OUTIL TOSOL : COMMENT DIMENSIONNER UN FORAGE SOLAIRE …

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1 TOSOL, outil de calcul et simulation PV. © Futuraf Technology Solutions, Cameroon, 2020.

OUTIL TOSOL : COMMENT DIMENSIONNER UN FORAGE

SOLAIRE AU FIL DU SOLEIL

1- INTRODUCTION ............................................................................................................................... 2

2- CONFIGURATION EXCEL ET CONVENTIONS DE SAISIE DE DONNEES ............................................ 3

3- PRESENTATION GENERALE DE L’APPLICATION POMPAGE IMMERGE AU FIL DU SOLEIL ............. 4

a) Les Configurations de pompage supportées .............................................................................. 4

b) La démarche de dimensionnement ............................................................................................ 5

4- EXEMPLE DE DIMENSIONNEMENT ................................................................................................. 6

a) Phase 1 : Saisie des données ...................................................................................................... 7

b) Phase 2 : Calculs et Simulation ................................................................................................. 10

c) Phase 3 : Résultats .................................................................................................................... 12

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1- INTRODUCTION

TOSOL est un outil de calcul et simulation des systèmes PV développé au Cameroun par FUTURAF

Technology Solutions.

Il a été conçu pour répondre aux exigences des environnements social, économique et professionnel

des pays d’Afrique Sub-Saharienne. Pour ce, 7 critères de conception ont été définis comme critiques,

présentés ci-dessous.

Le Logiciel a été développé sous Excel afin de faciliter l’ouverture vers d’autres applications Microsoft

(Word, PowerPoint, …), faciliter la prise en main et aussi permettre une personnalisation poussée du

logiciel aux utilisateurs experts par accès aux fonctions VBA implémentées.

Dans la version actuelle, 4 applications sont disponibles :

- Générateur Solaire Off-Grid

- Pompage Immergé au fil du soleil

- Calculateur Solaire et PV

- Visualisations Météo

Données Météo HistoriquesDonnées Mensuelles, limitées

à quelques régions/villes

Données Journalières, limitées

à quelues régions/villes

Données mensuelles

disponibles quelque soit le

lieu

Données journalières

disponibles quelque soit le

lieu

Interface UtilisateurNon Intuitif et demandant trop

d'entrées manuelles

Intuitif, et demandant trop

d'entrées manuelles

Non intuitif, mais ne

demandant pas trop d'entrées

manuelles

Intuitif et ne demandant pas

trop d'entrées manuelles

Pompage d'eauPas de dimensionnement de

pompage

Dimensionnement partiel

(bilans journaliers) de

pompage

Dimensionnement complet

(base horaire) de pompage,

sans inclure le stockage d'eau

Dimensionnement complet

(base horaire) de pompage et

du stockage d'eau

Dimensionnement précis des

batteries

Pas de dimensionnement

batteries

Dimensionnement batteries

sur la base des cofficients de

jours de réserve et DOD

Dimensionnement précis par

simulation historique

Dimensionnement précis par

simulation historique et

estimation de fin de vie

Volet Académique

N'inclut pas d'element de

démarche académique ou

recherche

Peut être utilisé pour les

formations académiques, mais

pas pour la recherche

Niveau d'utilisation pas

accessible à un public en

formation, juste aux

chercheurs

Inclut des éléments de

démarche académique et de

recherche

Utilisatioin des

Panneaux/Onduleurs du

marché

Panneaux ou Onduleurs non

existants dans le logiciel

Quelques panneaux et

onduleurs disponibles, mais

pas de rajout possible

Rajout de panneaux et

onduleurs depuis une base de

données externe

Tous panneaux et onduleurs du

marché configurables dans le

logiciel

Prix d'acquisition en version

complète3000USD et plus 1000USD - 3000USD 100USD - 1000USD 0 - 100USD

Objectifs de

développement

de TOSOL

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Dans ce Tutoriel nous allons voir comment dimensionner un générateur solaire en site isolé a l’aide de

l’outil TOSOL.

2- CONFIGURATION EXCEL ET CONVENTIONS DE SAISIE DE DONNEES

TOSOL encapsule un code VBA important. Avant de lancer une instance de l’application, rassurez-

vous que votre niveau de sécurité permet l’exécution des macro VBA et que le mode d’évaluation des

formules de cellules est « Automatique » (voir les références d’Aide de votre version de MS Excel pour

plus d’information sur comment le faire).

Une fois l’outil ouvert, allez vers l’application ou la feuille de votre choix. Il faut noter ici que toute

saisie de donnée se fait dans les cellules à fond « Blanc » ou « Jaune ». Les autres affichant des

résultats de calcul ou devant être remplit par du code VBA.

Saisies uniquement dans les cellules a fond « Blanc » ou « Jaune »

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3- PRESENTATION GENERALE DE L’APPLICATION POMPAGE IMMERGE AU

FIL DU SOLEIL

a) Les Configurations de pompage supportées

Cette application vous permet de dimensionner le pompage d’un forage solaire selon deux

configurations :

- Configuration avec variateur de vitesse solaire DC-AC : cette configuration est basée sur un

variateur de vitesse solaire (ABB ACS355 Solar, Schneider Altivar312 Solar, …) et une pompe

triphasée standard du marché. Le variateur tire le maximum possible de puissance des

panneaux PV et varie le débit de pompage en fonction de la puissance PV disponible.

- Configuration avec pompe solaire DC à vitesse variable : cette configuration utilise une

pompe à moteur DC à vitesse variable. Une électronique située dans la pompe produit à tout

moment un débit de pompage en fonction de la puissance PV disponible (Gamme SQF de

Grundfoss, Gamme OPTI de Wilo, …).

D’autres configuration plus complexes peuvent aussi être envisagées, nécessitant de la part de

l’utilisateur une connaissance plus approfondie du logiciel afin de mettre en œuvre la

personnalisation via les fonctions VBA implémentées.

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b) La démarche de dimensionnement

Le dimensionnement comprend 3 grandes phases :

- Phase 1 : Saisies des données. Celle-ci se fait en 4 étapes

- Phase 2 : Calculs. Celle-ci se fait en 3 étapes

Localisation

• Entrer les coordonnées Lon/Lat

• Acquérir les donées météo

Panneaux PV

• Sélectionner un Panneau PV de la BD du logiciel ou rajouter un nouveau

• Entrer les paramètres d'installation du panneau

• Définir un facteur fixe de pertes à l'aide de l'assitant integré

Besoin en Eau

• Entrer le besoin journalier en eau sur chaque mois

Puits et Décharge

• Entrer les parametres geometriques du forage

• Entrer les parametres du stockage d'eau

• Un assitant vous aide a predire les pertes de charges

Technologie d'Alimentation

• Entrer la technologie d'alimentation (Variateur DC-AC ou Pompe solaire DC)

• Entrer la plage de tension PV admissible en entree

Sélection Pompe

• Visualiser les pompes et le nombre de panneaux PV recommendees

Simulation sur

l'historique

•Entrer la configuration PV retenue pour la simulation

•Choisir les années et mois voulus pour la simulation

•Lancer la simulation

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- Phase 3 : Résultats. Ils sont en 3 groupes

Si la simulation montre un grand nombre de jours où les réserves en eau sont passées sous le seuil

de charge critique, il faut alors augmenter le volume de réserves et refaire une simulation sur

l’historique pour validation.

4- EXEMPLE DE DIMENSIONNEMENT

Camp Familial en zone rurale :

- Besoin Journalier en saison sèche : 3000litres par jour

- Besoin Journalier en saison pluvieuse : 2000 litres par jour

- Forage de 70m avec tubage 120mm

- Longueur totale de tuyauterie 32mm : 100m

- Bâche d’eau à installer sur un plateau béton de 6m

- Longitude : 11.501degE

- Latitude : 3.844degN

Dans la page Accueil, cliquez sur le lien Pompage Solaire Immerge au Fil du Soleil

Résumé

• Pompe Selectionee

• Configurations PV recommendee et choisie pour la simulation

• Détails de validation de l'installation et du stockage d'eau

Production Journalière

• Production d'eau moyenne sur le jour le plus ensoleillé moyen

• Production d'eau moyenne sur le jour le moins ensoleillé moyen

Production Annuelle

• Production journalières moyenne totale des panneaux PV sur l'année

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a) Phase 1 : Saisie des données

Etape 1 : Entrez les coordonnées Lon/Lat et importez les données météo (Irradiations et

Températures) depuis le serveur NASA Power Data ou depuis un fichier *.tosol.

Etape 2 : Choisissez un panneau dans la BD du logiciel pour le projet. Si votre fournisseur dispose d’un

panneau ne figurant pas dans la BD du logiciel, entrez-le à l’aide de la commande Nouveau Panneau.

Dans cet exemple nous prenons le panneau Poly 327Wc SunPower disponible chez notre fournisseur.

Déterminez à l’aide de l’assistant le rendement du système pour le projet en cliquant sur Assistant

Rendement. Ici nous allons changer juste deux paramètres.

- Technologie de fixation du point de fonctionnement : MPPT

- Pertes de conversion DC-AC a l’onduleur : 5% (Valeur liée à une pompe solaire DC-DC)

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Etape 3 : Entrez les données de consommations mensuelles. Un assistant permet de donner quelques

recommandations sur les consommations journalières.

Etape 4 : Entrez les données géométriques du forage et du stockage.

Le logiciel demande d’entrer un volume stockage initial, qui sera raffiné manuellement après la

validation par simulation historique.

Ce volume initial dépend principalement de la nature du climat : les zones fortement pluvieuses

comme Douala par exemple demandent plus de stockage

Dans cet exemple pour utilisation résidentielle nous prendrons prendre un stockage 3 fois le besoin

journalier, soit deux bâches de 5000litres. Un assistant vous aide à évaluer les pertes de charges.

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b) Phase 2 : Calculs et Simulation

Cliquez sur Calculer. La fenêtre de Calcul va s’ouvrir, et nécessiter 3 étapes.

Etape 1 : Définissez la technologie d’alimentation : Variateur DC-DC (Pompe Solaire DC au fil du soleil)

ou Variateur DC-AC (Variateur de vitesse DC-AC solaire). Entrez la plage de tension PV admise en entrée

du variateur. Par exemple

Etape 2 : Visualiser les pompes possibles pour l’installation ainsi que le nombre de Panneaux PV

recommandés pour chacune des pompes. La section tutoriel inclue dans le logiciel décrit comment

rajouter des pompes à la base de données locale du logiciel.

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Etape 3 : Simulation historique de validation. Ici vous devez définir la configuration PV, les années et

mois concernés par la simulation, puis le seuil du volume de réserves qui devra déclencher une

condition « Rupture d’Eau ». Ensuite cliquez sur Simuler pour lancer la Simulation.

La Simulation se fait par pas de 30mins sur chacun des jours des années et mois choisis, et est par

conséquent assez longue. Certains logiciels construisent pour cela une année synthétique. Mais pour

un souci de fiabilité nous avons choisi dans TOSOL de le faire sur l’historique.

A la fin des calculs, la fenêtre affiche le nombre de jours sur chaque année où la condition « Rupture

d’Eau » a été déclenchée.

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La simulation a répondu à la question : « Si les conditions météo de 2012, 2013 et 2014 se répétaient

à l’identique, l’installation telle qu’on la dimensionnée aurait-elle donnée satisfaction ? ». Et la

réponse ici est « Oui à 100% ». A la fin cliquez sur Terminer pour écrire les résultats.

c) Phase 3 : Résultats

3 Groupes de Résultats sont disponibles, tel que décrit au paragraphe 3.

Groupe 1 : Résumé

Groupe 2 : Productions Journalières

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Groupe 3 : Productions Annuelles

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