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الطاقة الشمسية-CONCEPTION D’UNE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE

الطاقة الشمسية-CONCEPTION D’UNE INSTALLATION PHOTOVOLTAÏQUE

Puissance du Système = 6.000 kW sans stockage on grid

Par : Moubachir Youssef

vue 3D

Etude technique

INTRODUCTION

Le but de ce système photovoltaïque, identifié comme «Installation 1», est de contribuer à la production d’électricité à partir de sources d’énergie renouvelables dans le cadre du régime tarifaire et de subvention en vigueur. En adoptant ce type de technologie, le système permet également au propriétaire de l’installation de :

  • intégrer la compatibilité architecturale et environnementale ;
  • réduire les émissions de CO2 en raison de la combustion du pétrole et du gaz ;
  • être payé pour l’énergie produite et vendue à la grille ;
  • économiser de l’argent sur la quantité d’énergie importée du fournisseur d’énergie ;
  • contribuer à la production de l’énergie du Royaume-au moyen des tarifs.

Aujourd’hui, la majeure partie de l’électricité mondiale est produite à travers différents types de centrales électriques telles que les centrales nucléaires, hydroélectriques et thermoélectriques, qui sont basées essentiellement sur l’utilisation de combustibles fossiles. Si nous considérons l’énergie estimée comme le taux de production pour la première année, 5 489.88 kWh, et la perte annuelle d’efficacité à 0.90 %, les conditions suivantes sont valides pour toute la durée de vie du système, qui est fixé à 25 années.

Économies de carburant

Un indicateur très utile pour mesurer la quantité de carburant économisée lors de l’utilisation d’une source d’énergie renouvelable est le facteur de conversion de l’énergie électrique à l’énergie primaire [TOE / MWh].

Ce coefficient identifie T.O.E. (Tonnes équivalentes en pétrole) nécessaires pour la production de 1 MWh d’énergie, ou les TOE économisés avec l’adoption de technologies photovoltaïques pour la production d’électricité.

Économies de carburantTOE
Facteur de conversion de l’énergie électrique en énergie primaire [TOE/MWh]0.220
TOE économisé sur une année1.21
TOE économisé sur 25 années27.15
Source des données : World Energy Council 2007

Émissions évitées

En outre, le système photovoltaïque permet de réduire les substances polluantes dans l’atmosphère qui contribuent à l’effet de serre.

Émissions atmosphériques éliminéesCO2CH4N2OTotal GHG
Émissions atmosphériques spécifiques [kg CO2e/kWh]0.462540.000440.002360.46534
Émissions évitées sur une année [kg CO2e]2 539.292.4212.962 554.66
Émissions évitées sur 25 années [kg CO2e]57 076.6654.30291.2257 422.17
Source des données : 2016 UK Greenhouse gases (GHG) Conversion Factors

Standards de Référence

Faisant partie des systèmes électriques du bâtiment, tous les travaux impliqués dans le processus d’installation doivent être entièrement conforme aux normes techniques prescrites par la réglementation en vigueur. Les caractéristiques du système et ses composants doivent répondre à toutes les lois et réglementations en vigueur et en particulier doivent respecter :

– les besoins et réglementations des collectivités locales a notamment celles des prescriptions de sécurité incendie ;

– les exigences et les instructions publiées par UTE (Union Technique de l’Électricité)

SITE DE L’INSTALLATION

Le dimensionnement énergétique du système photovoltaïque a été réalisé en prenant en compte non seulement les aspects financiers, mais aussi :

– Disponibilité de l’énergie solaire.

Rayonnement annuel KWh/m2 : 2139.54 kwh/m2

– Facteurs morphologiques et environnementaux (ombrage et albédo).

Diagramme solaire ville de marrakech

Réflectance moyenne pour installation sur le toit 0.13

La disponibilité de surface du système

Le site de l’installation est décrit ci-dessous.

Construction d’une installation photovoltaïque (sur surface inclinée – genre toiture)

Rayonnement solaire quotidien moyen par mois sur plan horizontal

La disponibilité de l’énergie solaire est vérifiée à l’aide des données « Meteonorm 7.1 » sur les valeurs journalières moyennes mensuelles du rayonnement solaire sur un plan horizontal.

Pour l’emplacement où le système doit être installé, Marrakesh, latitude 31°.6339 N, longitude 7°.9994 W et altitude 458 m, le rayonnement solaire moyen quotidien par mois sur le plan horizontal est estimé égal à :

JanFévMarAvrMaiJuinJuilAouSepOctNovDéc
3.724.225.766.747.257.777.807.135.934.823.913.43
Marrakech / Maroc Source des données : Meteonorm 7.1
Fig. 1: Rayonnement journalier moyen mensuel sur plan horizontal [kWh/m²]- Source données: Meteonorm 7.1

CONCEPTION DU SYSTEME

Critères généraux de conception

Le principe de conception normalement utilisé pour un système photovoltaïque est de maximiser la collecte du rayonnement solaire annuel disponible.

Dans la plupart des cas, le système photovoltaïque doit être exposé à la lumière du soleil de manière optimale, en choisissant une orientation prioritaire vers le sud, afin d’éviter l’excès d’ombrage. Conformément à toute contrainte architecturale de la structure sur laquelle le système est installé, différentes orientations peuvent être adoptées à condition qu’elles soient correctement vérifiées et évaluées.

Les pertes d’énergie dues à de tels phénomènes affectent le coût du kWh produit et du temps de récupération.

Du point de vue architectural, dans le cas des applications sur les toits inclinés, le choix de l’inclinaison et de l’orientation doit tenir compte du fait qu’il est généralement conseillé de maintenir le plan des modules en parallèle ou même coplanaire à celui du toit lui-même. Ceci pour ne pas modifier la forme du bâtiment et pour ne pas augmenter l’action des forces du vent sur les modules. Il faut remarquer qu’une espace d’aération minimal entre le module et sa surface d’application favorise la circulation de l’air entre l’arrière des modules et la surface du bâtiment afin de limiter les pertes de température.

Critères d’estimation de l’énergie produite

L’énergie produite dépend de :

– Site d’installation (latitude, rayonnement solaire, température, réflectance de surface de l’avant des modules).

– Exposition des modules : angle d’inclinaison (inclinaison), angle d’orientation (azimut).

– Ombrage dû à des éléments naturels ou artificiels.

– Caractéristiques des modules : puissance nominale, coefficient de température, pertes de découplage ou inadéquation.

– B.O.S. (Balance Of System).

La valeur de BOS peut être estimée directement ou en complément de l’unité de toutes les pertes, calculée selon la formule suivante :

Pertes totales [%] = [1 – (1 – a – b) x (1 – c – d) x (1 – e) x (1 – f)] + g

avec les valeurs suivantes:

a  – Pertes de réflexion

b  – Pertes d’ombrage

c  – Pertes incompatibles

d  – Pertes dues aux effets des variations de température

e  – Pertes dans les circuits CC

f   – Pertes de l’onduleur

g  – Pertes dans les circuits CA

Critères de vérification électrique

Aux points de fonctionnement minimum et maximum de température (-10°C) et (70°C), les conditions suivantes sont vérifiées.

VOLTAGE DU MPPT

Voltage au point de puissance maximale, Vm à 70 °C est plus grand du voltage MPPT minimum.

Voltage au point de puissance maximale, Vm at -10 °C est plus bas du voltage MPPT maximum.

Ces valeurs de voltage du MPPT représentent la portée opérationnelle maximale et minimale pour les performances à puissance maximale.

VOLTAGE MAXIMUM

Voc (open circuit) à -10 °C inférieure à la tension maximale de l’onduleur.

VOLTAGE MAXIMUM DU MODULE

Voc (open circuit) à -10 °C inférieure à la tension maximale du module.

COURANT MAXIMUM

Courant Maximum généré Isc (short circuit), inférieur au courant maximal de l’onduleur.

FACTEUR DE DIMENSIONNEMENT DE L’ONDULEUR

Un facteur de dimensionnement typique se situe entre 70 % et 120 %.

Le facteur de dimensionnement de l’onduleur est le rapport de la puissance nominale du système photovoltaïque à la puissance nominale de l’onduleur (dans le cas de sous-système MPPT, le dimensionnement est vérifier pour le sous-système MPPT dans son ensemble).

Système Installation Marrakesh : Installation 1

Le système, identifié comme « Installation 1 », est un type de système connecté au réseau principal de distribution avec une connexion de type « monophasé en basse tension ».

Sa puissance nominale est de 6.000 kW et une production annuelle d’énergie de 10 347.58 kWh (égale à 1 724.60 kWh/kW), résultant des modules 20, avec une surface de 39.16 m², et se compose de 1 générateur.

Énergie produite

Fiche Technique

Données Générales
Responsable du systèmeYessef Benadam
AdresseAvenue Anatole France
Code Postal – VilleCentre Marrakesh
Latitude31°.6339 N
Longitude7°.9994 W
Altitude458 m
Rayonnement annuel sur plan horizontal2 085.87 kWh/m²
Coefficient d’ombrage1.00
Données Techniques
Surface totale des modules 39.16 m²
Nombre total de modules20
Nombre total d’onduleurs1
Énergie totale annuelle10 347.58 kWh
Puissance total6.000 kW
Énergie par kW installé1 724.60 kWh/kW
Système de stockageAbsent
Capacité utile de stockage
BOS74.97 %

Fiche technique du système: installation 1

L’énergie annuelle totale produite par le système est 10 347.58 kWh.

Marque – ModèleABB Italy S.p.A. – PVI-5000/6000-TL-OUTD – PVI-6000-TL-OUTD
Type de phaseMonophasé
Facteur de dimensionnement des onduleurs (entre 70 % et 120 %)100.00 % (VÉRIFIÉ)
Puissance nominale6 000 W
Nombre onduleurs1
Capacité de stockage intégrée0.00 kWh
Onduleur
MPPTNombre de modulesChaînes par module
1101 x 10
2101 x 10
Configuration onduleur

Le tableau ci-dessous présente les valeurs énergétiques mensuelles produites par le système  » Installation 1″ :

Spécifications techniques des autres composants

Distribution et positionnement des modules

Chaque rangée de modules sera mise en œuvre sur des profils en aluminium et/ou structures conformes aux prescriptions de projet. Les modules sont fixés à la structure au moyen d’un système de crochets approprié et certifié.

Câblage électrique

Les connexions électriques entre les différents modules photovoltaïques ont été effectuées en connectant en série les modules de la même chaine au moyen de connecteurs Multi Contact (Mâle et femelle), déjà installés dans les boites de jonction de chaque module, en effectuant en aval le montage en parallèle de toutes les chaines. Les connexions entre onduleurs, tableau de distribution général et compteurs ont été mis en place dans les coffrets prévus. L’onduleur est fixé à l’extérieur le plus proche possible au champ photovoltaïque et au tableau de parallèles en courant continu. Tous les tableaux sont fixés à côté des convertisseurs dans des coffrets appropriés pour le montage extérieur.

Système de mise à la terre

L’installation photovoltaïque ne modifie pas les formes ou volumes des bâtiments, c’est pourquoi dans le cas où la probabilité des effets directs de la foudre sur la structure augmente suite aux vérifications extérieures, celle-ci sera géré en fonction des prescriptions réglementaire actuelles. La décharge d’un coup de foudre prêt de l’installation peut provoquer l’enchaînement du flux magnétique associé au courant de foudroyage avec les circuits de l’installation photovoltaïque, capable de causer des surtensions capables de rendre inutilisables les composants, en particulier les onduleurs; Les bornes des onduleurs sont protégées internement par des varistances pastilles. Par contre l’importante extension des connexions a suggéré, en phase de projet, de renforcer telles ces en ajoutant des dispositifs SPD a varistore sur la section c.c. de l’installation proche au générateur photovoltaïque.

Système de stockage

absent

Protections électriques

Pour la partie du circuit en courant continu, la protection contre court-circuit est assurée par la caractéristique tension-courant des modules photovoltaïques qui limite le courant de court-circuit des modules mêmes à des valeurs connues et de peu supérieures à leurs courant nominal. En ce qui concerne le circuit en courant alternatif, la protection contre court-circuit est assurée par un dispositif limitateur contenu à l’intérieur de l’onduleur. Pour la protection contre contact direct, toutes les parties sous tension sont munies d’isolation adéquate et/ou de enveloppes avec un degré de protection approprié en fonction du lieu d’installation. Les circuits d’alimentation des prises et des appareils d’éclairage sont dotés d’interrupteurs différentiels, comme protection additionnels contre les contacts directs.

Remarques

La protection des systèmes de génération photovoltaïque par rapport au réseau auto producteur et au réseau de distribution publique est réalisée conformément aux réglementations.

PVI-5000/6000-TL-OUTD

Vérifications électriques et test finaux MPPT 1 et 2

l’onduleur choisi pour l’étude :

PVI-5000/6000-TL-OUTD

ABB Italy S.p.A.

lien pour plus de détails :

https://cdn.enfsolar.com/Product/pdf/Inverter/583652066b85c.pdf?_ga=2.140761970.1553514092.1597090756-81803924.1597090756

En correspondance avec les valeurs minimales de la température de fonctionnement des modules (-10°C) et des valeurs maximales (70°C), les inégalités suivantes sont satisfaites.

Vm à 70 °C (307.75 V) est plus grand que Vmppt min. (180.00 V)VÉRIFIÉ
Vm à -10 °C (407.75 V) est plus petit que Vmppt max. (530.00 V)VÉRIFIÉ
VOLTAGES MPPT
Voc at -10 °C (506.75 V) est plus petit que le voltage max. (1 000.00 V) du moduleVÉRIFIÉ
VOLTAGE MODULE MAXIMUM
Le courant produit Max. (8.77 A) est plus petit que le courant en entrés sur le MPPT max.  (36.00 A)VÉRIFIÉ
COURANT MAXIMUM
Voc à -10 °C (506.75 V) est plus petit que MPPT max. input voltage (600.00 V)VÉRIFIÉ
VOLTAGE MAXIMUM

Champ Photovoltaïque 1

Le champ photovoltaïque, Champ Photovoltaïque 1, a une puissance nominale de production de 6.000 kW et une production annuelle d’énergie de 10 347.58 kWh, issue des modules du 20 occupant une aire totale de 39.16 m².

Positionnement des modulesCoplanaire aux surfaces
Structure de supportFixe
Inclinaison du module (Tilt)25°
Orientation du module (Azimuth)
Rayonnement solaire annuel sur le plan horizontal1 094.80 kWh/m²
Puissance totale6.000 kW
Énergie totale annuelle10 347.58 kWh
Données Générales
Marque – ModèleAbba Srl – ASP-72 300 – ASP-72 300
Nombre total des modules20
Surface totale des modules39.16 m²
Module

Le dispositif d’interface est interne au convertisseur DC/AC.

La norme de référence pour le dimensionnement des câbles est la norme IEC 60364.

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Cet article a 2 commentaires

  1. urogallos

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