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Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou

Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org ANALYSE TECHNICO-ECONOMIQUE DES PERFORMANCES DE DIFFERENTES TECHNOLOGIES PHOTOVOLTAÏQUES EN REGION SOUDANO-SAHELIENNE : CAS DE LA VILLE DE OUAGADOUGOU MEMOIRE POUR L’OBTENTION DU DIPLOME D’INGENIEUR 2IE AVEC GRADE DE MASTER SPECIALITE GENIE ELECTRIQUE ET ENERGETIQUE ------------------------------------------------------------------ Présenté et soutenu publiquement le 21 janvier 2019 par Noura KHASTALANI (20101026) Directeur de mémoire : Dr Yézouma COULIBALY, Maître de conférences CAMES Encadrant : Dr. Y. Moussa SORO, Maître assistant CAMES LABORATOIRE ENERGIE SOLAIRE ET ECONOMIE D’ENERGIE (LESEE), 2iE, Ouagadougou, Burkina Faso Jury d’évaluation du stage : Président : Ing. Francis SEMPORE Membres et correcteurs : Dr. Yézouma COULIBALY Dr. Yrébégnan Moussa SORO Dr. Daniel YAMEGUEU Promotion [2014/2015] Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org i A mon père A mon père A mon père A mon père Khastalani Khastalani Khastalani Khastalani Mahamat Mahamat Mahamat Mahamat A ma mère Mouna Salah A ma mère Mouna Salah A ma mère Mouna Salah A ma mère Mouna Salah A mes chers frères et sœurs A mes chers frères et sœurs A mes chers frères et sœurs A mes chers frères et sœurs Je dédie ce travail Je dédie ce travail Je dédie ce travail Je dédie ce travail Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org ii REMERCIEMENTS Ce mémoire de fin d’études a été réalisé au Laboratoire Energie Solaire et Economie d’Energie (LESEE) de l’Institut International d’Ingénierie de l’Eau et de l’Environnement (2iE) sur le site de Kamboinsé situé à 15 km de Ouagadougou au Burkina Faso. J’adresse mes sincères remerciements à Dr Daniel YAMEGUEU, chef du laboratoire LESEE qui a bien voulu m’accepter dans son laboratoire mes travaux de recherche de master. Dr Yézouma COULIBALY, Maître de conférences CAMES, a accepté de diriger les travaux de ce mémoire sans hésitation. Qu’il trouve ici ma reconnaissance pour cette marque d’attention. Dr Y. Moussa SORO, Maître assistant CAMES a encadré mes travaux au jour le jour au sein du laboratoire. Cher encadrant, je vous prie de trouver dans ces lignes ma gratitude pour votre disponibilité tout au long de mes travaux de stage. L’ingénieur Alain TOSSA, doctorant à 2iE m’a aidé à écrire les programmes de traitement des données sur Matlab ainsi que les protocoles expérimentaux. Alain, merci beaucoup pour ta franche collaboration et pour tous les efforts que tu as consentis pour m’aider à terminer convenablement mes travaux de stage. C’est aussi l’occasion de remercier tout le personnel du LESEE avec qui j’ai travaillé dans le cadre de mon stage. Mes remerciements vont également à l’endroit de ma famille et mes amis qui m’ont continuellement soutenu durant mon cursus. Enfin, je remercie tous ceux qui, de près ou de loin, ont contribué à la réalisation de ce travail, d’une manière ou d’une autre. Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org iii RESUME Cette étude compare les performances énergétiques et économiques de différentes technologies de modules photovoltaïques installés au Laboratoire Energie Solaire et Economie d’Energie (LESEE) de 2iE sur le site de Kamboinsé à Ouagadougou. Trois (3) technologies de modules PV ont été analysées suivant la méthodologie du coût moyen actualisé de l’énergie (LCOE) ; il s’agit notamment du monocristallin, de deux (2) types de polycristallins de fabricants différents et du micromorphe. Premièrement une étude de l’impact de la poussière sur les performances des modules a été effectuée au cours des deux saisons (sèche et pluvieuse) de l’année en considérant dans chacune d’elles deux périodes : une période sans nettoyage et une période de nettoyage des modules. La période sans nettoyage permet de déterminer les taux journaliers de dégradation des performances des modules et la période de nettoyage sert à la détermination des fréquences optimales de nettoyage. L’étude révèle que le courant de court-circuit (Isc) et la puissance maximale (Pmp) sont les performances les plus affectées par le dépôt de la poussière et la salissure sur les surfaces des modules PV. Les performances des modules sont peu affectées durant la saison pluvieuse. Dans la saison sèche, des fréquences optimales de nettoyage de six (6) jours, cinq (5) jours et dix-neuf (19) jours ont été obtenues respectivement pour le monocristallin, le polycristallin de type 1 et le micromorphe montrant ainsi la sensibilité des différentes technologies vis-à-vis de la poussière. L’analyse technico-économique donne des valeurs du LCOE exprimées en FCFA/kWh de 4,05 pour le monocristallin, 1,89 pour le polycristallin et 0,92 pour le micromorphe. Partant de cette analyse, le micromorphe est la meilleure technologie techniquement et économiquement fiable dans les conditions climatiques similaires à la ville de Ouagadougou notamment dans la zone soudano sahélienne. Mots Clés : 1- LCOE 2- Poussière 3- Ratio de performance 4- Saison 5- Technologie PV Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org iv ABSTRACT This study compares the energy and economic performances of various technologies of photovoltaic modules installed at the Laboratory Solar energy and Energy Saving (LESEE) of 2iE on the site of Kamboinsé in Ouagadougou. Three (3) technologies of modules PV were analyzed according to the methodology of the Levelised Cost of Energy (LCOE); it is in particular single-crystal, two types of polycrystalline by different manufacturers and micromorphe. Firstly an impact study of dust on the performances of the modules was carried out during two seasons (dry and rainy) of the year while considering in each one two periods: one period without cleaning and a period of cleaning of the modules. The period without cleaning makes it possible to determine the daily rates of degradation of the performances of the modules and the period of cleaning is used to determinate the optimal frequencies of cleaning. The study reveals that current short-circuit (Isc) and the maximum power (Pmp) are the performances most affected by the deposit of dust and the stain on surfaces of modules PV. The performances of the modules are not very affected during the rainy season. In the dry season, optimal frequencies of six (6) days, five (5) days cleaning and nineteen (19) days were obtained respectively for the single-crystal one, the polycrystalline one of type 1 and the micromorphe thus showing the sensitivity of various technologies to dust. The technico- economic analysis gives values of the LCOE expressed in FCFA/kWh gives 4.05 for the single-crystal one, 1.89 for the polycrystalline one and 0.92 for the micromorphe. On the basis of this analysis, the micromorphe is the best technology technically and economically reliable under the climatic conditions similar to the town of Ouagadougou in particular in sudano Sahelian zone. Keywords: 1- Dust 2- LCOE 3- Performance Ratio 4- Season 5- Technology PV Institut International d’Ingénierie Rue de la Science - 01 BP 594 - Ouagadougou 01 - BURKINA FASO Tél. : (+226) 25. 49. 28. 00 - Fax : (+226) 25. 49. 28. 01 - Mail : 2ie@2ie-edu.org - www.2ie-edu.org v LISTE DES ABREVIATIONS a-Si Silicium amorphe Isc Courant de court-circuit [A] LCOE Levelised Cost Of Energy [FCFA/kWh] mc-Si Silicium microcristallin pc-Si Silicium polycristallin Pmp Puissance maximale [W] PR Ratio de performance [%] PV Photovoltaïque sc-Si Silicium monocristallin SONABEL Société National Burkinabé d’Electricité STC Conditions de test standard Tcellule Température d’une cellule PV [°C] Tm Température d’un module PV [°C] Voc Tension en circuit ouvert [V] Analyse technico-économique des performances de différentes technologies photovoltaïques en région soudano-sahélienne: cas de la ville de Ouagadougou Noura KHASTALANI promotion 2014-2015 Page 1 SOMMAIRE Remerciements .................................................................................................................................. ii Résumé .............................................................................................................................................. iii LISTE DES ABREVIATIONS ........................................................................................................ v LISTE DES TABLEAUX ................................................................................................................. 3 LISTE DES FIGURES ..................................................................................................................... 4 I Introduction ....................................................................................................................... 5 I.1 GENERALITES ....................................................................................................................... 5 I.2 Contexte..................................................................................................................................... 5 I.3 Objectifs du stage ..................................................................................................................... 6 I.4 Hypothèses de travail ............................................................................................................... 7 II Synthèse bibliographique .................................................................................................. 9 II.1 Généralité sur l’énergie photovoltaïque ............................................................................. 9 II.1.1 Cellules photovoltaïques ................................................................................................................. 9 II.1.2 Principe de fonctionnement d’une cellule PV ................................................................................. 9 II.1.3 Modules photovoltaïques .............................................................................................................. 10 II.1.4 Les caractéristiques de performance d’un module PV .................................................................. 10 II.1.5 Les technologies photovoltaïques ................................................................................................. 10 II.2 Analyse technico économique des performances de différentes technologies de modules PV ...................................................................................................................................... 11 II.2.1 Les indicateurs de performances ................................................................................................... 12 III Matériels et Méthodes ................................................................................................. 17 III.1 Dispositif expérimental ...................................................................................................... 17 III.2 Méthodologie ...................................................................................................................... 18 III.2.1 Traitement préalable des mesures ............................................................................................. 18 III.2.2 Le ratio de uploads/Science et Technologie/ noura-khastalani.pdf