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ESSTHS Ministère de l’Enseignement Supérieur et des Recherche Scientifiques Ann

ESSTHS Ministère de l’Enseignement Supérieur et des Recherche Scientifiques Année Universitaire : 2017/2018 Département : Physique Filière : Licence Appliquée en Energétique Rapport Dimensionnement d’une installation solaire photovoltaïque autonome Elaboré par : BENBLI GHADA KHOUAJA ALAA ESSTHS Table des matières Introduction générale …………………………………………………………..1 ………………………………………………………………………………….2 Chapitre I : Etude bibliographique……………………………………………..3 I. Les énergies renouvelables dans le monde et dans la Tunisie …………………………………………………………………………3 1. Les énergies renouvelables dans le monde ……………………………………………...….....3 2. Les énergies renouvelables en Tunisie ………………………………………………………..6 II. Histoire et Evolution du solaire photovoltaïque………………………….9 1. Histoire du solaire photovoltaïque…………………………………………………………….9 2. Evolution du solaire photovoltaïque…………………………………………………………11 3. Fonctionnement de la cellule photovoltaïque ………………………………………………..13 a. Le principe de fonctionnement …………………………………………………………..13 4. Les différents types de cellules photovoltaïques………………………………………….…16 a. Les cellules photovoltaïques au silicium monocristallin …………………………………16 b. Les cellules photovoltaïques au silicium poly cristallin…………………………………..17 c. Les cellules photovoltaïques au silicium amorphe………………………………………...17 d. Les cellules photovoltaïques en couche mince de CdTe…………………………………..18 5. Les caractéristiques du panneau voltaïque……………………………………………………19 III. Les installations des panneaux photovoltaïques………………………...19 1. Raccordé au réseau……………………………………………………………………………19 2. Pompage d’eau…………………………………………………………….…………………20 3. Site isolé……………………………………………………………………………………...21 IV. Les composants d'un système photovoltaïques………………………….22 1. Générateur photovoltaïque…………………………………………………………...………23 2. Système de pose………………………………………………………………………………24 3. Onduleur réseau………………………………………………………………………………25 4. Protection courant continu……………………………………………………………………26 5. Protection courant alternatif………………………………………………………………….26 6. Compteur électrique……………………………………………………………………….…27 7. Câble PV…………………………………………………………………………………..…27 Chapitre II : Dimensionnement d’une installation solaire photovoltaïque autonome………………………………………………………………………29 ESSTHS I. Calcule théorique…………………………………………………………..29 Chapitre III : Simulation numérique avec le logiciel PVSYSTEM………….38 I. Introduction……………………………………………………….…….38 II. Dimensionnement d’une installation photovoltaïque site isolée…...…...38 Conclusion générale…………………………………………………………...45 Références bibliographique .......................................................................…...46 Annexes……………………………………………………… ….……………47 ESSTHS Liste des Figures Figure 0.1 : Les réserves énergétiques mondiales Figure 1.1 : Comparaison de l'évolution de la population mondiale et de la consommation énergétique mondiale, par habitant. Figure 1.2 : Les différentes énergies utilisées dans le monde Figure 1.3 : Objectifs du Plan Solaire Tunisien Figure 1.4 : Mix technologie indicatif d’ER en 2030 Figure 1.5 : Edmond Becquerel Figure 1.6 : Werner Von Siemens Figure 1.7 : Panneaux photovoltaïques pour satellites Figure 1.8 : Évolution du prix des cellules cristallines Source: Bloomberg New Energy Finance Figure 1.9 : représentation en coupe d'une cellule photovoltaïque Figure 1.10: le photon incident crée un pair électron / trou Figure 1.11: circuit équivalent à une diode modélisant la cellule photovoltaïque (de gauche à droite, générateur de courant, diode, résistance parallèle Rp et résistance série Figure 1.12: Une installation photovoltaïque raccordée au réseau Figure 1.13:Une installation photovoltaïque raccordée pompage d’eau Figure 1.14:Une installation solaire autonome Figure 1.15 : Générateur photovoltaïque Figure 1.16: Installation au sol Figure 1.17: Intégration sur une toiture Figure 1.18:Onduleur Figure 1.19:Intérieur d’un coffret de protection courant continu ESSTHS Figure 1.20 : Intérieur d’un coffret de protection courant alternatif Figure 1.21 : Compteur de production électrique Figure 1.22 : Câble mon conducteur spécifique au PV Figure 2.1 : Radiation solaire employées : PVGIS-CMSAF Figure 2.2: Formule de calcul de la puissance crête photovoltaïque ESSTHS 1 Introduction générale « L’avenir est l’énergie verte, le développement durable, l’énergie renouvelable » Arnold Schwarzenegger Aujourd’hui, le contexte énergétique mondial montre des signes inquiétants de fragilité et d’instabilité dus notamment à la menace qui pèse sur la disponibilité des ressources pétrolières. Ceci pour plusieurs facteurs : Le Facteur géologique : les réserves mondiales sont limitées, la production mondiale du pétrole sera atteint dans très peu de temps. Le Facteur économique : les besoins énergétiques des pays émergeants, avec en tête la Chine et l’Inde, pèsent sur les marchés pétroliers. Le Facteur stratégique : l’instabilité de la région du golfe avec pour toile de fond, l’utilisation de cette « arme » par les pays producteurs. [1] Figure 0.1: Les réserves énergétiques mondiales (Source : Jean-Marc Jancovici) [2] ESSTHS 2 Cependant depuis ces dernières années étant donné l'accroissement du coût les combustibles fossiles et des problèmes environnementaux dérivés de leur exploitation, nous assistons à un à renouveau des énergies renouvelables. L'utilisation par l'homme des sources d'énergie renouvelable, dont l'énergie solaire, éolienne et hydraulique, est très ancienne ; ce type d'énergie est utilisée depuis l'antiquité et son utilisation a continué à exister jusqu'à l'arrivée de la "Révolution Industrielle", époque à laquelle, étant donné le bas prix du pétrole, elles ont été abandonnées. Les énergies renouvelables sont inépuisables, propres et peuvent être utilisés de manière autogérée (puisqu'elles peuvent être utilisés dans le même lieu où elles sont produites). Elles présentent en outre l'avantage additionnel de se compléter entre elles. Par exemple, l'énergie solaire photovoltaïque fournit de l'électricité les jours dégagés (généralement avec peu de vent), tandis que dans les jours froids et venteux, avec des nuages, ce sont les aérogénérateurs qui prendront le relais et produiront la majorité de l'énergie électrique. [2] ESSTHS 3 Chapitre I : Etude bibliographique I. Les énergies renouvelables dans le monde et dans la Tunisie : 1. Les énergies renouvelables dans le monde : Aujourd’hui, plus de 85% d’énergie utilisée dans le monde provient de gisement de combustible fossile (charbon, pétrole, gaz) ou d’uranium, constitués au fil des âges et de l’évolution géologique, d’autre coté on prend en compte l’Augmentation de la population mondiale : – entre 8 et 11 milliards d’habitant en 2050 – « mécaniquement » + 50 % de besoins énergétiques La limitation de la quantité de ces réserves, la crise successive du pétrole en 1973 et l’accroissement de la demande d’énergie dans tous les pays du monde ont conduit les pays industrialisés à chercher et a développer de nouvelles sources d’approvisionnement. La filière nucléaire était déjà lancée, mais son choix à grande échelle peut amener des conséquences graves, surtout à l’environnement, à cause de la pollution et aussi les accidents nucléaires. Les chercheures ont développé une autre forme d’énergie dite « énergie renouvelable ». Comme son nom indique l’énergie renouvelable est une énergie utilisant des éléments naturels, renouvelés plus rapidement qu’ils ne sont consommés. [3] ESSTHS 4 Ainsi, le solaire, l’hydraulique et l’éolienne sont des énergies renouvelables et respectueuses de l’environnement. En effet, énergie renouvelables ne signifie pas forcément énergie propre. La montée en puissance de certains pays en voie de développement, plus particulièrement l'Asie et l'Amérique du sud, ainsi que l'augmentation de la population mondiale et l'accroissement du revenu moyen par habitant mènent à une hausse constante en besoins énergétiques comme l'illustre la Fig. 1[3] Figure 1.1 : Comparaison de l'évolution de la population mondiale et de la consommation énergétique mondiale, par habitant.[3] ESSTHS 5 Partout dans le monde, la conjonction de l’instabilité des marchés des énergies fossiles et l’impératif de protection de l’environnement et de réduction des émissions de gaz à effet de serre imposent une révision des stratégies énergétiques. Les énergies renouvelables disposent d’atouts essentiels pour prendre la première place dans les bouquets énergétiques des pays. Les énergies renouvelables contribuent à limiter les impacts de la production d’énergie sur l’environnement. Diminution des émissions de gaz à effet de serre, réduction des effets sur l’air, l’eau et les sols, absence de production de déchets, les installations de production d’énergies renouvelables affectent très peu l’environnement, la biodiversité et le climat. Elles sont donc appelées à jouer un rôle important dans la lutte contre le changement climatique et pour la santé humaine.[3] Aujourd’hui Fin 2015, les énergies renouvelables atteignent plus de 19,3% de la capacité énergétique mondiale. Elles fournissent 24,5 % de l’électricité mondiale à la fin 2016. Figure 1.2 : Les différentes énergies utilisées dans le monde [4] ESSTHS 6 Pour la première fois dans l’industrielle, la capacité renouvelable installée dans le monde en 2016 a dépassé les nouvelles installations conventionnels (fossiles et nucléaires). [4] Demain Selon le scénario 450 de l’Agence Internationale de l’Energie, , les énergies renouvelables devront couvrir, en 2040, 58 % des besoins en électricité, 22 % pour la production de chaleur et de froid renouvelables et 20 % pour le transport. Les énergies renouvelables représenteront près de 60 % des nouvelles capacités installées jusqu'en 2040. Plus de 4 000 GW devront être mis en service entre 2016 et 2040. Concernant la baisse des coûts, l’Agence Internationale des Energies Renouvelables (IRENA) estime que les coûts de l’électricité générée à partir d’éolien et de solaire photovoltaïque pourrait baisser respectivement de 26 % et 59 % d’ici à 2025. [4] 2. Les énergies renouvelables en Tunisie : Figure 1.3 : Objectifs du Plan Solaire Tunisien [5] ESSTHS 7 Figure 1.4 : Mix technologie indicatif d’ER en 2030 [5] • Aujourd’hui Les réalisations des ER sont encore loin des objectifs fixés par la Tunisie à moyen et long terme (moins de 3% du mix électrique) d’ où le développement des énergies renouvelables est une nécessité pour la Tunisie. [5] ESSTHS 8 Les projets de la STEG : Les projets par le secteur privé (1/2) [5] ESSTHS 9 Les projets par le secteur privé (2/2) [5] II. Histoire et Evolution du solaire photovoltaïque Le soleil délivre chaque jour l’équivalent de 100 000 milliards de tonnes équivalent pétrole (TEP). L’attrait pour cette source d’énergie ≪ inépuisable ≫ a mène à des avancées Considérables dans l’exploitation de l’énergie solaire. [6] 1. Histoire du solaire photovoltaïque L’effet photovoltaïque a été découvert par un physicien français, Edmond Becquerel, en 1839. Il découvre que l’énergie lumineuse (photons) peut être convertie en électricité. Le Principe repose sur la technologie uploads/s3/ pv.pdf