Rapport de stage et projet de fin d’étudeA ma mère, à mon père, À mes sœurs, à mon frère. A tous mes professeurs A tous mes camarades de promotion A tous ceux qui ont sacrifié leur temps pour la science et à tous ceux qui utilisent la science pour le bien et la Prospérité de l’humanité. LP-3ER 1 Rapport de stage et projet de fin d’étude Remerciement Je remercie ALLAH le Tout-puissant de m’avoir donné le courage, la volonté et la patience de mener à terme ce présent travail. Et ma famille qui n’a cessée de m’encourager. J’adresse mes vifs remerciements à tous mes professeurs à la faculté des sciences SEMLALIA qui en participé a notre formation pour leurs soutiens tout au long de la formation licence professionnelle (LP-3ER) Je tiens à exprimer mes vifs remerciements à mon encadrant de stage « Mr NOUREDDIN MNTAG » pour ses orientations, sa rigueur et le grand intérêt qui m’a accordé tout au long de mon projet. J’adresse mes vives reconnaissances à tous les membres de «Omega Service Confort », Enfin, j’espère que tous ceux qui m’ont aidé, trouvent ici l’expression de mes sentiments les plus respectueux. LP-3ER 2 Rapport de stage et projet de fin d’étude Sommair sommaire..................................................................................................................................3 introduction générale..............................................................................................................7 rapport de stage......................................................................................................................9 presentation de l’entreprise.....................................................................................................10 I/ Statistiques d’ensoleillement du lieu :..........................................................................12 Course du soleil pour 33,83° de latitude Sud (PVsyst).........................................12 Estimation de l’irradiation journalière (en Wh/j/m²)..............................................12 II / Energie solaire récupérable:..........................................................................................13 Orientation :............................................................................................................13 Simulation pour différents inclinaison :.................................................................13 III/ Fichier EXCEL : Calculs basé sur des données météorologiques :...............................14 IV / Logiciel de dimensionnement : COMPASS..................................................................14 V/ Présentation des systèmes de pompage photovoltaïque................................................15 VI /Cas pratique de système autonome,Eclairage Jardin d’une villa en mode (CC &CA) ………………………………………………………………………………………..17 VI-1/ Optimisation de consommation:.............................................................................18 VI-2/ Comparaison technique de l’installation en (continu & Alternatif)......................18 VI-3/ Comparaison économique d’installation en (continu & Alternatif)......................19 Conclusion.............................................................................................................................20 ETUDE DE CAS....................................................................................................................21 Partie N°1 :dimensionnement d’un Systéme autonome PV...............................................22 I/ Description de l’installation..........................................................................................23 Mise en situation.....................................................................................................23 II / Conception de projet du cas proposé :.........................................................................24 Représentation graphique des résultats obtenus ....................................................27 Analyse de résultat :...............................................................................................27 III / Etude Economique du projet :.......................................................................................27 L’investissement total de l’installation...................................................................28 Analyse financier....................................................................................................28 Etude de cas...........................................................................................................................30 PARTIE N° 2:Dimensionnement d’une station de pompage photovoltaique......................30 LP-3ER 3 Rapport de stage et projet de fin d’étude I/ Présentation de Projet pour le pompage photovoltaïque..............................................31 II / evaluation des besoins en eau.......................................................................................31 III / Méthode 1 : Dimensionnement de l’installation de pompage solaire par (COMPASS)............................................................................................................................... 32 IV / Méthode 2 : Dimensionnement d’une installation à pompage solaire (Méthode analytique)..............................................................................................................................34 IV-1/ Calcul de la HMT (hauteur manométrique totale)..................................................34 IV-2/ Calcul de l’énergie hydraulique nécessaire............................................................35 IV-3/ Calcul de l’énergie électrique quotidienne requise.................................................35 IV-4/ La puissance crête nécessaire :...............................................................................35 IV-5/ Choix de la pompe..................................................................................................36 IV-6/ La capacité du réservoir..........................................................................................36 V/ Analyse des résultats.....................................................................................................36 VI / Comparaison économique entre le pompage solaire photovoltaïque et le pompage thermique (groupe électrogène au diesel) pour l’irrigation....................................................37 CONCLUSION......................................................................................................................38 ANNEXES.............................................................................................................................39 Annexe 1 : schéma d’installation de la géo membrane (réservoir de stockage de l’eau), Volume NET=778,33m3.........................................................................................................39 Annexe 2 : TARIF POMPES LORENTZ PS.........................................................................39 Annexe 3 : fiche technique de la gamme proposée par jinko solar........................................39 Annexe 4 : la course du soleil en fonction des saisons...........................................................40 Annexe 5 : Equivalence de puissance entre LED- ampoule incandescence...........................40 BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE.........................................................................40 Listes des figures Figure 1 : les coordonnées géographiques de la ville SEFROU.................................................9 Figure 2 : la course du soleil.....................................................................................................10 Figure 3 : angle d’inclinaison et orientation optimales.............................................................11 Figure 4 : l’irradiation globale horizontale et sur la surface incliné.........................................12 Figure 5: Logiciel COMPASS par LORENTZ...................................................................13 Figure 6: les composants d’une station de pompage................................................................14 Figure 7 : les différents composants que peuvent contenir une installation photovoltaïque....22 Figure 8 : la batterie ELECTRA et accessoire (cosse).............................................................23 Figure 9: vue de face et d’arrière de branchement des modules PV.........................................24 Figure 10 : colonnes comparatifs entre les besoins et le productible mensuelle......................26 Figure 11 : le débit quotidien atteint par le système.................................................................30 Figure 12 : les débits horaires et répartition sur toute la journée.............................................31 Figure 13 : la caractéristique de la pompe PS4000 C-SJ 17-4..................................................31 Figure 14: schéma de branchement des panneaux de l’installation pompage..........................35 LP-3ER 4 ..24 Tableau 9 :le productible solaire du système (8 modules de 255Wc)...........................................................16 Tableau 5 : cout total de l’investissement (éclairage jardin) en mode continu..................26 Tableau 10 : caractéristiques des composants da la station pompage................................................................................................................. Rapport de stage et projet de fin d’étude Figure 15 : la méthode graphique pour déterminé la section du câble pour un système photovoltaïque en mode continu...............................................................34 Tableau 12:tableau comparatif des reé sultats de dimensionnement par deux meé thodes.......10 Tableau 2: variation de l’irradiation solaire journalière moyenne avec différents inclinaison 11 Tableau 3 : pré-dimensionnement de l’installation éclairage villa en continu et alternatif.........35 LP-3ER 5 .....32 Tableau 11 : fiche technique de la pompe PS4000 C-SJ17-4..............................................................22 Tableau 8 : fiche technique du module PV JKM255P....................................38 Liste des tableaux Tableau 1 : Données météorologiques de SEFROU....16 Tableau 4 : conception du système éclairage villa après adaptation avec les produits disponible eu marché.............................................................17 Tableau 6 : cout total de l’investissement (éclairage jardin) en mode continu............ ..........................................................................................................................17 Tableau 7 : Besoins énergétiques................................ Rapport de stage et projet de fin d’étude Introduction générale LP-3ER 6 . Application sur le Site de SEFROU (Objectif : Etude et Dimensionnement par logiciel COMPASS et par les calculs Analytique). Rapport de stage et projet de fin d’étude Le document présent résulte d’un travail réalisé dans le cadre de rapport de stage et projet de fin d’étude en vue de l’obtention de Licence Professionnelle en Efficacité Energétique et Energies Renouvelables (3ER) a la faculté des sciences Semlalia de Marrakech 2014/2015 . Ilrésume les taches effectués et les projets sur lesquels j’ai eu l’occasion de travaillé. et comparaison Economique entre l’alimentation des lampes a LED par le courant continu et par le courant alternatif) Dimensionnement d’un système photovoltaïque pour Electrification d’un logement domestique en site isolé « système autonome » (objectif : déterminer le productible solaire afin de satisfaire les besoins de notre client toute l’année). Après un mois de travail ce rapport de stage vient pour regrouper l’ensemble d’informations théoriques et pratiques qui permettent de découvrir l’environnement de l’entreprise OMEGA SERVICE CONFORT au sein de laquelle j’ai effectué ce stage. Eclairage d’un jardin villa (Objectif : Optimisation de consommation. LP-3ER 7 . ils s’agissent de : Dimensionnement d’un Système de Pompage Photovoltaïque . Rapport de stage et projet de fin d’étude RAPPORT DE STAGE LP-3ER 8 . Rapport de stage et projet de fin d’étude Période de stage : Du 06/05 /14 au 06/06/14 LP-3ER 9 . fondateur et gérant de la société OMEGA SERVICE CONFORT spécialisé en énergie solaire. Nourddine MENTAG. en face du palais Municipal de sefrou Produits et services proposés par la société : Importation et distribution des produits et systèmes solaires. maintenance et service après vente des produits solaire thermiques et photovoltaïques. Régulateurs solaires.A. installation. Systèmes de pompage solaires. Electricité générale. Direction générale : Mr.L (société à responsabilité limitée) spécialisé dans : l’exploitation de l’énergie solaire. c’est la raison pour laquelle j’ai commencé la rédaction de mon rapport par cette partie qui contient toutes les informations sur la ville SEFROU qui sera le lieu de toute étude réalisé dans le présent document. Son siège se trouve au derb Omar 123.R. Systèmes de détection et lutte contre l’incendie. Chauffe-eau solaires. Produits importés : Modules photovoltaïques solaires. étude. Batteries solaires. Conception. Climatisation. Partie2 : L e gisement solaire Cette partie de rapport a pour objectif de présenté toutes les données qui seront nécessaire pour développé une étude de dimensionnement complète des systèmes solaires photovoltaïques basé sur des calculs et des donnés météorologique exacte. Onduleurs solaires. LP-3ER 1 0 . Lampes (économiques. Rapport de stage et projet de fin d’étude Partie 1 : Présentation de l’entreprise Idée générale : La société OMEGA SERVICE CONFORT est une S. Automatisme et surveillance. LED …). albédo moyen = 0.2) sont déterminées par le logiciel (PvSyst) : Figure 1 : les coordonnées géographiques de la ville SEFROU Course du soleil pour 33.83° de latitude Sud (PVsyst) Figure 2 : la course du soleil Estimation de l’irradiation journalière (en Wh/j/m²) Ces Résultats moyens pour Sefrou sont déterminés à l’aide de PVsyst (Source logiciel MétéoNorm). LP-3ER 1 1 . Rapport de stage et projet de fin d’étude I/ Statistiques d’ensoleillement du lieu : Les données météorologiques du site considéré (SEFROU. 16 4. Ces Résultats moyens pour SEFROU (calculé avec NASA) à partir de Retscreen4 : inclinaison (°) 0 10 20 30 33 40 45 50 60 70 80 90 Rayonnement solaire quotidien incliné 5.47 5. Simulation pour différents inclinaison : En gardant une orientation plein Sud.37 5.02 5.34 (kWh/m2/j) LP-3ER 1 2 .28 5. Orientation : La règle générale : en hémisphère nord on place le générateur plein sud (l’azimut=0) et en hémisphère sud on le place plein Nord (azimut=180°) pour qu’il produise un maximum d’énergie. Il est très important de bien les placer pour capter le maximum d’irradiation solaire.28 5. Dans Notre cas les modules seront orientés plein sud. Rapport de stage et projet de fin d’étude Tableau 1 : Données météorologiques de SEFROU II / Energie solaire reé cupeé rable: La position des modules photovoltaïques par rapport au soleil a une influence directe sur leur production énergétique.43 5.41 3.45 5. on peut jouer sur l’inclinaison pour optimiser l’inclinaison.91 3.84 4. Rapport de stage et projet de fin d’étude Rayonnement solaire quotidien incliné (kWh/m2/j) pour différentes valeur d'inclinaison 4 5. Amin BENNOUNA – LP-3ER 1 3 . 2 4. 8 3. 5 6 4. 4 3. 3 0 10 20 30 33 40 45 50 60 70 80 90 Rayonnement solaire Inclinaison(°) quotidien incliné (kWh/m2/j) Tableau 2: variation de l’irradiation solaire journalière moyenne avec différents inclinaison Figure 3 : angle d’inclinaison et orientation optimales A partir de ces résultats il se voit clairement que la meilleure inclinaison des panneaux solaires photovoltaïques pour un usage à longueur d’année est : 30° Fichier EXCEL : Calculs basé sur des données météorologiques : Le présent fichier EXCEL englobe tous les paramètres du site considéré A partir des données météorologiques et des calculs fait à la main (Les étapes et les formules utilisées sont apprises dans le cours de gisement solaire de monsieur ABDELBAKI et le cours d’intégration des systèmes solaires de monsieur. les pertes par saleté des panneaux . le débit quotidien requis . Les pertes de charge occasionnées par la conduite d'eau entre la pompe et le réservoir peuvent être importantes si cette conduite est trop longue. trop étroite ou si plusieurs coudes sont utilisés. l’angle d’inclinaison . Hauteur manométrique . les paramètres d’entrés sont : Emplacement de projet (pays. le mois de dimensionnement LP-3ER 1 4 . Afin de minimiser ces pertes.886 kWh/m2/j. c’est un logiciel compatible et valable seulement pour le dimensionnement des installations de pompage photovoltaïque avec la Pompe solaire immergée Lorentz qui fonctionne en couplage direct (continu seul) Ce logiciel aide à prévoir le débit généré par la pompe solaire tout au long de l'année. le logiciel COMPASS de modélisation et de dimensionnement calcule également le diamètre adapté au besoin du client. Rapport de stage et projet de fin d’étude Graphe : irradiation global sur l’horizontal et sur la surface incliné irradiation global horizontale et sur la surface incliné de 30° 8 7 6 5 Irradiation(kWh/m2/j) 4 Hg(KWh/m2/j) 3 Hg.i(KWh/m2/j 2 1 0 er er rs i l ai n et ut re re re re e nvi vri Ma Avr m j ui ui l l ao mb tob mb mb enn Ja Fé j pte oc nove éce Mo y se d Figure 4 : l’irradiation globale horizontale et sur la surface incliné A l’aide du logiciel (PVsys) et des calculs effectués dans la feuille Excel ci jointe j’ai déterminé l’irradiation journalière minimale Hgi (Wh/j/m²) sur la surface du module photovoltaïque orienté sud et incliné de 30°. la ville) . cette valeur correspond au mois de décembre le moins ensoleillé . La méthode d’utilisation de celui-ci est très simple et fiable par expérience personnelle. estimée a 3. Partie 3 : le pompage photovoltaïque III / Logiciel de dimensionnement : COMPASS Parmi les outils de dimensionnement des stations pompage photovoltaïque on trouve Le logiciel <<COMPASS par LORENTZ>> utilisé par le personnel de la société Omega service. un système de pompage photovoltaïque est constitué d’un générateur photovoltaïque. Pour les systèmes de pompages photovoltaïques fonctionnent au fil du soleil. le stockage de l’eau dans les réservoirs est la solution la plus adoptée par rapport au stockage électrochimique dans les batteries. un convertisseur. la tuyauterie et accessoires et enfin un réservoir d’eau (figure). Agencement du système de pompage : Figure 6: les composants d’une station de pompage 1: Contrôleur de la pompe PS 6: mise à la terre 2: Pompe immergé 7: protection contre surtension 3: Stilling Tube 8: corde de sécurité 4: Sonde (Well Probe) 9: compteur d’eau 5: boite à jonction 10: capteur de pression LP-3ER 1 5 .(dans notre cas pas de convertisseur ). un sous-système de pompage (moteur et pompe). Rapport de stage et projet de fin d’étude Figure 5: Logiciel COMPASS par LORENTZ IV / Preé sentation des systeè mes de pompage photovoltaïïque Généralement.Le pompage de l’eau à l’aide de l’énergie photovoltaïque est utilisé pour l’alimentation en eau potable et pour l’ irrigation. Rapport de stage et projet de fin d’étude 11: interrupteur a flotteur 14: protection de surtension 12: commutateur de soleil 15: générateur PV 13: déconnexion PV LP-3ER 1 6 . Figure 8 : tache effectuée : représentation d’un système autonome : . Une fois raccordé. en hiver comme en été car seul le solaire alimente l’habitation en électricité. Ce dernier pourra alors indiquer à la pompe de se mettre en service ou pas de façon automatique. Pour assurer son fonctionnement il doit être relié au contrôleur. Partie 4 : Système Autonome L’installation autonome doit fournir de l’électricité de jour comme de nuit. Le principe de l’installation autonome consiste à charger des batteries qui pourront stocker le surplus de la production électrique pour pouvoir le réutiliser. le flotteur interrupteur fournira les informations relatives de niveau d’eau dans le réservoir à notre coffret de commande. Le courant est contrôlé par un régulateur solaire qui gère la répartition de l’énergie. On comprend donc pourquoi ce système n’est utilisé que dans les lieux isolés. Figure 7 : le groupe motopompe et branchement au niveau du contrôleur et sonde 11: interrupteur a flotteur : est un dispositif électrique permettant de gérer le niveau de l’eau de façon automatique. On peut rajouter un onduleur au système afin d’alimenter des appareils électriques en alternatif. 1/ Optimisation de consommation: L'installation photovoltaïque autonome permettra d'alimenter l'éclairage jardin d’une villa qui comporte 12 ampoule de 75W chacune et qui fonctionne 10h/j La consommation globale en éclairage est alors estimé a : B=12 ampoules x 75 W x 10 h/j = 9000 Wh/j.La puissance crête (Wc) : Pc =B x 1000 /Hg.5Ah/j sous 12V et PDD=80% V. Le calcul effectué. On a dimensionné cette installation avec un minimum d’autonomie en prend 1 jours d’autonomie. V. la figure ci-dessus montre un système autonome représentatif que j’ai manipulé au sein de l’entreprise qui comporte 3 lampes a LED 12V-5W (de gauche) sans nécessité d’onduleur et 3 lampes a LED 220V-5W (de droite) en présence d’onduleur avec batterie pour montrer au clients le principe de fonctionnement d’un tel système et les différents composants nécessaire pour la mise en marche de ce dernier. nous a permet d’avoir 9000 Wh de consommation par jour. La baisse de tension maximale acceptable pour le dimensionnement des câbles est de 3 %.la partie qui suit représente un cas réel ou j’ai fait une comparaison économique entre une installation PV autonome en continu et en Alternatif V/ Cas pratique de systeè me autonome : Eclairage Jardin d’une villa en mode (CC &CA) L’objectif est de placer un éclairage de jardin de 12 Ampoules de 5 W répartis sur un câble de 80m en 220V puis en 12V pour comparer lequel sera économique. soit : 62. soit : 937. Les besoins en électricité par jour sont réduites a : B=12 ampoules x 5W x10h/j =600 Wh/j.2. puisque notre client a besoin de l’éclairage aux fins de l’esthétique. i* ηrelatif-p * ηbatt .2/ Comparaison technique de l’installation en (continu & Alternatif) V. Une puissance crête assez élevée et c’est la raison pour laquelle nous avons recommandé notre client a utilisé la technologie des lampes a LED pour réduire sa consommation.a/ Les formules de calculs .5 Ah/j sous 12Vet PDD=80%.Batterie : Cst = Bj*Aut /(V*PDD) Cst : la capacité de stockage Bj : les besoins journalier .Nombre de panneau : Np = Pc (générateur) / Pc (panneau) . m2 . 25 mm². 10 mm². Remarque : Quelques valeurs standards des sections sont : 1. doit supporter au moins le courant appelé par la totalité des récepteurs branchés sur la sortie utilisation.71 6. V.5 nombre de module de 255 Wc 0. Aut : l’autonomie désirée V : la tension de fonctionnement 12V ou 220V PDD : la profondeur de décharge .Puissance de l’onduleur (VA) : Pond =Pconsomé/ηond .La section du câble (m ) : S = ρ * 2L * P/ ∆Umax * U L : (80m). 50 mm².c/ Les valeurs après adaptation avec les produits commerciales Après l’étape de la recherche de l’équilibre entre la satisfaction de la demande énergétique et la puissance a installé. 120 mm²… .25 capacité de stockage (Ah) 62.6V pour l’alternatif et 0.463) V. doit supporter au moins le courant maximum généré par les modules (ICC).5 mm². 95 mm². il fallu adapter ce dimensionnement avec les produis et leurs puissances ou dimensions disponibles fourni par les constructeurs type (CC ou CA) Continu Alternatif les besoins (Wh/j) 600 600 Rendement relative d'installation 72% 64% la puissance crête (Wc) 255 255 capacité de stockage (Ah) 75 75 Panneau type jinko solar 255 Wc 1 1 régulateur: phocos 12V 8A 8 8 .régulateur de charge de batterie : [source : cours d’intégration des systèmes solaires : Amin Bennouna] son entrée.84 0. est la distance parcourue par un fil de la source au dernier appareil.2. limiteur LVD. pour l’éclairage La baisse de tension maximale acceptable est de 3 % (ce qui donne un ∆Umax de 6.5 62.017 Ωmm2/m Delta (Umax) : Chute de tension maximale tolérée en volts. 4 mm².5mm2) éclairage villa en continu 60métres et alternatif(S=0.445 241. ρ : la résistivité du cuivre est de 0. 2.2.b/ Les valeurs exacte de dimensionnement Type (CC OU CA) Continu Alternatif les besoins (Wh/j) 600 600 Rendement relatif d'installation 72% 64% la puissance crête (Wc) 214. 16 mm².71 (I=Pc/Voc) Puissance de l’onduleur (W) _ 75 2 La section du câble (mm ) (chute: 3%) 20métres (S=11mm2) 20métres (S=0.9 Courant supporté par le régulateur 6. 35 mm². chargeur HVD.618) 60métres Tableau 3 : pré-dimensionnement de l’installation (S=8.36V en continu) Imax : Courant maximal en Ampères. 6 mm².5 mm². 70 mm². sa sortie. 5Ah 10Dh/Ah 625 Convertisseur CC-CA 350 W 5 Dh/W 1750 prix total 7414. la conclusion qu’on peut tirer est c’est que pour les grandes longueurs entre le régulateur et le dernier appareil il est déconseillé de faire le montage en mode continu par contre le montage en alternatif est plus courageux.15 Dh 414.5Ah 10 Dh/Ah 625 prix total Tableau 5 : cout total de l’investissement (éclairage jardin) en mode continu cout de l'installation (Alternatif) Désignation Prix unitaire Prix (MAD) Support des modules 2 Dh/Wc 510 Modules photovoltaïques 7.15 Tableau 6 : cout total de l’investissement (éclairage jardin) en mode alternatif Il se voit clairement la différence d’investissement entre les deux installations.5 Tableau 4 : conception du système éclairage villa après adaptation avec les produits disponible eu marché V.15 Ampoules à LED de 5 Watts 40 Dh 480 Batterie accumulateurs (600Wh) 62. Parce que la section des câbles augmente en augmentant la longueur. et si en prend en considédération les autres couts comme le transport.3/ Comparaison économique d’installation en (continu & Alternatif) cout de l'installation (continu) Désignation Prix unitaire Prix (MAD) Support des modules 2 Dh/Wc 510 Modules photovoltaïques 7.5 Câbles alimentation (80m) 220 V 4 Dh/m 320 Régulateur phocos 12V/ 8A 414.5Dh/Wc 1912. ce stage a été très bénéfique.15 Dh 414.5 Dh/Wc 1912. puisqu’il m’a permis d’approfondir mes Connaissances concernant le dimensionnement des systèmes photovoltaïque pour un projet isolé avec batteries et pour le pompage mais aussi et surtout prendre conscience de son .15 Ampoules à LED de 5 Watts 150 Dh 1800 Batterie accumulateurs (600Wh) 62. Conclusion Pour conclure. la mise en place des câbles … cette différence d’investissement sera plus grande.5 Câbles alimentation (80m) 12V Régulateur phocos 12V/ 8A 414. onduleur : _ 100 La section du câble (mm2) pour L=80m 10 1. l’esprit de collaboration et le respect mutuel entre les collègues de travail. PVSYST). ETUDE DE CAS . J’ai également pu m’initier aux outils de simulation numérique utilisé par la société OMEGA SERVICE CONFORT (COMPASS.importance fondamentale. C’était aussi un moyen pour découvrir le sens de la responsabilité. la conscience du travail. longitude. albédo…) restent les mêmes. altitude. Remarque : les deux parties étudiés dans mon projet de fin d’étude sont étudié pour le même site (SEFROU). et toutes les calculs contenu dans le fichier Excel reste valable pour le développement de dimensionnement. . donc les caractéristique de lieu (latitude. partie N°1 : le dimensionnement d’un système photovoltaïque autonome partie N°2 : application de l’énergie photovoltaïque au pompage hydraulique sur le site de sefrou. Partie N°1 : Installations photovoltaïques - Systèmes autonomes . Figure 9 : les différents composants que peuvent contenir une installation photovoltaïque Dans la suite de cette partie le but est de dimensionné chaque composant pour un meilleur fonctionnement . avec une surface de terrasse de 160 m².I/ Description de l’installation Mise en situation Une habitation domestique est située dans les régions de Sefrou (lanousser) en site isolé. Il n’y a pas d’ombrage et les panneaux utilisés seront exposée plein Sud avec une inclinaison de 30°. Objectifs du présent projet : Le présent projet visait à réaliser une étude de préfaisabilité et de conception de projet pour l’implantation d’une installation photovoltaïque pour assurer les besoins électrique pour les occupants de cette habitation toute l’année dans le site de sefrou. L’idée générale est de réaliser une installation modeste. donc l’installation comprendra un onduleur. nécessaire pour faire fonctionner les récepteurs (éclairage et équipement domestique). Dans cette habitation toutes les récepteurs fonctionnant en courant alternatif. la capacité de stockage requise est calculer par la formule suivante: Formule : Cbatt (Ah)>= Bj(Wh).2 Télévision CA 100 5 7 0.VI / Conception de projet du cas proposeé : VI. VI.04 kWh.24 Total (kWh/j) 5.5 7 0. donc un total mensuelle de 151. VI.num: Cbatt (Ah) =1200 Ah J’ai choisie une tension de fonctionnement en courant continu de V=24V et une profondeur de décharge de 70%.6 Eclairage (20 lampes de 10W) CA 200 5 7 1 Moteur suppresseur CA 750 2 7 1.5 ordinateur personnel CA 120 2 7 0.04 Tableau 7 : Besoins énergétiques La demande journalière d’électricité de notre client est limité a 5.num : Nb= 1200/200 ≈ 6 batteries en parallèle Figure 10 : la batterie ELECTRA et accessoire (cosse). Donc le nombre de batteries a intégré avec l’installation est : Formule : Nb = C(champ de stockage)/C (capacité d’une batterie) App.5 appareils électroménagers CA 400 1. et j’ai dimensionné mon système pour 4 jours d’autonomie.2/ Estimation de la capacité de stockage requise (en Ah) en fonction de l’autonomie désirée.3/ Dimensionnement du générateur solaire: .PDD(%)] App.2 kWh en énergie.1/ Estimation des besoins journaliers en électricité (Wh/j) Description CA/CC puissance Heures Jours consommation électrique (W) d'utilisation d'utilisation (kWh/j) Frigo CA 75 16 7 1. Sachant que le choix s’est porté sur les batteries de 200Ah chacun.autonomie(j) / [V. 5Wc).5 Wc Hgimin: l’irradiation journalière (en Wh/j/m²) estimé a 3.886 kWh/m2/j ηR : le rendement relatif du système ηR= ηelc * ηbatt ηbatt: rendement énergétique des batteies 70% ηelc: rendement énergétique des autres composants électroniques : 90% Estimation du champ PV J’ai donc finalement choisi le système solaire photovoltaïque (à éloigner le plus possible des zones d’ombres créé par les arbres). • J’ai défini la puissance crête nécessaire (Pc=2026.Num : Pcrête=2026 .28 6. Détermination de la puissance crête Pc.26 rendement(STC) 15. Les composants photovoltaïques qui sont à la pointe de ce type d’installations sont Relativement « standards ».2 Isc (A) 8. PM: La puissance du module PV. Ils sont disponibles à un bon rapport qualité/prix.58% Tableau 8 : fiche technique du module PV JKM255P Le nombre total de modules Nm constituant le générateur PV est calculé par la formule suivante : Formule: NM =Pc/PM App.8 28. Pour choisir le panneau le plus adapté.92 7. Formule : Pcrête= Bj / [Hgimin*ηR] a) App.63 Voc (V) 38 35.5 Imp (A) 8. Il s’agit de : les panneaux Poly-cristallin du fournisseur Jinko solar d’une puissance de 255 Wcrêtes de dimensions : 1650×992×40mm module type JKM255P-60 STC NOCT P max (Wc) 255 189 Vmp (V) 30.Num: NM = 8 modules PC: La puissance crête du générateur. • J’ai dimensionné et trouvé le panneau le plus adapté au système. • J’ai du calculer la consommation totale (Ej=5040 Wh). Remarque : le couplage des modules de notre système est sous la forme suivante : Figure 11:vue de face et d’arrière de branchement des modules PV . . 84 A (2040 W/76 V). Le choix convenable est Prostar-30 qui supporte des courants inférieurs ou égale à 30A. Le tableau ci-dessous présente la production totale de système formé de 8 modules de 255Wc. Type de connecteurs DC utilisé. Ainsi le régulateur à choisir doit supporter ce courant. Connecteurs DC : Les connecteurs utilisés afin de joindre les câbles DC. Le productible solaire mensuelle est donné par la quantité : Prod = ΣPSTC.5.5 – 17 V] et de puissance : Pond= Pconsommé/0.4/ Choix de régulateur On a la puissance délivré par le générateur photovoltaïque est de : Pc=8*255 = 2040 Wc. la tension de circuit ouvert totale est de 76 V (2 x 38V) Le courant total supporté par le régulateur sera de : IRég = 26 .Ni (Ni étant le nombre de jours du mois i et hci est la durée d’ensoleillement crête hci = Gi (Wh/m². VI. et 0. VI.hci.85 KW Avec la puissance consommé : Pconsommé=1645W. Si on fait 4 string de 2 modules en série.ηRi.a/ Production-Demande Les calculs effectués dans la feuille Excel ci jointe (Rapport de stage) m’ont permet de faire une proportionnalité entre l’énergie produite par le module photovoltaïque (Jinko Solar) de puissance crête 255Wc et de surface 1.Alors on se basant sur les puissances disponibles la puissance de l’onduleur est estimé a : Pond = 2000 watts de marque victron phoenix compact 2000W VI.η0i.89 est le rendement de l’onduleur.5/ Puissance de l’onduleur Le choix de l’onduleur est imposé par la tension d’entrée qu’il supporte et puisque j’ai choisie la marque victron energy qui nécessite le raccordement directe avec les batteries de 12 V car la fiche technique de ce dernier impose une plage de tension d'entrée (V CC) égale a [9.89 = 1. .j)/1000(W/m²).6368 m 2 et le rayonnement reçu par celui-ci (kWh/m2/j). 93 151.i(KWh/m ηR(tamb) Besoins productible de jour 2/j (kWh/mois) solaire mensuel par Σ E(kWh) Janvier 31 4.2 215.93 156.96 156.42 aout 31 6.24 226.75 Mars 31 5.718 0.000 0.90 septembr 30 5.00 0.35 décembr e MOENNE 30 5.12 170.24 258.3 211.2 250. production du systéme 300. Le Mois nombre Hg.55 juillet 31 6.24 166.24 156.93 S Tableau 9 :le productible solaire du système (8 modules de 255Wc) Représentation graphique des résultats obtenus : Le graphe ci-dessous récapitule la production du système ainsi que les besoins mensuelle pour les 12 mois de l’année.92 156.89 e octobre 31 5.94 153.62 novembr e 31 3.886 0.137 0.653 0.556 0.2 159.24 218.13 mai 31 5.00 250.115 0.92 156.12 30 4.00 150.95 151.483 0.62 Avril 30 6.00 200.668 0.87 juin 30 6.00 er ie r ar s r il ai in et ut br e br e br e br e nv i vr M Av m ju ill ao m to m m Ja Fé ju te oc ve c e s ep no dé Le productible solaire mensuel par Σ E(Wh) Besoins (kWh/mois) Figure 12 : colonnes comparatifs entre les besoins et le productible mensuelle Analyse de résultat : Il se voit clairement que pour le mois de décembre le moins ensoleillé notre système sera autonome sans rupture d’alimentation donc le dimensionnement que j’ai fait est valable toute l’année sans aucun problème de manque d’électricité ni de surdimensionnement grave.24 253.96 156.24 228.62 Février 28 4.94 156.96 156.447 0.2 233.00 100.00 50.697 0.781 0.96 141. .92 151.95 151.667 0. le graphe et tableau ci- dessous représente le développement du projet pendant sa durée de vie.VII / Etude Economique du projet : J’ai effectué l’analyse économique du systéme étudié a l’aide du logiciel retscreen.625 DH /kWh. Le prix de 1 litre du diesel est 9 Dh. les coûts périodiques (crédits) mise en jeu est le remplacement des batteries chaque 5 ans avec un total de 12000 Dh. Alors : Le prix du kWh= 5. Prix du kWh produit par le groupe électrogène : Le PCI du diesel= 10 kWh/l.5Dh/Wc 15300 support 150Dh/m2 2100 régulateur (30A) 1500 1500 onduleur _ 12515 Batteries (1200 Ah) 10Dh/Ah 12000 cables _ 1000 autres et main d'œuvre 4500 l'investissement total (Dh) 48915 Analyse financier Plus de l’investissement de 48915 Dh. L’investissement total de l’installation prix désignation unitaire prix total modules (14m2) 7. Figure 13 : Flux monétaires cumulatifs du projet d’installation photovoltaïque habitation. Pour comparer l'investissement dans une installation PV devant un groupe électrogène au diesel . Maroc . Le rendement du groupe électrogène égal a : 16% x PCI (du carburant utilisé). Sefrou. Le retour sur l’investissement = 6.les résultats de cet analyse montre que le systéme photovoltaïque est aussi économiquement plus avantageux est donc le mieux adapter pour le cas étudier seulement l’investissement initial très élevé du photovoltaïque vu que j’ai limité une sécurité de rupture d’éléctricité a 4 jours d’autonomie .6 ans . Mais le retour d’investissement est limité à 6.6 ans donc le projet est considéré très rentable. Etude de cas APPLICATION DE L’ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE AU POMPAGE HYDRAULIQUE SUR LE SITE DE SEFROU . Outre le choix de la pompe. Maroc. la détermination de l’énergie solaire disponible et le choix des composants. il est essentiel que ces trois paramètres soient estimés le plus précisément possible : la quantité d'eau requise par jour. Elles sont basées essentiellement sur l’évaluation des besoins d’eau. Ce travail présente deux méthodes de dimensionnement de systèmes de pompage photovoltaïque. J’ai du dimensionné l’installation en fonction des trois paramètres techniques qui délimitent le dimensionnement d'une pompe solaire. l’étude d’une station de pompage « solaire » autonome pour un client pour des fins d’irrigation. vous trouvez une étude complète d’un système d’irrigation (type gout à gout) d’un champ de cerises à Sefrou. la ressource solaire. le bureau d'études techniques Omega service sélectionne les différents éléments de l'installation en s'assurant de la compatibilité entre chacun des éléments. la disponibilité de l’eau. le dimensionnement de la puissance photovoltaïque des panneaux et des diamètres des câbles et tuyaux. Pour cette étude pratique. Ces méthodes permettent de dimensionner une installation de pompage photovoltaïque pour satisfaire les besoins en eau d’une consommation bien déterminée. le calcul de l’énergie hydraulique nécessaire. Il est alors intéressant d’appliquer les techniques étudiées sur un site réel pour valider la méthode choisie et d’en tiré des conclusions. Les différentes étapes pour le dimensionnement d’un système de pompage sont : Evaluation des besoins en eau Calcul de l’énergie hydraulique nécessaire Détermination de l’énergie solaire disponible Choix des composants . Afin d'obtenir l'évaluation la plus exacte possible. une méthode par logiciel et une méthode analytique.I/ Preé sentation de Projet pour le pompage photovoltaïïque J’ai réalisé dans le cadre de L’obtention de Licence Professionnelle spécialité Efficacité Energétique et Energies Renouvelables. Dimensionner un système de pompage solaire au fil du soleil est une étape essentielle pour rentabiliser au mieux l’investissement. Chaque hectare comporte 1200 arbres. la saison de l’année considérée et de la méthode d’irrigation.VIII / EVALUATION DES BESOINS EN EAU Les besoins d’eau pour l’irrigation dépendent du type de culture. l’évapotranspiration du sol.5 hectares (35000 m2) de cerises.5*30*1200= 126000 litre /jour On peut majorer cette valeur à 130 tonnes par jour IX / Meé thode 1 : Dimensionnement de l’installation de pompage solaire par (COMPASS) Les paramètres d’entrée Produits par compass de lorentz . la vitesse du vent. Dans notre cas : on a comme charge l’irrigation de 3. chaque arbre a besoin de 30 litre par jour alors les besoins journalier totales en eau du champ sont estimé a : B= 3. l’humidité. des facteurs météorologiques comme la température. débit. les pompes sont décrites par leurs caractéristiques hauteur. et efficacité du système dans l’axe secondaire H=f(Q). Et c’est pourquoi on a dimensionné l’installation pour le mois le moins ensoleillé qui correspond a décembre ou le débit atteint 132m3 . Le profil de besoins d’eau Figure 14 : le débit quotidien donné par compass Notre client nous a demandé que son futur système de pompage pourra assurer le besoin en eau prédéfini (130 m3/j) chaque mois de l’année sans exclu. . H est la hauteur totale créée par la pompe et Q est le débit de la pompe. Les valeurs horaires : Figure 15 : les débits horaires et répartition sur toute la journée Caractéristique du système : Le graphique qui suit représente la variation du débit instantané en fonction de la puissance électrique alimentant l’ensemble (moteur + pompe) pour une hauteur manométrique totale donnée : généralement. Figure 16 : la caractéristique de la pompe PS4000 C-SJ 17-4 Pour une HMT de 35m et un débit horaire de 20m3 la puissance de la pompe commerciale convenable est environ 4000 W. A partir de cette courbe (en bleu) en peux définir le nombre d’heure d’ensoleillement maximale (hc=130/20= 6.1/Calcul de la HMT (hauteur manométrique totale) La hauteur manométrique totale en mettre colonne d’eau est donné par : .5 heures) ainsi une efficacité du système de 22 l/Wc installé (132000 litres/6000Wc). Tableau 10 : caractéristiques des composants da la station pompage X/ Meé thode 2 : Dimensionnement d’une installation aè pompage solaire (Meé thode analytique) X. ηC: Le rendement d’onduleur (dans notre cas on a un couplage direct Sans passer par aucun convertisseur intermédiaire. HMT . Formule: HMT (mce)=Has+Hre+(pertes*Ltuy) App.3/Calcul de l’énergie électrique quotidienne requise L’énergie nécessaire pour soulever une certaine quantité d’eau sur une certain hauteur donnée pendant une journée est calculée à partir del’équation suivante : Formule : Ee = Eh / ηMP*ηC App. Dans le cas étudié le constructeur nous donne un rendement de 54% . Q=130 m³/jour ρa : densité de l’eau (1000 kg/m3) -g : accélération de la pesanteur (9. (en m) .Num: HMT (mce) = 0+30+(12%*40) =34.4/La puissance crête nécessaire : . X.81m/s) -Eh : énergie hydraulique (Wh/jour) X.Q App.ηMP: Le rendement du groupe motopompe.35 kWh.8 m Has: est la hauteur d’aspiration.2/Calcul de l’énergie hydraulique nécessaire Formule : Eh = ρ. HMT=35m . puisque la pompe immerge donc Has=0 Hre: est la hauteur de refoulement Pertes : pertes de charges dans la canalisation dus a la rugosité et les coudes Ltuy : est la longueur de tuyauteries Avec 12% présente la Perte de charge dans la canalisation en plastique calculé à partir du tableau de pertes de charge dans le cours d’intégration des systèmes solaire [Amin BENNOUNA .g.Cours Systèmes Solaires]. en général entre 30% et 60%.Q est le débit journalier (en m³/jour) .Eeୣୣ : Energie électrique exprimé en [kWh /j] . le courant continu produit par les modules solaires alimente directement le moteur à courant continu. nous pouvons calculer l’énergie hydraulique moyenne journalière et annuelle nécessaire à partir de la relation : Donc une énergie mécanique annuelle de 4522. Donc la hauteur manométrique totale est estimée à 35 m.39 kWh /jour Une fois le besoins nécessaire en volume d’eau moyen journalier est défini et les caractéristiques du puits. -HMT est la hauteur manométrique totale. X.Num : Ee = 23 kWh/jour .Num : Eh= Eh=12 . .886 kWh/m².6/ La capacité du réservoir Rappelons que la technique de pompage choisi pour notre cas est le pompage dit « au fil de soleil ».Num : Pc = 6180 Wc G est l’ensoleillement journalier correspond au mois décembre le plus défavorable (3. Pour calculé la valeur du rendement relatif des panneaux il faut déterminer l’intensité du rayonnement solaire : la puissance crête des modules PC (en W C) s’écrit : Formule : Pc = 1000*Ee / (G*ηR) App. Puissance max.ainsi que le dimensionnement par logiciel COMPASS (dans la premieè re Meé thode de dimensionnement).5/ Choix de la pompe Pour notre étude. d’autre part. la motopompe adéquate sera alors la pompe PS4000 C-SJ17-4 . La capacité de ce dernier est calculée pour répondre au besoin d’eau pendant les jours d’autonomie. ambiante -30. J’ai preé senteé les diffeé rents eé leé ments de ce systeè me photovoltaïïque dans la premieè re partie de ce document (rapport de stage). 375 V Optimal Vmp* > 238 V Intensité du moteur max 15 A Efficacité max. d’une part. le choix de la motopompe utilisée est porté sur une gamme de pompes immergées proposées par le constructeur LORENTZ. moteur et extrémité de pompe. 4. ηR est le rendement relatif a la température ambiante des modules pour ce mois (ηR = 95. Pour notre étude. XI / Analyse des reé sultats J’ai preé senteé dans cette partie les reé sultats d’une eé tude qui a conduit au dimensionnement d’une installation de pompage photovoltaïïque pour irriguer trois hectares et demi de cerises situeé e dans les reé gions de la ville SEFROU. la capacité de stockage disponible est de 778 m 3 (VOLUME NET en m3) Voir le schéma de la géo membrane en Annexe 1 ce chiffre est très intéressant puisque il va assurer a notre client 6 jours d’autonomie.MAROC.50 °C Classe de protection IP54 Tableau 11 : fiche technique de la pompe PS4000 C-SJ17-4 X. Selon nos besoins. Cette gamme est constituée de pompes de dimensions différentes. La figure ci-après illustre ses caractéristiques techniques.j). Système de pompe immergée comprenant contrôleur. Et j’ai du refaire cette eé tude par calculs Analytique pour compareé les reé sultats obtenus que j’ai reé sumeé dans le tableau suivant: . et une hauteur manométrique totale de 35 m. un débit journalier de 130 m3/j.0 kW Tension d'entrée max.52) X. Le stockage de l’eau est effectué dans un réservoir. 98 % Temp. Celui-ci varie d’un à plusieurs jours.. les reé sultats obtenus par les deux meé thodes sont proches On peut conclure et affirmeé l’efficaciteé du travail.39 (kWh/j) puissance électrique 23. Selon l’eé tude. Pour le branchement des modules.57 12. Comparaison Méthode1/COMPA Méthode 2/Calculs SS Analytique débit max (m3/j) 132 130 HMT (m) 35 35 puissance hydraulique 12. le geé neé rateur photovoltaïïque convenable est constitueé de 24 modules photovoltaïïques en silicium poly cristallin d’une puissance creê te de 250 Wc chacun sous le branchement suivant : Figure 17: schéma de branchement des panneaux de l’installation pompage .3 23 (kWh/j) la puissance crête (W) 6000 6180 nombre de panneaux de (250 Wc) et branchement 3 X 8 = 24 6180/250 = 25 Productivité (litre / 22 22 Wcréte) Tableau 12:tableau comparatif des résultats de dimensionnement par deux méthodes Les calculs analytiques m’ont donneé une puissance creê te pour le geé neé rateur PV de 6180 Wcreê te et une productiviteé de systeè me de 22 litres par W creê te installeé . Donc la puissance creê te fourni par le geé neé rateur devienne (8*3*250=6000Wc). on a le nombre de module est (6180/250 = 25 modules) et pour faciliteé le branchement et garder le meê me nombre de panneaux par string notre geé neé rateur PV dois comporter 3 String de 8 panneaux chacun de type LC250-P60. Le rendement du groupe électrogène égal a : 16% x PCI (du carburant utilisé). D’autre part Si l'on compare financièrement l'investissement initial de notre station de pompage solaire ( 132000Dh) avec celle d'une station diesel et que l'on considère une durée de vie de projet de 20 ans et celle de la pompe de 10 ans et que l’analyse financier nous donne un temps de retour sur l’investissement de 5.39 kWh/jour. Alors : Le prix du kWh= 5. la puissance crête du générateur PV est de 6000 WC. Prix du kWh produit par le groupe électrogène : Le PCI du gasoil = 10 kWh/l. XII / Comparaison eé conomique entre le pompage solaire photovoltaïïque et le pompage thermique (groupe eé lectrogeè ne au diesel) pour l’irrigation. d’une part j’ai présenté les résultats d’une étude qui a conduit au dimensionnement d’une installation de pompage photovoltaïque pour irriguer un trois hectares et demi de cerises située sur le site de sefrou. on calcule le temps de retour sur l’investissement : Investissement totale Temps de retour = 365 x besoins journalières x prix de kWh produit par le diésel Investissement totale = 132000 Besoins journalières = Eh= 12. .625 DH /kWh.N : Temps de retour sur l’investissement = 5. on constate que la solution photovoltaïque est plus rentable pour le cas étudier.2 ans CONCLUSION Dans cette partie. A. une électropompe et Selon l’étude. Ainsi. le générateur photovoltaïque adéquat est constitué de 24 modules Photovoltaïques en silicium poly cristallin d’une puissance crête de 250 WC chacun. Le prix de 1 litre du diesel est 9 Dh. J’ai présenté les différents éléments de ce système photovoltaïque qui sont : un générateur photovoltaïque. Pour comparé la rentabilité de notre système devant un groupe électrogène au diesel.2 ans sur. La comparaison de consommation d'une ampoule à incandescence et de son équivalent à LED est donnée pour une utilisation de 7 heures par jour et sur une année. Annexe 3 : fiche technique de la gamme proposée par jinko solar . Volume NET=778.33m 3 Annexe 2 : TARIF POMPES LORENTZ PS Voici un tableau pour guider le choix de l'ampoule LED à remplacer en fonction de l'installation existante (incandescence et technologie halogène). ANNEXES Annexe 1 : schéma d’installation de la géo membrane (réservoir de stockage de l’eau). Annexe 4 : la course du soleil en fonction des saisons Annexe 5 : Equivalence de puissance entre LED.ampoule incandescence BIBLIOGRAPHIE ET WEBOGRAPHIE . nasa. 2012- [4] : http://entraidelec.com/ [5 ] : integration des systemes solaire.fr/ [2] : https://eosweb.com/calcul-section-de-cable.jinkosolar.larc.ines-solaire.energies-renouvelable. photovoltaiques.gov/sse/RETScreen/ [3] : http://www.com [4] : fiche technique des panneaux http://www. thermodynamique -Amin BENNOUNA.html . thermique.[1] : Site de l’INES : http://www.