenus par notre logiciel Python. On a insèré les
mêmes valeurs des équipements, que PVSYST.
Tableau 13 : Récapitulatif des résultats sur le logiciel PYON
Mois Irradiation
(kW /m²)
Energie PV
unitaire
(WC)
ET avec
perte 5%
(Wh)
Janvier 5,4 1701 9186
Février 5,6 1764 9186
Mars 5,5 1732 9186
Avril 5,6 1764 9186
Mai 5,3 1669 9186
Juin 5,1 1606 9186
Juillet 5,1 1606 9186
Aout 6,1 1921 9186
Septembre 6,8 2142 9186
Octobre 6,3 1884,5 9186
Novembre 5,8 1827,0 9186
Décembre 5,4 1701,0 9186
On prend la même valeur d’irradiation que PVSYST, le logiciel python fait le calcul
directement l’énergie totale ET après avoir inséré la valeur de perte qui est à 5 %.
Les nombres des panneaux solaires nécessaires sont calculés à partir de puissance totale
nécessaires du système et la puissance unitaire du panneau solaire.
26
Tableau 14 : Caractéristiques de la batterie
Mois Capacité
unitaire
batterie
(Ah)
Capacité
totale
(Ah)
Tension
(v)
Energie
de la
batterie
(KWh)
Nombre
Bat
Janvier –décembre 300 9186 48 460 64
Apres avoir calculé la capacité necessaire du site ,python donne 9186 Ah de capacite totale,
avec la profondeur de decharge 0,7 ;à ce profondeur de decharge la batterie ne foctionne que
30 pourcent de son charge ,le but c’est d’ avoir la durée de vie de la batterie pour illustrer le
montage de la batterie. La figure ci après montre l’installation .
Figure 24 :Montage des racks de batterie 2
27
Figure 25 :L’énergie produite par le PV par jour en KWh par Python.
Ce graphe représente l’énergie produite par les panneaux solaires toute l’année .On trouve que
le mois de janvier jusqu’ à septembre l’énergie produite par les panneaux solaires varient
peu pendant le mois de janvier jusqu’ à septembre, et les trois derniers mois, l’énergie
augmente jusqu’ à 111 KW.
0
20
40
60
80
100
120
28
Figure 26 :L’énergie produite par la batterie
L’énergie produite par la batterie se calcule à partir de l’énergie consommée du site.
Dans le tableau ci-après les résultats des deux logiciels PVSYST et PHYTON.
0
20
40
60
80
100
120
jan ferv mars Avril Mai Juin juill Aout Sept Oct Nov Dec
Series 1
29
Tableau 15 : Résultats comparés des deux logiciels PVSYST ET PYTHON
Résultats PVSYST Résultats PYTHON
Mois Ir
KW /m²
Puissance
totale
PV (Wc)
Npv Cap
bat
Nbat Puissance
totale
PV (Wc)
Npv Cap
bat
Nbat
Janvier 5,4 13451,1 42 7528 50 14175 45 9186 64
Février 5,6 11951,7 37 7528 50 13860 44 9186 64
Mars 5,5 13305,2 42 7528 50 14175 45 9186 64
Avril 5,6 12876,9 40 7528 50 13860 44 9186 64
Mai 5,3 13276,9 42 7528 50 14490 46 9186 64
Juin 5,1 12929,4 41 7528 50 15120 48 9186 64
Juillet 5,1 13402,9 43 7528 50 15120 48 9186 64
Aout 6,1 13314 42 7528 50 12600 40 9186 64
Septembre 6,8 12986,9 41 7528 50 11340 36 9186 64
Octobre 6,3 13434,7 43 7528 50 11970 38 9186 64
Novembre 5,8 13400,5 43 7528 50 13230 42 9186 64
Décembre 5,4 13400 43 7528 50 14175 45 9186 64
Le calcul fait avec la même irradiation et puissance de panneau, capacité batterie. Ces
valeurs sur les colonnes des résultats PVSYST sont calculées selon l’énergie du PV
disponible. Par contre la puissance suggérée par PVSYST est de 14 199 WC.
30
IV. DISCUSSIONS
Le programme que nous avons créé par python consiste à faciliter la tâche des
techniciens puis pour éviter les erreurs sur le calcul de dimensionnement. Avec ce programme
le calcul de dimensionnement se fait automatiquement après avoir inséré les donnes récoltées
du site dans les champs adéquats. Ce programme peut être utilisé dans tous le site isole, ou
foyer,
Dans un premier temps nous allons voir successivement les résultats des deux logiciels
PVSYST et PYTHON ainsi que la différence entre les deux.
D’après le résultat par PVSYST les nombres des panneaux solaires sont 45 ; ils
produisent 14 199 Wc, par contre il y a une différence de puissance délivré chaque mois. après
l’analyse, on constate que durant le mois de février le nombre PV est 37 représentant la valeur
minimum, cependant, le maximum est perçu pendant le mois de juillet, novembre, décembre,
mais PVSYT prennent le marge puissance du panneau photovoltaïque à installer.
Tableau 16: résultats proposés par PVSYST
Dans la figure 21, l’énergie produite par le PV est presque consommée par le site.
Pourtant en cas de passage de nuage, cette énergie produite pourrait être insuffisante. Donc
l’énergie de la batterie va combler la puissance requise. Dans ce cas, la batterie dépense jusqu’à
47,9% de son énergie.
Dans le cas de notre programme sur Python les nombres des panneaux solaires sont
presque les mêmes valeurs toute l’année, qui varie de 36 à 48.On constate aussi que la capacité
totale 9186 Ah ne débite qu’a 30% de son charge. Nous considérons les nombres PV le plus
fréquent durant toute l’année, qui est 45.
31
Figure 27: Résultats proposés par Python
Après comparaisons des deux résultats PVSYST et Python, on constate que la
puissance totale 14199Wc donnée par logiciel PVSYST est sensiblement égale à la puissance
totale 14 175Wc donnée par notre logiciel Python, avec 45 nombres de PV chacun; par contre
il y a une différence entre la capacité de la batterie. Cette différence est due à notre choix de la
profondeur de décharge qui est de 70% dans ce programme pour prévoir une longue durée de
vie de la batterie.
PARTIE II ETUDE D’UNE CENTRALE HYBRIDE
32
I. ETUDES THEORIQUES
I.1. LOCALISATION
Installation d’une centrale hybride (photovoltaïques et groupe électrogène) situe dans le
commune TALATAN-VOLONONDRY, dans le site d AGRIFARM ayant une de puissance
60 KW.
Cordonnée géographique :
L’Attitude : 1471m
Latitude : 18°44’36.66 S
Longitude : 47°37’16.75 E
I.2 LES DONNEES NECESSAIRES
Angle d’inclinaison
A Madagascar l’angle d’inclinaison est souvent entre 18° et 25 ° mais nous prenons le 20°.
L’irradiation : 4
TALATAN-VOLONONDRY fait partie de la capitale Antananarivo, donc on prend la valeur
d’irradiation pour Antananarivo.
Figure 28: La ferme d AGRIVET à talata- volonondry [via Google map]
33
I.3. PHOTOVOLTAÏQUE
I.3.1.Méthode de dimensionnement par calcule mathématiques
I.3.1.a) Expression de la puissance PV en (Wc)
BjP
Ir
La puissance nécessaire du site est de 60.000 W, donc le nombre de panneau solaire qu’on
doit installer dépend de la puissance unitaire du panneau.
La puissance unitaire du panneau solaire est de 330Wc.
PNpv
Pcu
AN :
60000
330Npv
Npv =181
On prend 180 pour la facilite du montage.
Parce que le système est hybride « off grid » donc le panneau solaire à son onduleur spécial
(STP 10000TL-20 ; STP 50-40), model SMA, ce type d’onduleur est indépendant à la batterie,
il a pour rôle de transformer le courant DC en courant AC.
Pour choisir le bon dimensionnement d’un onduleur, il faut respecter le fiche technique
caractéristique d onduleur, et chaque onduleur avait son mode utilisation.
I.3.1.b) Formule du rendement d’onduleur PV
Pond
P
Pond : Puissance onduleur AC, le rendement est entre 0,8 et 0,97.
Si on prend 0,97 le rendement , on a :
Pond P
AN :
0,97 60000Pond
Pond =58 200 W
34
L’onduleur 58 200 est difficile à trouver dans le marché, donc on choisit le 60 000 w ou
50 000w +10 000 w.
I.3.1.c) Formule de la capacité de la batterie
La capacité est calculée à partir de l’énergie consommée et les jours d’autonomie, tension
batterie, et la profondeur de décharge, l’irradiation.
Tbj Ncp
Pd U
Or
Ec Ir P
AN, avec l’irradiation 5
5 60000TBJ
BJT=300 000 Wh
La profondeur est de 0,7 et la tension de la batterie est 48 Vdc.
Nombres de jours d’autonomie de la batterie : 1j
On a :
300000 1
0,7 48Cp
Cp=8 900 AH
Energie de la batterie en Wh
Ebat Cp Ubat
AN:
8900 48Ebat
Ebat=427 200 wh
35
I.3.1.c) onduleur batterie
Dans le système hybride les batteries ont son onduleur (Sunny Island 8.0H), ce type
d’onduleur avait un système très intelligent et qui commande la charge ou absorption
d’énergie de la batterie selon la variation du besoin.
II : LISTES ET LES CARACTERISTIQUES DES MATERIAUX
II.1.a) Panneaux solaires
Nombres des panneaux nécessaires : 180
Puissance crête unitaire : 330Wc
II.1.b)Onduleurs PV
Nombres des onduleurs : 2
Puissance 1 : 50 KW (STP 50-40)
Puissance de crête : 50,16 kWc
Nombre total de panneaux photovoltaïques : 152
Nombre d’onduleurs photovoltaïques : 1
Tension du réseau : 380V (220V / 380V)
Rapport de puissance nominale : 102 %
Puissance 2 : 10 KW (STP 10000TL-20)
Puissance de crête : 9,24 kWc
Nombres total de panneaux photovoltaïques : 28
Nombre d’onduleurs photovoltaïques : 1
Tension du réseau : 380V (220V / 380V)
Rapport de puissance nominale : 111 %
II.1.c) Onduleurs Batteries
1 x Sunny Island 8.0H
Puissance AC : 11500 W
Courant alternatif maximal pour : 26 A
L’optimisation de l’autoconsommation
Entrée DC batterie
Tension d’entrée assignée / Plage de tension DC : 48 V / 41 V à 63 V
Courant de charge maximal de la batterie : 75 A
Capacité de batterie (plage) : 100 Ah à 10000 Ah
36
Rendement maximal : 95,8 %
II.1.d) Batteries
Nombres des batteries : 72
Tension : 2v
Intensité : 8 900 Ah
II.1.e) Multicluster Box (MC Box) 6.3
La Multicluster Box est un composant du système multicluster. Elle sert à l’installation de
réseaux en site isolé constitués de plusieurs Sunny Island. La Multicluster Box est un ensemble
d’appareillage fixe (distributeur principal AC) auquel vous pouvez raccorder des appareils
Sunny Island, des appareils consommateurs, un groupe électrogène ou un groupe électrogène
d’énergie supplémentaire, tel qu’une installation photovoltaïque.
II.1.e.1) Raccordement des appareils consommateurs
Puissance assigné : 55 KW
Tension de service assignée entre L et N : 230 V
Tension de service assignée entre L1 et L2 : 400V
Courant aux grandeurs assignées : 3 x 80 A
Puissance de fusible maximale autorisée : 80 A
II.1.e.2) Raccordement des onduleurs batteries
Nombre maximal : 6
Puissance assignée des onduleurs : 36 kW
Tension de service assignée entre L et N : 230 V
Tension de service assignée entre L1 et L2 :400 V
Intensité avec valeurs nominales : 3 x 52,2 A
Fusibles 6 disjoncteurs miniatures : 40A
37
II.1.e.3) Raccordement du groupe électrogène
Puissance d’entrée nominale : 55 kW
Tension de service assignée entre L et N : 230 V
Tension de service assignée entre L1 et L2 : 400 V
Courant d’entrée AC : 3 x 80 A
Puissance de fusible maximale autorisée : 80 A
II.1.e.4) Raccordement de l’installation photovoltaïque
Puissance assignée de l’installation photovoltaïque : 55 kW
Tension de service assignée entre L et N : 230 V
Tension de service assignée entre L1 et L2 :400 V
Courant AC aux grandeurs assignées : 3 x 80 A
Courant nominal maximal du fusible de puissance : 80 A
Fusible : non disponible
II.1.e.5) Raccordement de la mise à la terre
Diamètre des vis sur le fusible de protection pour le raccord de : 6 mm
mise à la terre
Couple de serrage maximal : 6 Nm
Section de conducteur maximale raccordable : 35 mm²
II.1.f.GROUPE ELECTROGENE
Puissance apparente : 60 KVA
Fréquence : 50Hz
Nombres de phases : 3
Vitesse : 1500tr/m
Refroidissement : Eau
38
Commande : ComAp
Consommation sur une charge de 80% :9,2L /h
II.2.a) PRINCIPE DE MONTAGE
La figure ci-après montre le montage d’une centrale hybride
Figure 29: Principe de montage d’un système hybride [16]
39
II.2 .a) MONTAGE DU PANNEAU SOLAIRE AVEC L’ONDULEUR STP 50-40 Pour bien dimensionné le système, nous avons reparties les 152 panneaux par les 4 entrée
d’onduleur.
Tableau 17: Montage du PV par onduleur STP 50-40
Entrée A
Entrée B
Entrée C
Entrée D
38 x 330 WC
38 x 330 WC
38 x 330 WC
38 x 330 WC
Tableau 18: Configuration PV / d’onduleur
PV Entrée A
Entrée B
Entrée C
Entrée D
Nombre de strings
2 2 2 2
Panneaux
photovoltaïques par
string
19 19 19 19
Puissance de crête
(entrée)
12,54 KWC
12,54 KWc
12,54 KWc
12,54 KWc
Tension photovoltaïque
654 V
654 V
654 V
654 V
Tension photovoltaïque
min
616 V
616 V
616 V
616 V
Tension photovoltaïque
max
931 V-1000V
931 V-1000V
931 V-1000V
931 V -1000V
Courant du générateur
PV max
17,5A 17,5 17,5A 17,5A
Courant d’entrée max.
par MPPT
20A 20A 20A 20A
Courant de court-circuit
max. par MPPT
30A 30A 30A 30A
L’entrée A, B, C, D, contient deux strings et chaque string peut supporter 19 panneaux
solaires. Les parties colores en jaunes sont les valeurs que nous avons choisir pendant
l’installation.
40
Le MPPT est un type de régulateur intégré dans l’onduleur. Ce type de régulateur possède un
microcontrôleur qui va mesurer la tension de la batterie, la tension du panneau solaire, et va
gérer le mieux possible le rendement du couple panneau/batterie. Le régulateur MPPT est celui
qui introduit le moins de pertes dans un système PV, avec
des rendements proches de 92% à 97%.
II.2 .b) MONTAGE DU PANNEAU SOLAIRE AVEC L’ONDULEUR STP 10000TL-20
Tableau 19: Montage du PV par onduleur STP 10000TL-20
PV Entrée A
Nombre de strings
2
Panneaux photovoltaïques par string
14
Puissance de crête (entrée)
9,24 Wc
Tension photovoltaïque
482 V
Tension photovoltaïque min
454 V
Tension photovoltaïque max
150 V
Courant du générateur PV max
17,5 A
Courant d’entrée max. par MPPT
18 A
Courant de court-circuit max. par MPPT
25 A
41
La figure ci-après montre le plan d’installation et montage du site hybride photovoltaïque et
groupe électrogène 60 KVA.
Figure 30: Plan d’installation d’une centrale hybride
Pour avoir l’entrée triphasée dans le MC BOX, nous avons couple les trois phases de 3
onduleurs S.I.
42
CONCLUSION
Dans ce mémoire, nous avons présenté deux logiciels de simulation sur le
dimensionnement d’une centrale photovoltaïque. Les problématiques dans les domaines de
calcule de dimensionnement photovoltaïque, c’est le risque d’erreur pendant l’étude
préliminaire, qui provient du surdimensionnement ou de sous-dimensionnement de la centrale.
Pour répondre à ces problèmes, nous avons focalisé l’étude sur le logiciel d’application python,
plusieurs simulations sont effectuées par le logiciel PVSYST pour valider notre logiciel Python.
Comme nous avons trouvé dans le chapitre « résultats» on trouve qu’on a les mêmes nombres
de panneaux photovoltaïques mais, il y a une différence entre les deux logiciels PVSYST et
Python .Comme Phyton la capacité de la batterie a y le but ce de réduire le risque de perte
d’état de la batterie.
Les principaux illustrés dans ce mémoire sont :
La méthodologie de la réalisation du projet concernât le dimensionnement et l’étude de a
centrale photovoltaïque.
L’enquête sur les équipements utilisés par les sites pour simuler nos logiciels PVSYST et
Python.
La simulation sur le logiciel PVSYST et Python.
Les résultats des deux logiciels :
Sur logiciel PVSYST les résultats des charges journalières et l’énergie produite par le panneau
sont estimative.
Et pour le logiciel Python les résultats sont calculer à partir de calcule dans le différent article
[15].
La discussion entre les différents résultats et la validation de notre logiciel.
Proposition de la centrale hybride solaire et diésel par les matériaux SMA.
Type de montage des équipements photovoltaïque.
Le logiciel de dimensionnement applique par python rend facile le calcul, sans erreur, mais
seulement les nombres des panneaux solaires, et la capacité de la batterie qu’il donne, donc
43
mieux vaut améliore l’ajout sur différentes options, comme affichage de l’énergie produite et
l’énergie consommée, le calcul de de cout optimise.
Le travail effectué durant ce stage avait pour objectif la conception d’un logiciel
dimensionnement et l’étude préliminaire d’une centrale hybride. Les différents objectifs fixés
au début ont été atteints. L’installation de la centrale photovoltaïque couple avec le groupe
diesel ayant la puissance de 60KVA est en attente des matériaux de SMA.
44
BIBLIOGRAPHIQUES ET WEBOGRAPHIE
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[15]: Système photovoltaïque, Dimensionnement d’un système photovoltaïque, Pag 16
[16]: SMA, PV-Diesel-Hybrid Systems for Industrial Applications –Why it makes sense to
combine Diesel systems with PV, pag 55.
NOM : RAKOTOMANANTSOA
PRENOMS : Elysé Luc
ADRESSE : 1941 67 HA NORD EST
TEL : 032 11 372 14 Email : [email protected]
Nombre de pages : 42 Nombre de tableaux : 17
Nombre de figures : 30
Résume :
Nous présentons dans ce rapport, la méthode de conception d’un logiciel de dimensionnement
photovoltaïque d’un site isolé, et l’étude d’une centrale photovoltaïque hybride solaire –diesel
60KVA. Le nombre optimal de batteries et de modules photovoltaïques a été calculé par le
programme Python et vérifié sur PVSYST. Après la simulation, on a pu constater que le résultat
du nombre du PV est le même pour les deux programmes. Par contre, il y a un surplus sur le
nombre de batteries pour Python. Ainsi, l’étude de cette centrale nous a amené à l’évolution de
la nouvelle technologie du domaine de production d’énergie ; comme la facilitation
d’installation et le mode de surveillance en ligne.
Mots clés : Dimensionnement, Hybride, Pvsyst, Python, Photovoltaïque, Centrale
Abstract:
We present in this report, the method of designing of a sizing photovoltaic software for an
isolated site, and the study of a 60KVA solar diesel photovoltaic power plant. The optimal
number of batteries and photovoltaic modules was calculated by the Python program and
checked on PVSYST. After simulation, we could note that the result of the number from the
PV is the same for both programs. However, there is an extra on the number of batteries from
Python. Thus, the study of this power plant, has led us to the evolution of the new technology
in the field of energy production, such as the facilitation of setup and the mode of online
monitoring.
Key words: Sizing, Hybrid, Pvsyst, Python, Photovoltaic, Power plant
