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République Algérienne Démocratique et Populaire Université Abou Bakr Belkaid– T

République Algérienne Démocratique et Populaire Université Abou Bakr Belkaid– Tlemcen Faculté des Sciences Département de Physique Mémoire de fin d’études Pour l’obtention du diplôme de Master en Physique Option: Physique Energétique et Matériaux Thème Etude et Analyse D’un Système Energétique De Source Photovoltaïque Et Thermique : Application A Une Habitation Individuelle Réalisé par : - ZINEB MOSTEFAOUI Présenté le …. Juin 2015 devant le jury composé de : - Mr A.CHERMITTI, Professeur (Président) - Mr N. BIBI TRIKI, Professeur (Encadreur) - Mr A. BENYOUCCEF, Maitre de conférences (Examinateur) - Mr S. AMARA, Maitre de conférences (Examinateur) Année universitaire: 2014-2015 Remerciements Ce travail a été effectué à l’unité de recherche de Matériaux et Energies Renouvelables (URMER) de département de Physique de la faculté des Sciences de l’université Abou Bekr Belkaid de Tlemcen. Mes remerciements, avant tout, à DIEU le tout puissant qui m’a donné la volonté, la santé et la patience durant ces longues années d’étude afin que je puisse réaliser mon objectif. J’exprime ma profonde reconnaissance et mes sincères remerciements à Mr BIBI TRIKI Naser Eddine, Professeur à l’université de Tlemcen, pour m’avoir encadré tout le long de mon travail, ainsi, que par son enseignement et ses conseils qui m’ont guidé dans l’élaboration de ce mémoire. Mes remerciements s’adressent également à Mr A. CHERMITTI, Professeur à l’université de Tlemcen, pour l’honneur qu’il m’a accordé en présidant le jury de la soutenance. Je tiens également à exprimer toute ma gratitude à Mr S. AMARA, Maitre de conférences, ainsi qu’à Mr A. BENYOUCEF, Maitre de conférences, qu’ont accepté d’examiner ce travail. J’adresse mes sincères remerciements à tous mes professeurs avec lesquels on a passé des années d’apprentissage durant notre cursus universitaire. Une pensée particulière s’adresse à Melle I.M. MOSTEFAOUI, Maitre assistant à L’Ecole Préparatoire en Sciences et Techniques d’Oran, pour ses nombreux conseils qui m’ont beaucoup appris sur les méthodes de travail. Je remercie tous mes collègues de laboratoire URMER pour leur soutien. Un grand merci à mes parents qui m’ont toujours encouragé. Je tiens à remercier, enfin, tous ceux qui m’ont aidé de prés ou de loin afin de réaliser ce travail. Dédicaces Je dédie ce travail à : A mes chers parents, qui ont sacrifié leur temps pour nous, que Dieu les protège et leur accorde la santé et la longue vie. A mes petits chers frères : Ahmed Yacine et Wassila. Ainsi qu’à mes chers frères et sœurs : Mohammed Hicham, Asma, et Imene Merième A tous qui me sont chers. Sommaire Introduction Générale................................ ................................ ................................ ..................1 Chapitre I Généralités sur les énergies renouvelables 1- Introduction ................................ ................................ ................................ ............................. 4 2- Les énergies renouvelables ................................ ................................ ................................ .....4 2-1- L’énergie hydraulique ................................ ................................ ................................ ....5 2-2- L’énergie de la géothermie ................................ ................................ ............................. 6 2-3- L’énergie éolienne ................................ ................................ ................................ ..........7 2-4- L’énergie de la biomasse ................................ ................................ ................................ 7 2-5- Le solaire thermique et photovoltaïque ................................ ................................ ..........8 2-5-1- Photothermique ................................ ................................ ................................ ...8 2-5-2- Photovoltaïque ................................ ................................ ................................ ....9 2-5-2-1- Principe de fonctionnement ................................ ................................ ......9 2-5-2-2- Cellules photovoltaïque ................................ ................................ ..........10 2-5-2-3- Différents types de cellules photovoltaïque ................................ ............11 2-5-2-4- Avantages, Inconvénients des systèmes photovoltaïques ....................... 12 3- Evaluation des énergies renouvelables en Algérie ................................ ............................... 12 3-1- Potentiel solaire ................................ ................................ ................................ ............13 3-2- Potentiel éolien ................................ ................................ ................................ .............14 Conclusion ................................ ................................ ................................ ................................ 15 Référence................................ ................................ ................................ ................................ ...16 Chapitre II Aspects économique, énergétique et environnementale d’une habitation sur le site de Tlemcen 1- Introduction ................................ ................................ ................................ ........................... 18 2- L’habitat ................................ ................................ ................................ ................................ 18 2-1- L’enveloppe ................................ ................................ ................................ ..................20 2-2- Ventilation ................................ ................................ ................................ .................... 20 2-3- Distribution et récupération de la chaleur ................................ ................................ ....21 2-4- Production de la chaleur ................................ ................................ ............................... 21 2-5- Stockage de la chaleur ................................ ................................ ................................ ..22 2-6- Électricité ................................ ................................ ................................ ...................... 22 3- Confort thermique ................................ ................................ ................................ .................22 4- Paramètres influençant le confort thermique ................................ ................................ ........23 4-1- Caractéristiques géographiques ................................ ................................ .................... 23 4-2- Température de l’air ................................ ................................ ................................ .....24 4-3- Radiations solaires ................................ ................................ ................................ ........25 4-4- L’humidité relative ................................ ................................ ................................ .......26 4-5- Vitesse de l’air ................................ ................................ ................................ ..............27 5- Description de l’habitat étudié ................................ ................................ .............................. 27 6- Paroi de l’enveloppe de l’habitat étudié ................................ ................................ ...............28 7- Besoins énergétiques................................ ................................ ................................ .............31 7-1- Nombres de degré jours pour le chauffage et /ou le rafraichissement ......................... 31 8- Caractéristiques de la maison choisie ................................ ................................ ...................34 9- Bilan énergétique ................................ ................................ ................................ ..................34 10-Détermination de la consommation énergétique……………………………………...…..34 Conclusion ................................ ................................ ................................ ................................ 35 Référence................................ ................................ ................................ ................................ ...36 Chapitre III Modélisation et Simulation de système d’apport énergétique de source photovoltaïque et thermique 1- Introduction ................................ ................................ ................................ ........................... 38 2- Température de point d’équilibre ................................ ................................ ......................... 38 3- Méthode degrés jours ................................ ................................ ................................ ............39 3-1- Demande énergétique de chauffage par méthode degrés jours ................................ ....39 3-2- Demande énergétique de froid de l’habitat par la méthode degrés jours ..................... 41 3-3- Demande énergétique d’eau chaude sanitaire ................................ .............................. 41 4- Installation à trois systèmes de stockages (CES, chauffage et froid) ................................ ..42 4-1- Capacité de stockage ................................ ................................ ................................ ....42 4-1-1- Eau chaude sanitaire ................................ ................................ ..................... 42 4-1-2- Chauffage ................................ ................................ ................................ ......43 4-1-3- Rafraichissement ................................ ................................ ........................... 43 5- Dimensionnement de système solaire combiné (ECS+ chauffage) ................................ ......44 6- Système photovoltaïque autonome ................................ ................................ ....................... 44 7-Description de la méthode proposée ................................ ................................ ...................... 46 7-1-Modélisation de la partie de production d’énergie ................................ ........................ 46 7-1-1- Modélisation de rayonnements solaires ................................ ........................... 46 7-1-2- Modélisation de générateur photovoltaïque ................................ ..................... 48 7-1-3- Calcul de la taille de générateur ................................ ................................ .......49 7-2- Modélisation numérique d’accumulateur ................................ ................................ .....50 7-2-1-Calcul de la capacité du parc de batteries ................................ ......................... 52 7-2-2- La fenêtre de paramètres de site ................................ ................................ .......53 8- Calcul du besoin énergétique ................................ ................................ ................................ 55 9- Simulation de système PV autonome appliqué sur notre habitat................................ ..........56 10- Calcul du coût de l’installation PV ................................ ................................ ..................... 57 11- Installation solaire PV sur notre habitat ................................ ................................ ..............58 Conclusion ................................ ................................ ................................ ................................ 59 Référence................................ ................................ ................................ ................................ ...60 Chapitre IV Interprétation des Résultats et Discussion 1- Introduction ................................ ................................ ................................ ........................... 62 2- Résultats obtenus par la méthode des degrés jours ................................ ............................... 62 2-1- Chauffage sans apport solaire ................................ ................................ ....................... 62 2-2- Apport solaire ................................ ................................ ................................ ...............65 2-3- Chauffage avec apports gratuits ................................ ................................ ...................66 2-4- Rafraichissement sans les apports gratuits ................................ ................................ ...67 2-5- Rafraichissement en incluent les apports gratuits ................................ ........................ 68 3- Résultats de système PV autonome étudié ................................ ................................ ...........68 3-1- Le comportement du module selon l’irradiation incidente ................................ .........68 3-2- Le comportement du module selon la température ................................ ...................... 69 3-3- Le comportement du module selon la résistance en série ................................ ...........70 3-4- Le comportement du module selon la résistance en parallèle ................................ ....71 3-5- Tension d'un élément de la batterie en fonction du modèle ................................ .........71 3-6- Rapport de simulation ................................ ................................ ................................ ..72 3-7- Besoins de l’utilisateur ................................ ................................ ................................ .74 3-8- Résultats principaux de la simulation ................................ ................................ ...........74 3-9- Diagramme des pertes sur l’année entière ................................ ................................ ..75 Conclusion ................................ ................................ ................................ ................................ 76 Référence................................ ................................ ................................ ................................ ...77 Conclusion Générale ................................ ................................ ................................ .................78 Introduction Générale Introduction Générale 1 Depuis le début du siècle, la consommation énergétique mondiale est en très forte croissance dans toutes les régions du monde. Il semble que tendanciellement, les consommations d'énergie vont continuer à augmenter, sous l'effet de la croissance économique, d'une part, et de l'augmentation de la consommation d’électricité par habitant, d'autre part, quels que soient les cas de figures envisagés. Pour cela les énergies renouvelables apparaissent, à nos jours et à long terme, comme la solution adéquate qui couvre ce besoin énergétique en diminuant l’inconvénient majeur émis par les énergies fossiles et fissiles: le gaz à effet de serre [1]. Aujourd’hui, le thème des énergies renouvelables est un sujet important car celles-ci se manifestent comme une solution potentielle à la réduction des émissions de gaz à effet de serre. Parmi les moyens de production prometteurs (micro éolien, micro hydraulique…), le photovoltaïque (PV) apparaît aujourd’hui comme le plus approprié et le plus abouti à la production d’électricité d’origine renouvelable pour l’habitat. De plus, la libéralisation du marché de l’électricité qui introduit des changements majeurs dans le domaine de l’énergie. La multiplication des producteurs indépendants et des productions décentralisées, la mixte énergétique et la fluctuation des tarifs en sont les principales conséquences. Dans ce cadre, nous souhaitons répondre à la question suivante : comment l’énergie PV peut elle participer à la production d’électricité pour l’habitat ? En ce qui concerne notre pays : l’Algérie, l’enjeu du développement des énergies renouvelables est encore plus important. En effet, ces énergies permettront, de plus en plus, de couvrir la croissance nécessaire et légitime des services énergétiques de base dans les domaines du développement rural, de l’habitat, de la santé, de l’éducation puis à long terme, de l’industrie. Ainsi, la situation géographique stratégique de l’Algérie lui permet de favoriser le développement uploads/Geographie/ etude-et-analyse-dun-systeme-energetique-de-source-photovoltaique-et-thermique-application-a-une-habitation-individuelle.pdf