Projet de fin d'etudes ''Controle automatique des systemes hybrides cas des ...
Dimensionnement d'une installation photovoltaïque à la Faculté des sciences de Sfax
1. REPUBLIQUE TUNISIENNE UNIVERSITE DE SFAX
******
FACULTE DES SCIENCES
DE SFAX
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT ******
SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
SCIENTIFIQUE
RAPPORT DE PROJET DE FIN D’ETUDES
Pour l’obtention du :
DIPLÔME DE LICENCE APPLIQUEE EN PHYSIQUE
Option : Energie
Sujet :
DIMENSIONNEMENT D’UNE
INSTALLATION
PHOTOVOLTAIQUE A LA FSS
En partenariat avec : Société Tunisienne de l’Electricité et du Gaz
Réalisé par :
SUISSI Achref
Soutenu, le 25/05/2017 devant le Jury d’Examen :
M.MSEDDI Mohamed President
M. MNIF Mohamed Examinateur
M.CHAABANE Mabrouk Encadreur
M.WALI Abdelkarim Encadreur
Année Universitaire 2016/2017
Faculté des Sciences de Sfax B.P 1171 - 3000 Tél : 74 276 400 Fax : 74 274 437
Site Web: www.fss.rnu.tn - E-mail: fss@fss.rnu.tn
2. Page(1)
Dédicace
Je dédie ce travail à mon père et ma mère
Mes frère et sœur : Akrem, Fakri, Ahmed, Wajdi et Nour Elhouda
Et à tous mes amis qui m’ont aidé particulièrement Suissi Abdessatar
Que Dieu les protège.
3. Page(2)
Remerciements
Je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué au succès de notre
stage et qui nous ont aidés lors de la rédaction de ce rapport.
Tout d'abord, nous adressons nos remerciements à notre maitre de stage, Mr.
Wali Abdelkarim, responsable de service au sein de la STEG, pour son accueil, le
temps passé ensemble et le partage de son expertise au quotidien. Grâce aussi à sa
confiance, nous avons pu accomplir totalement dans nos missions. Il fut d'une aide
précieuse dans les moments les plus délicats.
Nous tenons à remercier vivement notre professeur, Mr. Chaabane Mabrouk
notre encadreur à la Faculté qui nous a beaucoup aidé dans notre recherche de stage et
nous a permis de postuler dans cette entreprise. Son écoute et ses conseils nous ont
permis de cibler nos candidatures, et de trouver ce stage qui était en totale adéquation
avec nos attentes.
4. Page(3)
Abréviation
Dans la suite du texte, l'abréviation :
PV : Photovoltaïque.
BT : Basse Tension.
AC : courant alternatif.
DC : courant contenu.
UTE C 15-712-1 : est appelé ‘’GUIDE PRATIQUE, Installations
photovoltaïques raccordées au réseau public de distribution’’.
Ce guide traite des installations photovoltaïques à basse tension raccordées à un
réseau public de distribution et non prévues pour fonctionner de façon autonome.
5. Page(4)
Tables de matières
Liste des tableaux.................................................................................................................................... 7
Liste des figures....................................................................................................................................... 8
Introduction............................................................................................................................................. 9
Chapitre I : Généralités.......................................................................................................................... 10
I. Présentation de la STEG ............................................................................................................ 11
1. Présentation générale........................................................................................................... 11
2. Missions de la STEG............................................................................................................... 11
3. Activités de la STEG ............................................................................................................... 11
a. Transport........................................................................................................................... 12
b. Distribution........................................................................................................................ 12
II. Généralités sur les énergies renouvelables............................................................................... 13
1. L’énergie éolienne................................................................................................................. 13
2. La biomasse........................................................................................................................... 14
3. L’énergie hydraulique............................................................................................................ 15
4. L’énergie géothermique........................................................................................................ 15
5. Energie marine ...................................................................................................................... 16
6. L’énergie solaire .................................................................................................................... 16
III. Les différents types d’énergie solaire ................................................................................... 17
1. Energie solaire thermique..................................................................................................... 17
a. La technologie solaire thermique à basse température ................................................... 17
b. La technologie solaire thermique à haute température................................................... 18
2. Energie solaire photovoltaïque ............................................................................................. 18
IV. Généralités sur la PV ............................................................................................................. 19
1. Un peu d’historique............................................................................................................... 19
2. Principe de fonctionnement.................................................................................................. 19
3. Les matériaux semi-conducteurs .......................................................................................... 20
CHAPITRE II : Composition d’une installation PV .................................................................................. 21
I. Les composantes d’une installation PV raccordée à la STEG .................................................... 22
I. Principe d'un système PV .......................................................................................................... 22
II. Panneau PV................................................................................................................................ 24
III. L’onduleur ............................................................................................................................. 24
1. Rôle de l’onduleur ................................................................................................................. 24
6. Page(5)
2. Dimensionnement des onduleurs ......................................................................................... 24
a. Compatibilité en puissance ............................................................................................... 25
b. Compatibilité en tension ................................................................................................... 25
c. Compatibilité en courant................................................................................................... 27
IV. Dimensionnement des câbles ............................................................................................... 28
1. Chute de tension ................................................................................................................... 28
2. Calcul de la section de câble côté DC.................................................................................... 28
V. Protection de système............................................................................................................... 29
1. Partie DC................................................................................................................................ 29
a. Parafoudre DC ................................................................................................................... 29
b. Coupure et Sectionnement ............................................................................................... 29
2. Partie AC................................................................................................................................ 30
a. Interrupteur-sectionneur général ..................................................................................... 30
b. Disjoncteur différentiel ..................................................................................................... 30
c. Parafoudre AC ................................................................................................................... 30
3. Prise de terre......................................................................................................................... 30
Chapitre III : Etude de faisabilité et technique d’installation................................................................ 32
I. Etude de faisabilité.................................................................................................................... 33
1. Problématique....................................................................................................................... 33
2. Emplacement géographique ................................................................................................. 33
3. Climat à Sfax.......................................................................................................................... 33
4. Surface disponible................................................................................................................. 34
5. Consommation d’électricité .................................................................................................. 34
II. Fiche technique d’un panneau PV............................................................................................. 35
1. Caractéristiques électriques.................................................................................................. 35
2. Caractéristiques mécaniques ................................................................................................ 37
3. Nombre de panneaux à utiliser............................................................................................. 37
III. Caractéristiques de l’onduleur .............................................................................................. 38
1. Les combinaisons possibles................................................................................................... 38
2. Fiche technique de l’onduleur............................................................................................... 38
a. Pour le modèle SB 5000TL................................................................................................. 38
b. Pour le module Sunny Tripower 10000TL ......................................................................... 40
c. Pour l’onduleur 20000TL ................................................................................................... 41
7. Page(6)
3. Choix de l’onduleur le plus adapté........................................................................................ 43
4. Caractéristiques mécaniques ................................................................................................ 43
IV. Etudes des coffrets................................................................................................................ 44
1. Dimensionnement du coffret DC........................................................................................... 44
a. Parafoudre DC ................................................................................................................... 44
b. Sectionneur ....................................................................................................................... 45
c. Connecteur........................................................................................................................ 45
d. Chute de tension ............................................................................................................... 46
2. Dimensionnement du coffret AC.......................................................................................... 46
a. Disjoncteur différentielle................................................................................................... 46
b. Parafoudre AC ................................................................................................................... 46
c. Chute de tension ............................................................................................................... 46
V. Dossier techniques .................................................................................................................... 47
1. Schéma unifilaire .................................................................................................................. 47
2. Plan d’implantation ............................................................................................................... 48
a. Détermination de la direction sud..................................................................................... 48
b. Disposition des panneaux.................................................................................................. 49
3. Schéma d’Etiquetage............................................................................................................. 51
a. Etiquetage de la partie DC................................................................................................. 52
b. Etiquetage sur la partie AC................................................................................................ 53
c. Etiquetage sur l’onduleur.................................................................................................. 53
VI. Description de l’installation................................................................................................... 54
1. Dimensionnement et production d’énergie.......................................................................... 54
2. Etude cout ............................................................................................................................. 55
Conclusion ............................................................................................................................................. 56
Annexe................................................................................................................................................... 57
8. Page(7)
Liste des tableaux
Tableau 1.Coordonnées géographiques de la FSS ................................................................................ 33
Tableau 2.Climat et durée d'ensoleillement moyenne à Sfax............................................................... 33
Tableau 3.Espace disponible ................................................................................................................. 34
Tableau 4.Fiche technique de module PV............................................................................................. 35
Tableau 5.Caractéristiques mécaniques du module PV........................................................................ 37
Tableau 6.Fiche technique de l'onduleur 5000TL ................................................................................. 38
Tableau 7.Fiche technique de l'onduleur 10000TL ............................................................................... 40
Tableau 8.Fiche technique de l'onduleur 20000TL ............................................................................... 41
Tableau 9.Caractéristiques mécaniques 20000TL................................................................................. 43
Tableau 10.Systèmes de connecteurs MC4........................................................................................... 46
Tableau 11.Azimut 0° ............................................................................................................................ 48
Tableau 12.Normes et guides liés à l'intégration PV............................................................................. 59
9. Page(8)
Liste des figures
Figure 1.L'énergie éolienne................................................................................................................... 13
Figure 2.La biomasse............................................................................................................................. 14
Figure 3. Énergie hydraulique ............................................................................................................... 15
Figure 4. Énergie géothermique............................................................................................................ 15
Figure 5. Énergie marine ....................................................................................................................... 16
Figure 6. Énergie solaire........................................................................................................................ 16
Figure 7. Énergie solaire liée au STEG ................................................................................................... 18
Figure 8.Installation PV raccordé au réseau.......................................................................................... 22
Figure 9.Schéma de principe d'un système PV...................................................................................... 23
Figure 10.Onduleur de la marque SMA................................................................................................. 24
Figure 11.Plage de tension MPPT.......................................................................................................... 26
Figure 12.Fil de Terre............................................................................................................................. 31
Figure 13.Histograme de la durée d'ensoleillement à Sfax................................................................... 34
Figure 14.Caractéristiques d’un module PV pour une Température variable ..................................... 36
Figure 15.Caractéristiques d’un module PV pour T°=45°C.................................................................... 37
Figure 16.Rendement 20000TL ............................................................................................................. 43
Figure 17.Les coffrets ............................................................................................................................ 44
Figure 18.Connecteurs MC4.................................................................................................................. 45
Figure 19.Schéma unifilaire................................................................................................................... 48
Figure 20.Direction SUD ........................................................................................................................ 49
Figure 21.Disposition des panneaux ..................................................................................................... 51
10. Page(9)
Introduction
L'humanité ne cesse d'accroître sa consommation d'énergie sous des formes
multiples pour répondre à la complexification des sociétés.
Parmi ces formes, l’énergie électrique qui s'est imposée comme une énergie
incontournable pour l'industrie et nos usages domestiques.
Ce type d’énergie se produit grâce à l'utilisation des combustibles fossiles. Or,
nous savons maintenant que la combustion de ceux-ci « nous détraque le climat » alors
que les besoins énergétiques continuent d'augmenter toujours et toujours !
Il faut alors chercher d’autres sources d’énergie dite renouvelables.
Dans le cadre de notre projet de fin d’études pour l’obtention de la Licence
Appliqué de Physique (parcours Instrumentation pour l’énergie), nous avons effectué un
stage au sein du service technique de la Société STEG (district Sfax Sud) durant la période
allant du 13 Février 2017 au 13 Mai 2017.
Nous étions soumis aux mêmes contraintes que les employés de l’entreprise : horaire
de travail, ponctualité, assiduité, discipline…
Dans ce manuscrit nous avons tout d’abord précisé les différentes formes des
énergies renouvelables dont on se limitera à l’énergie solaire photovoltaïque, puis faire
une étude détaillée sur les
Compositions d’une installation photovoltaïque et enfin se concentrer sur le
dimensionnement1
d’un système PV à installer à la Faculté des sciences de Sfax (Bloc
Tour et bloc annexe préparatoire).
1
Action de dimensionner : c'est-à-dire déterminer les dimensions ou les caractéristiques
fonctionnelles qu'il convient de donner à un élément pour qu'il joue convenablement le rôle qui lui
revient.
12. Page(11)
I. Présentation de la STEG
1. Présentation générale
En 1962, dans le but d'harmoniser le secteur de l'énergie électrique et du gaz,
l'Etat Tunisien, par la loi N°62-8 du 3 Avril 1962, a créé la Société Tunisienne de
l'Electricité et du Gaz (STEG) et il lui a confié la production, le transport et la
distribution de l'électricité et du gaz.
2. Missions de la STEG
La Société Tunisienne de l'Electricité et du Gaz (STEG) a pour missions
essentielles :
o L'électrification du pays
o Le développement du réseau Gaz Naturel
o La réalisation d'une infrastructure électrique et gazière
La STEG est responsable de la production de l'électricité et du Gaz de
Pétrole Liquéfié (GPL) ainsi que du transport et de la distribution de
l'électricité et du gaz naturel au niveau national.
La STEG est engagée dans une stratégie de performance. Elle vise à mettre à
la disposition de ses clients des services d'une qualité comparable à celle
fournie par les meilleures entreprises d'électricité et du gaz du bassin
méditerranéen.
Son objectif principal est de pourvoir le marché national en énergies électriques
et gazières et de répondre aux besoins de l'ensemble de ses clients (résidentiels,
industriels, tertiaires…).
3. Activités de la STEG
Les activités essentielles de la STEG sont :
o La production de l'électricité à partir de différentes sources (thermique,
hydraulique, éolienne,...)
13. Page(12)
o Le transport de l'électricité : La gestion et le développement des réseaux
et des postes Haute Tension.
o La distribution de l'électricité : la gestion et le développement des
réseaux et des postes Moyenne Tension et Basse Tension.
o Le développement et la distribution du gaz naturel : La gestion de
l'infrastructure gazière.
o La production du GPL (Gaz de pétrole Liquéfié).
a. Transport
La STEG gère le transport de tout le réseau national électrique qui comporte : 73
postes HT, 5593 Kilomètres de lignes HT, cinq lignes d’interconnexion avec l’Algérie
et deux lignes d’interconnexion avec la Lybie.
Pour le gaz naturel, la STEG dispose de : 2100 Kilomètres des pailles pour le
transport interrégional.
b. Distribution
En 2008, la STEG exploite un réseau électrique de prés de 138798 Kilomètres de
lignes moyenne et basse tension.
En 2011, le nombre des clients au réseau électrique est évalué à 3,3 millions ;
La production électrique annuelle est estimée à 11902 GWh.
Pour la distribution du gaz, la société dispose de 9500 Kilomètres des pailles qui
permettent d’approvisionner :
13 centrales électriques.
576 unités industrielles.
468331 ménages et hôtels.
La STEG entretient ses relations avec ses clients à travers 39 districts et 90
agences.
14. Page(13)
II. Généralités sur les énergies renouvelables
On désigne couramment sous le vocabulaire de renouvelables les énergies qui se
reconstituent rapidement ou semblent inépuisables à l'échelle humaine.
Ce sont essentiellement celles qui sont issues du rayonnement solaire soit
directement soit indirectement par le déplacement ou le mouvement des fluides, air ou
eau, sous l'influence d'inhomogénéités de température. De même, sont considérées
comme renouvelable l'énergie qui a pour origine la chaleur de la Terre (géothermie) et
celle qui provient des marées (usines marémotrices) sous l'influence de l'attraction
lunaire (et solaire). Enfin entrent dans cette catégorie les combustibles provenant de la
matière organique vivante, la biomasse, (bois des forêts, agro-carburants, biogaz) dont
la croissance est activée par la lumière et la chaleur du soleil.
1. L’énergie éolienne
Figure 1.L'énergie éolienne
C'est l'énergie que l'on peut extraire du déplacement des masses d'air. Connue et
utilisée depuis longtemps pour la propulsion de navires et pour actionner des moulins.
Au cours du XXéme
siècle, le vent a été utilisé pour faire tourner des petites éoliennes,
essentiellement pour des installations locales (pompage ou production d'électricité).
Vers les années 90 de grosses éoliennes sont apparues permettant d'envisager un
apport non négligeable au réseau électrique général. Des éoliennes de plusieurs
mégawatts sont maintenant courants et des champs de ces machines s'installent un peu
partout dans le monde soit sur terre soit de plus en plus en pleine mer.
15. Page(14)
2. La biomasse
Figure 2.La biomasse
La biomasse représente l’ensemble de la matière organique, qu’elle soit d’origine
végétale ou animale. Elle peut être issue de forêts, milieux marins et aquatiques, haies,
parcs et jardins, industries générant des coproduits, des déchets organiques ou des
effluents d’élevage.
Cette matière organique est la matière qui compose les êtres vivants et leurs
résidus ayant pour particularité d’être toujours composée de carbone (du bois aux
feuilles en passant par la paille, les déchets alimentaires, le fumier…). Bref, une source
d’énergie tirée de ce qui pousse et de ce qui vit !
L'énergie tirée de la biomasse est considérée comme une énergie renouvelable et
soutenable tant qu'il n'y a pas surexploitation de la ressource, mise en péril de la fertilité
du sol et tant qu'il n'y a pas de compétition excessive pour l'usage des ressources (terres
arables, eau, etc.), ni d'impacts excessifs sur la biodiversité, etc. De plus, bien que
présentant de nombreux avantages sur le plan écologique et du développement local,
elle peut être polluante (CO, CO2, fumées, goudrons) si mal utilisée ou si la biomasse
utilisée est polluée par des métaux lourds, radionucléides, etc.
16. Page(15)
3. L’énergie hydraulique
Figure 3. Énergie hydraulique
L'énergie hydraulique est l'énergie fournie par le mouvement de l'eau, sous toutes
ses formes : chutes d'eau, cours d'eau…. Ce mouvement peut être converti en énergie
électrique dans une centrale hydroélectrique.
Utilisée sous forme mécanique depuis longtemps (moulin à eau), elle prend un
essor particulier au cours du XX siècle pour la production d'électricité. De très
nombreux barrages sont construits un peu partout dans le monde dans des sites
favorables au stockage d'un important volume d'eau avec une grande hauteur de chute
car c'est précisément l'énergie cinétique de l'eau arrivant avec force sur des turbines
couplées à des alternateurs qui entraine ceux-ci pour produire de l'électricité.
4. L’énergie géothermique
Figure 4. Énergie géothermique
Issue de la chaleur de la Terre, elle est considérée comme renouvelable tant la
réserve de chaleur de notre planète est gigantesque par rapport à ce que l'on peut en
utiliser.
17. Page(16)
Quand on s'enfonce dans la croûte terrestre, la température augmente
progressivement en moyenne de 3°C par 100 mètres d'enfoncement mais ce gradient
géothermique peut être variable selon les régions. Elle est parfois libérée à la surface par
des volcans ou des geysers.
Suivant les cas et les caractéristiques du site de géothermie exploité, cette
chaleur peut être récupérée sous forme d'eau chaude ou de vapeur pour des applications
de chauffage ou sous forme de vapeur à haute température et haute pression pour des
applications plus spécifiques dont la production d'électricité.
5. Energie marine
Figure 5. Énergie marine
C’est une énergie renouvelable très peu exploitée jusqu’ici. Elle désigne
l’énergie produite par les vagues et les marées, ainsi que l’énergie thermique de l’océan
chauffé par les rayons du soleil. Les océans, qui couvrent presque 70 % de la surface du
globe, pourraient constituer la source d’énergie renouvelable du futur, même si, pour
l’instant, leur exploitation pour produire de l’électricité n’est pas rentable.
6. L’énergie solaire
Figure 6. Énergie solaire
18. Page(17)
L'énergie primaire reçue en permanence par la Terre est l'énergie solaire. Celle-
ci, après filtrage par l'atmosphère, nous parvient sous forme de rayonnements,
essentiellement dans le domaine des longueurs d'onde allant de l'infrarouge à l'ultra-
violet en passant bien sûr par le visible.
La quantité globale d'énergie reçue est énorme et correspond à une puissance
journalière de l'ordre de 170 millions de gigawatts dont environ 120 millions sont
absorbés, le reste étant réfléchi.
Cependant cette énergie n'est pas disponible en permanence en un lieu donné.
Elle dépend de la latitude, de la saison, de la météorologie locale et bien sûr du cycle de
24 heures.
L'énergie solaire peut avoir deux usages bien différents:
Soit le solaire thermique pour chauffer de l'eau, essentiellement à usage
domestique.
Pour une utilisation industrielle sur une plus grande échelle. Il est
possible de transformer de l'eau en vapeur pour faire tourner des turbines
et produire de l'électricité.
Soit la filière dite photovoltaïque qui réalise la conversion directe d'une
partie du rayonnement solaire en électricité.
III. Les différents types d’énergie solaire
1. Energie solaire thermique
Un système solaire thermique exploite le rayonnement du soleil afin de le
transformer directement en chaleur (énergie calorifique).
a. La technologie solaire thermique à basse température
La technologie solaire «active» : traditionnellement, ce terme désigne les
applications à basse et moyenne température. Des capteurs solaires thermiques sont
installés sur les toits des bâtiments. Un capteur solaire thermique est un dispositif conçu
pour recueillir l'énergie provenant du Soleil et la transmettre à un fluide caloporteur. La
chaleur est ensuite utilisée afin de produire de l'eau chaude sanitaire ou bien encore
chauffer des locaux.
19. Page(18)
La technologie solaire «passive» : toujours dans le domaine de la basse
température, on peut également citer les installations solaires passives. Par opposition
aux applications précédentes, celles-ci ne requièrent pas de composants dits actifs (les
capteurs solaires). Ces applications reposent sur des concepts de génie civil et
climatique impliquant une architecture adaptée et l’emploi de matériaux spéciaux.
L’utilisation passive de l’énergie du Soleil permet de chauffer, d’éclairer ou de
climatiser des locaux.
b. La technologie solaire thermique à haute température
La technologie solaire concentrée: ce procédé fournit de la chaleur haute
température (de 250 à 1 000°C) par concentration du rayonnement solaire. Ce pouvoir
calorifique est utilisé pour actionner des turbines à gaz ou à vapeur afin de produire de
l’électricité.
2. Energie solaire photovoltaïque
Figure 7. Énergie solaire liée au STEG
Provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité au sein de
matériaux semi-conducteurs comme le silicium. Ces matériaux photosensibles ont la
propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure. C’est
l’effet photovoltaïque.
L’énergie est apportée par les photons, (composants de la lumière) qui heurtent
les électrons et les libèrent, induisant un courant électrique. Ce courant continu de micro
20. Page(19)
puissance calculé en watt crête (Wc) peut être transformé en courant alternatif grâce à
un onduleur.
IV. Généralités sur la PV
1. Un peu d’historique
En 1839, Antoine-César Becquerel constate les effets électriques que produisent
les rayons solaires dans une pile.
En 1905, Einstein découvrit que l’énergie de ces quanta de lumière est
proportionnelle à la fréquence de l'onde électromagnétique.
L'utilisation des cellules solaires débute dans les années quarante. Le domaine
spatial a besoin d'une énergie sans combustible embarqué. La recherche s'intensifie sur
le photovoltaïque.
En 1954, est créée par les laboratoires BELL, la première cellule photovoltaïque
avec un rendement de 4%.
Le spatial devient le banc d'essai de la technologie photovoltaïque. Les coûts de
fabrication élevés des cellules et leurs rendements médiocres ne leur permettent pas
encore une exploitation à grande échelle. Il faudra attendre les années 70 pour que les
gouvernements et les industriels investissent dans la technologie photovoltaïque.
2. Principe de fonctionnement
Les photopiles sont des composants électroniques à semi- conducteur qui,
lorsqu’ils sont éclairés par le rayonnement solaire, développent une force électromotrice
capable de débiter un courant dans un circuit extérieur.
La structure la plus simple d’une cellule photovoltaïque comporte une jonction
entre deux zones dopées différemment d’un même matériau (homojonction p- n) ou
entre deux matériaux différents (hétérostructures), la moins épaisse étant soumise au
flux lumineux. Chacune des régions est reliée à une électrode métallique au moyen d’un
contact ohmique de faible résistance. Le principe de fonctionnement peut être
décomposé en deux parties : l’absorption de photons et la collecte des porteurs de
charges créés.
21. Page(20)
L’interaction rayonnement / matière
La première étape de la conversion de la lumière en courant électrique est la
génération au sein du semi-conducteur des porteurs de charges qui sont les électrons
libres et les trous.
Dopage et silicium
Dans un semi-conducteur pur, le nombre de porteurs étant faible à température
ordinaire, la conductivité est faible.
3. Les matériaux semi-conducteurs
Les matériaux semi-conducteurs sont des corps dont la résistivité est
intermédiaire entre celle des conducteurs et celle des isolants.
Exemple : Les quatre électrons de valence du silicium permettent de former
quatre liaisons covalentes avec un atome voisin. Dans ce cas, tous les électrons sont
utilisés et aucun n’est disponible pour créer un courant électrique.
L’effet photovoltaïque
Lorsqu’un matériau est exposé à la lumière du soleil, les photons constituant la
lumière « attaquent » les atomes exposés au rayonnement. Les électrons des couches
électroniques supérieures, appelés aussi électrons de valence ont tendance à être
arracher. Dans les cellules PV, une partie des électrons ne revient pas à son état initial et
les électrons « arrachés » créent une tension électrique continue et faible.
23. Page(22)
I. Les composantes d’une installation PV raccordée à la STEG
Une installation photovoltaïque raccordée au réseau comprend les composants
suivants :
Un ensemble de panneaux photovoltaïques;
Un ensemble d’onduleurs transformant le courant continu en alternatif ;
Un système de comptage permettant de mesurer l’énergie électrique
produite par le système et celle injectée au réseau électrique.
Figure 8.Installation PV raccordé au réseau
L’énergie électrique produite par l’installation photovoltaïque sera consommée
directement au niveau du bâtiment. En cas de surplus, l’excédent sera injecté sur le
réseau public.
I. Principe d'un système PV
La figure suivante représente de façon simplifiée les deux parties essentielles
dans une installation PV.
24. Page(23)
Figure 9.Schéma de principe d'un système PV
La figure ci-dessus met en évidence deux parties distinctes : la partie continue
notée DC, reliée aux modules en amont de l’onduleur, et la partie alternative notée AC,
reliée au réseau en aval de l’onduleur.
Partie courant continu : C’est la partie d’une installation PV située entre les
modules PV et les bornes de courant continu de l’onduleur.
On trouve dans un coffret de protection DC qui prend place entre les modules
PV et l’onduleur, les éléments suivants :
Interrupteur- sectionneur.
Parafoudre DC.
Fusible.
Partie courant alternatif : C’est la partie de l’installation PV située en aval des
bornes (courant alternatif de l’onduleur).
On trouve dans un coffret de protection AC qui prend place entre le réseau de
distribution et l’onduleur les éléments suivants :
Disjoncteur différentiel AC.
Parafoudre AC.
25. Page(24)
II. Panneau PV
Un panneau PV est composé d’un ensemble de modules et chaque module est
composé d’un ensemble de cellules PV :
Un module solaire PV : est un générateur électrique de courant continu
constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement.
Sa puissance (en Wc, watt-crête) mesure sa capacité de production d'électricité.
Cellule PV : Dispositif PV fondamental pouvant générer de l’électricité lorsqu’il
est soumis à un rayonnement solaire.
III. L’onduleur
1. Rôle de l’onduleur
Un Onduleur : est un dispositif transformant la tension et le courant continus en
tension et en courant alternatifs.
Figure 10.Onduleur de la marque SMA
Au sein d’un système PV, l’onduleur occupe une place importante : il permet la
transformation du courant continu délivré par les panneaux en courant alternatif
compatible avec le réseau de distribution.
2. Dimensionnement des onduleurs
Le choix et le nombre d'onduleurs repose sur 3 critères :
La compatibilité en puissance
La compatibilité en tension
La compatibilité en courant
26. Page(25)
a. Compatibilité en puissance
Un onduleur est caractérisé par une puissance maximale admissible en entrée notée :
puissance DC max, sur la fiche technique de l’onduleur.
La valeur de la puissance maximale en entrée de l'onduleur va limiter la quantité
de modules du groupe photovoltaïque relié à l'onduleur. En effet, il faut veiller que la
puissance du groupe photovoltaïque ne dépasse pas la puissance maximale admissible.
La puissance délivrée par le groupe photovoltaïque est égale à la somme des
puissances crêtes de tous les modules. Il faudra donc veiller que cette puissance calculée
est inférieure à la puissance maximale admissible par l'onduleur.
b. Compatibilité en tension
Un onduleur est caractérisé par une tension d'entrée maximale admissible Umax.
Si la tension délivrée par les modules est supérieure à Umax, l'onduleur sera
irrémédiablement détruit.
Par ailleurs, comme la tension des modules photovoltaïques s’ajoute lorsqu'on
les branche en série, la valeur de Umax va donc déterminer le nombre maximum de
modules en série.
Dans le calcul de dimensionnement, on considèrera que la tension délivrée par
un module est sa tension à vide, notée Uco.
Le nombre maximum de modules photovoltaïques en série se calcule par la
formule simple suivante :
𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑠é𝑟𝑖𝑒 = 𝐸(
𝑈max
Uco×1.12
)1
Avec :
E(x) signifie la partie entière de x.
Le coefficient 1.12 est un coefficient de sécurité imposé par le guide UTE C15-712.
27. Page(26)
Plage de tension MPPT (Maximum Power Point Tracking) :
Figure 11.Plage de tension MPPT
L'onduleur doit à tout moment demander aux modules leur maximum de
puissance. Pour cela, il déplace le point de fonctionnement du groupe photovoltaïque
(c'est-à-dire le couple U-I). Ce point de fonctionnement correspond au point de
puissance maximum.
Le fait d'avoir un point de puissance maximum en dehors de la plage de tension
MPPT induit une perte de puissance du groupe PV.
Il faut donc s'assurer que la tension délivrée par le groupe photovoltaïque est
comprise dans la plage de tension MPPT de l'onduleur auquel il est connecté. Si ce n'est
pas le cas il y aura une perte de puissance.
Cette plage de tension MPPT va donc aussi avoir un impact sur le nombre de
modules photovoltaïques en série.
En effet, en cherchera idéalement à obtenir une tension délivrée par le groupe PV
comprise dans la plage MPPT, et ce quelque soit la température des modules.
Pour calculer le nombre de modules en série nécessaires afin que la chaîne
photovoltaïque délivre une tension comprise dans la plage de tension MPPT de
l'onduleur, on pourra considérer les deux critères suivants :
La tension MPP délivrée par la chaîne photovoltaïque, à une température des
modules de -5 °C et sous une irradiation de 1000 W/m², doit être inférieure à la valeur
maximale de la plage de tension MPPT de l'onduleur. Cela permet de déterminer le
nombre maximum de modules photovoltaïques en série.
28. Page(27)
La tension MPP délivrée par la chaîne photovoltaïque, à une température des
modules de 80 °C et sous une irradiation de 1000 W/m², doit être supérieure à la valeur
minimale de la plage de tension MPPT de l'onduleur. Cela permet de déterminer le
nombre minimum de modules photovoltaïques en série.
Le nombre minimum et le nombre maximum de modules photovoltaïques en
série se calculent par la formule simple suivante :
𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑖𝑛𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑠é𝑟𝑖𝑒 = 𝐸(
Umpptmin
Umpp×0.85
)1
𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑚𝑎𝑥𝑖𝑚𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑚𝑜𝑑𝑢𝑙𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑠é𝑟𝑖𝑒 = 𝐸(
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡𝑚𝑎𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 1.12
)2
Ou E(x) signifie la partie entière de x.
c. Compatibilité en courant
Un onduleur est caractérisé par un courant maximal admissible en entrée. Ce
courant d’entrée limite correspond au courant maximal que peut supporter l’onduleur
coté DC.
Il faut s'assurer que le courant débité par le groupe photovoltaïque ne dépasse pas
la valeur du courant maximal admissible Imax par l'onduleur.
Par ailleurs, comme les courants s'ajoutent lorsque les modules sont en
parallèles, la valeur de Imax va déterminer le nombre maximum de chaînes
photovoltaïques en parallèle.
Dans le calcul de dimensionnement on considérera que le courant délivré par la
chaîne est égale au courant de court-circuit des modules photovoltaïques, noté Icc et
indiqué sur la fiche technique des modules photovoltaïques.
Le nombre maximum de chaînes photovoltaïques en parallèle se calcule par la formule
suivante :
𝑁𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑐ℎ𝑎𝑖𝑛𝑒𝑠 𝑒𝑛 𝑝𝑎𝑟𝑎𝑙𝑙è𝑙𝑒 = 𝐸(
𝐼𝑚𝑎𝑥
𝐼𝑐𝑐 × 1.25
)3
Le coefficient 0.85 est un coefficient de minoration permettant de calculer la tension MPP à 80 °C.
Le coefficient 1.12 est un coefficient de majoration permettant de calculer la tension MPP à -5 °C.
Le coefficient 1.25 est un coefficient de sécurité imposé par le guide UTE C15-712.
29. Page(28)
Où
E(x) signifie la partie entière de x.
IV. Dimensionnement des câbles
1. Chute de tension
En théorie, un câble est un conducteur parfait de résistance nulle. En pratique, il
n’est pas un parfait conducteur et se modélise par une résistance comme représenté sur
la figure ce dessous.
La résistance d'un câble de cuivre est très faible, mais n'est pas nulle.
Celle-ci est proportionnelle à la longueur du câble et inversement proportionnelle à la section du
câble.
On a l'expression suivante :
𝑅 =
× 𝐿
𝑆
2. Calcul de la section de câble côté DC
Le guide UTE C15-712-1 relatif aux installations PV indique que la chute de
tension de la partie continue doit être inférieure à 3% et idéalement 1%.
Cela signifie :
𝑉𝑎 − 𝑉𝑏
𝑉𝑎
< 0.03
Le choix de la section de câble est fonction du courant et de la tension qui circulent
dans ces câbles.
Notons ε la chute de tension admissible tolérée par l'UTE C15-712.
Par définition :
30. Page(29)
𝜀 =
𝑉𝑎 − 𝑉𝑏
𝑉𝑎
Donc :
𝜀 =
𝑈
𝑉𝑎
=
𝑅 × 𝐼
𝑉𝑎
=
𝜌 × 𝐿 × 𝐼
𝑆 × 𝑉𝑎
Dans la pratique, la longueur des câbles est connue. Dès lors, on calcule la
section de ces câbles sous la contrainte d'une chute de tension maximale de 3 %.
Ainsi, la section des câbles se calcule par la formule suivante :
𝑆 =
𝜌 × 𝐿 × 𝐼
𝜀 × 𝑉𝑎
Avec :
ρ : Résistivité du matériau conducteur (cuivre ou aluminium) en service normal en Ω.mm²/m.
L : Longueur du câble.
S : Section du câble.
I : Courant circulant dans le câble (A).
ε : chute de tension, ε = 0.03
Va : Tension à l’origine du câble (V).
V. Protection de système
1. Partie DC
a. Parafoudre DC
Les parafoudres permettent de protéger les modules PV contre les risques de
surtensions induites dans le circuit de la partie continue. Les parafoudres peuvent
contenir différents composants internes tels que des éclateurs, des varistances ou des
diodes d’écrêtage. Ces composants ont pour but de limiter rapidement les tensions
apparaissant à leurs bornes.
Les parafoudres côté DC doivent être de type11
b. Coupure et Sectionnement
Le guide solaire C15-712-1 exige la mise en place d’un interrupteur général en amont de l’onduleur,
remplissant la fonction de coupure en charge préalable à tout sectionnement.
Les parafoudres de type 1 : ils sont utilisés sur des installations où le risque de foudre est très important, en
particulier si le site comporte un paratonnerre.
31. Page(30)
2. Partie AC
Le guide photovoltaïque impose côté alternatif, la mise en place d’un
interrupteur-sectionneur de tête, d’un dispositif de protection différentielle, d’une
protection magnétothermique ainsi que de parafoudres AC.
a. Interrupteur-sectionneur général
Il est prévu pour supporter le courant d’une phase. Le dimensionnement consiste
à choisir le calibre normalisé directement supérieur.
b. Disjoncteur différentiel
Le disjoncteur différentiel est constitué de l’association d’un disjoncteur
magnétothermique et d’un bloc différentiel. Il a pour rôle de réaliser la protection des
biens et des personnes en protégeant notamment l’onduleur contre les surcharges et en
éliminant les risques de contact indirect. Les calibres du disjoncteur et de son
différentiel associé correspondent au calibre normalisé directement supérieur au courant
maximal fourni par les onduleurs. Le calibre de sensibilité du différentiel s’il est installé
chez un industriel est 300mA.
c. Parafoudre AC
Le parafoudre côté alternatif doit être de type II1
et de courant nominal égale à
20kA. Certains modèles de parafoudre doivent être manipulés hors tension. Il est alors
nécessaire de prévoir un interrupteur-sectionneur associé au parafoudre permettant de
couper l’alimentation de l’onduleur.
Le parafoudre AC doit être installé au plus près de l’onduleur « une distance
inférieure 30m ». Le choix s’effectue selon le nombre de pôle du parafoudre. Pour un
raccordement monophasé, le parafoudre sera bipolaire et tétrapolaire pour du triphasé. Il
faut également veiller à ce que sa tension maximale soit supérieure à la tension
maximale en sortie de l’onduleur.
3. Prise de terre
La prise de terre élément commun de toute installation électrique et d’une
importance capitale.
1
Les parafoudres de type II : ils sont destinés à être installés sur des installations où le risque de foudre est
faible.
32. Page(31)
En effet, elle est essentielle pour toute sécurité électrique.
La fonction primaire de la prise de terre est d’assurer la sécurité physique des
personnes en cas de dysfonctionnement électrique.
Tous les composants d’un système PV doivent être reliés au câble équipotentiel.
Figure 12.Fil de Terre
34. Page(33)
I. Etude de faisabilité
1. Problématique
Nous sommes intéresser de faire l’étude d’une installation PV à la faculté des
sciences de Sfax (Bloc Tour et bloc annexe préparatoire) à cause de la consommation
annuelle énorme de ces bâtiments et de la surface disponible qui est trop large.
2. Emplacement géographique
Site géographique : Faculté des sciences de Sfax
Latitude : 34.7270807 N
Longitude : 10.7193561 E
Tableau 1.Coordonnées géographiques de la FSS
3. Climat à Sfax
Moi T°MIN T°MAX Duré d’ensoleillement
Janvier 5.8 16.7 198
Février 6.5 18 202
Mars 8.4 19.5 239
Avril 11 21.8 258
Mai 14.4 25.4 310
Juin 17.8 28.9 333
Juillet 19.9 32 378
Aout 21.1 32.2 347
Septembre 19.8 29.8 273
Octobre 16.1 26 242
Novembre 10.6 21.4 210
Décembre 6.7 17.6 195
Tableau 2.Climat et durée d'ensoleillement moyenne à Sfax
La durée d’ensoleillement :
La durée d'ensoleillement ou durée d'insolation est un indicateur climatique qui
mesure le temps pendant lequel un endroit ou un lieu est éclairé par le soleil sur une
période donnée. Elle est exprimée en heures par an ou alors en une moyenne d'heures
par jour. L'instrument qui permet de mesurer la durée d'ensoleillement s'appelle un
héliographe.
35. Page(34)
Figure 13.Histograme de la durée d'ensoleillement à Sfax
Les installations photovoltaïques sont classées en fonction de la puissance-crête
donnée en Watt-crête (Wc ou kWc). Cette puissance représente la puissance maximale
qui peut être fournie par la centrale dans des conditions standards d’ensoleillement. Les
conditions standards d’ensoleillement sont définies par une irradiance de 1 kW/m2
et une
température de 25°C.
4. Surface disponible
On va travailler sur une partie de la Faculté des Sciences da Sfax qui est le tour
et l’annexe préparatoire dont les surfaces calculées sont les suivantes:
Pièce : Espace disponible (m²) :
Tour 560
Préparatoire 350
Amphi3 115
Amphi4 100
Tableau 3.Espace disponible
5. Consommation d’électricité
D’après les factures de la STEG la consommation totale d’électricité de ces
bâtiments qui sont relies à un seul compteur de référence 94OC124375 est de l’ordre de
32556 kWh. Il s’agit de déterminer le nombre de panneaux nécessaires pour produire les
kW nécessaires pour cette partie de la Faculté.
36. Page(35)
On sait que 1 kWc produise entre 1600 et 1800 kWh. Calculons donc la
puissance annuelle produite par le système PV en kWc :
Consommation annuelle en (kWc):
32556
1600
= 20.3475𝑘𝑊𝑐
II. Fiche technique d’un panneau PV
1. Caractéristiques électriques
Modèle : Poly 250 Wp 60 cells
Fabriquant : Generic
Puissance nominale : 250 Wc
Courant court circuit 1
(Icc) : 8.63A
Courant point de puissance maximale (Impp) : 8.33A
Tension circuit ouvert2
(Uco) : 37.4V
Tension point de puissance maximale (Umpp) : 30.00V
Tableau 4.Fiche technique de module PV
Tension maximale admissible à (-5°C) :
𝑈𝑐𝑜
−5°𝑐
= 𝑈𝑐𝑜 − [𝑈𝑐𝑜(𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) × β]
AN: 37.4 − [37.4(−5 − 25) × 0.0032] = 40.99V
β=-0. 32%/°C : Coefficient de température (Uoc) : La valeur de la tension à vide
Uco augmente de -0.32% /°C.
Tension à (+80°C):
𝑈𝑐𝑜
80°𝑐
= 𝑈𝑐𝑜 − [𝑈𝑐𝑜(𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) × β]
AN: 37.4 − [37.4(80 − 25) × 0.0032] = 30.81V
Le graphe suivant présente les caractéristiques (courant,tension) pour une
temperature variable et une irradiance3
incidente égale à 1kW/m2
pour le module Poly
250 Wp 60 cells.
1
Courant circulant librement d'une cellule photovoltaïque dans un circuit externe sans charge ni résistance;
courant maximal possible.
2
Tension présente aux bornes d'une cellule photovoltaïque exposée à l'ensoleillement maximal, lorsqu'il ne
circule aucun courant; tension maximale possible.
3
Irradiance : Puissance instantanée du rayonnement solaire en W.m-2
37. Page(36)
Figure 14.Caractéristiques d’un module PV pour une Température variable
*PMPP : le point de puissance maximale.
Caractérestique courant,tension pour une temperature égal 45°C et une
irradiation inscidente 1
variable est présenter sur la figure suivante:
1
L'angle que font les rayons du Soleil avec une surface détermine la densité énergétique que reçoit cette
surface.
38. Page(37)
Figure 15.Caractéristiques d’un module PV pour T°=45°C
2. Caractéristiques mécaniques
Les modules du modèle Poly 250 Wp 60 cells ont les caractéristiques suivantes :
Longueur : 1640mm
Largeur : 992mm
Surface : 1.627m2
Epaisseur : 5mm
Poids : 19.10kg
Cellules : 60 séries
Surface cellule : 243 cm2
Nombre cellules total : 60
Surfaces cellules : 1.458m2
Tableau 5.Caractéristiques mécaniques du module PV
3. Nombre de panneaux à utiliser
Un seul panneau du modèle Poly 250 Wp 60 cells peut produire 0,25KWc.
Calculons alors le nombre de panneaux PV nécessaire pour la production de 20.3475
kWc :
Nombre de panneaux PV : N=
𝑃 𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑖𝑡𝑒
𝑃 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢
=
20347.5
250
= 81 panneaux
39. Page(38)
III. Caractéristiques de l’onduleur
1. Les combinaisons possibles
On va faire l’étude de trois modèles d’onduleurs de la marque SMA puis on va
choisir le modèle le plus adapté à utiliser dans notre installation.
4 onduleurs de 5000 watt
2 onduleurs de 10000 watt
1 onduleur de 20000 watt
2. Fiche technique de l’onduleur
a. Pour le modèle SB 5000TL
Entrée (DC)
Puissance DC max. 5300W
Tension DC max. 550V
Plage de tension PV, MPPT 125V – 440V
Plage recommandée puissance nominale 175V – 440V
Courant d’entrée max. 2*15A
Nombre de MPP trackers 2
Nombre max. d’entrées (en parallèle) 2*2
Sortie (AC)
Puissance nominale AC 4600W
Puissance AC max. 5000W
Courant de sortie max. 22A
Tension nominale AC / plage 220V – 240V / 180V – 280V
Fréquence du réseau AC 50Hz, 60Hz
Facteur de puissance 1
Tableau 6.Fiche technique de l'onduleur 5000TL
Nombre maximal de panneaux supporté par l’onduleur :
𝑁𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑜𝑛𝑑𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢
=
5300
250
= 21 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Le nombre maximal de modules en série :
𝑈_𝑚𝑎𝑥
(𝑈𝑐𝑜 × 1.12)
=
550
(37.4 × 1.12)
= 13
40. Page(39)
Plage de tension MPPT :
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴𝑁 = 30 − [30 × (−5 − 25) ∗ 0.0032] = 32.88 𝑉
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴. 𝑁 = 30 − [30 × (80 − 25) ∗ 0.0032] = 24.72 𝑉
Nombre max des panneaux en séries à T=-5°C :
𝑁𝑚𝑎𝑥. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
=
440
32.88
= 13 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Nombre min de panneaux en séries à T=80°C :
𝑁𝑚𝑖𝑛. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑖𝑛
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐
=
125
24.72
= 5 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Nombre minimal de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡𝑚𝑖𝑛
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 0.85)
=
125
(30 × 0.85)
= 4.9 ≈ 5
Nombre maximale de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡𝑚𝑎𝑥
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 1.12)
=
440
(1.12 × 30)
= 13
Le nombre de modules en série doit être copris entre 5 et 13.
Nombre de chaines en parallèle :
𝐼𝑚𝑎𝑥
(𝐼𝑐𝑐 × 1.25)
=
15
(1.25 × 8.63)
= 1
Pour 4 onduleurs de 5000TL, on associe 80 panneaux comme suit:
4 onduleurs chacun contient 20 panneaux
𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 = (4 × 20 × 250) = 20𝑘𝑊𝑐
41. Page(40)
b. Pour le module Sunny Tripower 10000TL
Entrée (DC) :
Puissance DC max. 10200W
Tension DC max. 1000V
Plage de tension PV, MPPT 320V – 800V
Tension nominale DC 600V
Tension DC min/tension de démarrage 150V/188V
Sortie (AC) :
Puissance apparente AC max. (pour 230V, 50Hz) 10000W
Puissance apparente AC max. 10000VA
Fréquence de réseau AC 50Hz, 60Hz
Courant de sortie max. 16A
Rendement :
Rendement max. 98.1%
Tableau 7.Fiche technique de l'onduleur 10000TL
Nombre maximale de panneaux supporté par l’onduleur :
𝑁𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑜𝑛𝑑𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢
=
10200
250
= 40 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Le nombre maximal de modules en série :
𝑈𝑚𝑎𝑥
(𝑈𝑐𝑜 × 1.12)
=
1000
(37.4 × 1.12)
= 23
Plage tension MPPT :
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴𝑁 = 30 − [30 × (−5 − 25) ∗ 0.0032] = 32.88 𝑉
Nombre max des panneaux en séries à T=-5°C :
𝑁𝑚𝑎𝑥. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
=
800
32.88
= 24 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴. 𝑁 = 30 − [30 × (80 − 25) ∗ 0.0032] = 24.72 𝑉
Nombre min de panneaux en séries à T=80°C :
42. Page(41)
𝑁𝑚𝑖𝑛. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑚𝑖𝑛
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐 =
320
24.72
= 12 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Nombre minimal de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑖𝑛
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 0.85)
=
320
(30 × 0.85)
= 12
Nombre maximale de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑎𝑥
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 1.12)
=
800
(30 × 1.12)
= 23
Le nombre de modules en série doit être compris entre 12 et 23.
Nombre de chaines en parallèle :
𝐼𝑚𝑎𝑥
(𝐼𝑐𝑐 × 1.25)
=
16
(8.63 × 1.25)
= 1
Pour 2 onduleurs de 10000TL, on associe 80 panneaux comme suit :
2onduleurs chacun contient 40 panneaux
𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 = (2 × 40 × 250) = 20𝑘𝑊𝑐
c. Pour l’onduleur 20000TL
Entrée (DC) :
Puissance DC max. 20440W
Tension DC max. 1000V
Plage de tension PV, MPPT 320V – 800V
Tension nominale DC 600V
Tension DC min/tension de démarrage 150V/188V
Sortie (AC) :
Puissance apparente AC max. (pour 230V, 50Hz) 20000W
Puissance apparente AC max. 20000VA
Fréquence de réseau AC 50Hz, 60Hz
Courant de sortie max. 29A
Rendement :
Rendement max. 98.4%
Tableau 8.Fiche technique de l'onduleur 20000TL
Nombre maximale de panneaux supportés par l’onduleur :
43. Page(42)
𝑁𝑚𝑎𝑥 =
𝑃𝑜𝑛𝑑 𝑚𝑎𝑥
𝑃𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢
=
20440
250
= 81 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Le nombre maximal de modules en série :
𝑈𝑚𝑎𝑥
(𝑈𝑐𝑜 × 1.12)
=
1000
(1.12 × 37.4)
= 23
Plage de tension MPPT :
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴𝑁 = 30 − [30 × (−5 − 25) ∗ 0.0032] = 32.88 𝑉
Nombre max des panneaux en séries à T=-5°C :
𝑁𝑚𝑎𝑥. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑎𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝
−5°𝑐
=
800
32.88
= 24 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐
= 𝑈 𝑚𝑝𝑝 − [𝑈 𝑚𝑝𝑝 × (𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
𝐴. 𝑁 = 30 − [30 × (80 − 25) ∗ 0.0032] = 24.72 𝑉
Nombre min de panneaux en séries à T=80°C :
𝑁𝑚𝑖𝑛. 𝑠 =
𝑈 𝑚𝑝𝑝 𝑚𝑖𝑛
𝑈 𝑚𝑝𝑝
80°𝑐
=
320
24.72
= 12 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥
Nombre minimal de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑖𝑛
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 0.85)
=
320
(30 × 0.85)
= 12
Nombre maximale de modules en série :
𝑈 𝑚𝑝𝑝𝑡 𝑚𝑎𝑥
(𝑈 𝑚𝑝𝑝 × 1.12)
=
800
(30 × 1.12)
= 23
Le nombre de modules en série doit être compris entre 12 et 23.
Nombre de chaines en parallèle :
44. Page(43)
𝐼𝑚𝑎𝑥
(𝐼𝑐𝑐 × 1.25)
=
29
(8.63 × 1.25)
= 2
Pour 1 onduleur de 20000TL, on associe 80 panneaux comme suit :
1 onduleur contient 80 panneaux
𝑃𝑢𝑖𝑠𝑠𝑎𝑛𝑐𝑒 = 80 × 250 = 20𝑘𝑊ℎ
3. Choix de l’onduleur le plus adapté
On choisie l’onduleur Sunny Tripower 20000 TL dans le but de diminuer la
chute de tension.
Figure 16.Rendement 20000TL
4. Caractéristiques mécaniques
Dimensions (L/H/P) 665/680/265mm
Poids 45 kg
Plage de tension de fonctionnement -25°C … +60°C
Emission de bruits 51 dB(A)
Autoconsommation (nuit) 1W
Indice de protection IP65
Equipement
Raccordement DC SUNCLIX
Raccordement AC Borne à ressort
Ecran Graphique
Tableau 9.Caractéristiques mécaniques 20000TL
45. Page(44)
IV. Etudes des coffrets
Figure 17.Les coffrets
1. Dimensionnement du coffret DC
Tous les panneaux et les câbles doivent être de classe de protection II, car il doit
avoir une double isolation.
a. Parafoudre DC
Conformément au paragraphe 13.3.2 du guide de l’UTE C15-712-1, « lorsqu’un
parafoudre est prescrit pour la partie DC d’une installation photovoltaïque, il est
toujours installé dans le tableau situé le plus proche de l’onduleur ».
Par ailleurs, « lorsque l’une des chaînes est située à plus de 10 mètres de
l’onduleur, un second parafoudre est recommandé à proximité des chaînes »
𝑈 𝑜𝑐.𝑝𝑣
−5°𝑐
= 𝑛𝑜𝑚𝑏𝑟𝑒 𝑑𝑒 𝑝𝑎𝑛𝑛𝑒𝑎𝑢𝑥 𝑒𝑛 𝑠𝑒𝑟𝑖𝑒𝑠 ∗ 𝑈 𝑜𝑐
−5°𝑐
𝐴. 𝑁: 20 × 40.99 = 819.8 𝑉
Avec : 𝑈 𝑜𝑐
−5°𝑐
= 𝑈 𝑜𝑐 − [𝑈 𝑜𝑐(𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛽]
46. Page(45)
A.N : 𝑈 𝑜𝑐
−5°𝑐
= 37.4 − [37.4 ∗ (−5 − 25) ∗ 0.0032] = 40.99 𝑉
Donc il faut utiliser un parafoudre 1000V > 819.8V
b. Sectionneur
𝐼𝑐𝑐
80°𝑐
= 𝐼𝑐𝑐 − [𝐼𝑐𝑐(𝑇𝑖 − 𝑇 𝑚) ∗ 𝛾]
Icc =8.63A
Ti=80°c: température maximal.
Tm=25°c: température moyenne.
𝛾 =0.04%/°C: Coefficient de température (Pmax) : La puissance maximale du
module augmante de 0.04 %/°C.
A.N : 𝐼𝑐𝑐
80°𝑐
= 8.63 − [8.63 × (80 − 25) × 0.0004] = 8.44A
Courant maximal :
𝐼𝑐𝑐𝑚𝑎𝑥 = 1.25 × 𝐼𝑐𝑐
80°𝑐
𝐴𝑁: 𝐼𝑐𝑐𝑚𝑎𝑥 = 1.25 × 8.81 = 10.55𝐴
On utilise le sectionneur de courant supérieur à 10.55A, de 16A par exemple et
de tension 1000V.
c. Connecteur
Les connecteurs à utiliser sont de type MC4 pour le photovoltaïque, ils servent
au câblage série et parallèle des panneaux PV de manière rapide et sûre et ils sont
disponibles au choix selon le type de panneau et d'onduleur.
Figure 18.Connecteurs MC4
47. Page(46)
Courant assigner max. 30A
Tension du système max. 1000 V
Type de protection (connecté) IP67
Montage simple
Catégorie de protection II
Fourchette de températures -40°C à +90°C
Tableau 10.Systèmes de connecteurs MC4
d. Chute de tension
D’après la norme UTE C15-712-1 : ‘’La chute de tension maximale autorisée
dans la partie courant continue de l’installation est de 3 %.’’
2. Dimensionnement du coffret AC
a. Disjoncteur différentielle
D’après la fiche technique de l’onduleur : le courant de sortie maximal de
modèle 20000TL est égal à 29A :
𝐼 𝑜𝑛𝑑𝑢.𝑚𝑎𝑥 = 29𝐴
Donc on va choisir un disjoncteur qui doit être différentiel de calibre 32A
> 29A et de sensibilité différentielle 300mA.
b. Parafoudre AC
Le parafoudre AC doit être de 1000V.
c. Chute de tension
D’après la norme UTE C15-712-1 : ‘’pour les installations PV directement
connectées au réseau public de distribution BT, la chute de tension maximale autorisée
entre les bornes AC de l’onduleur et le point de livraison est de 3 % à puissance
nominale de l’onduleur. Il est recommandé de limiter cette chute de tension à 1 % de
façon à limiter les pertes d’énergie.’’
48. Page(47)
V. Dossier techniques
1. Schéma unifilaire 1
1
Sur lequel on ne dessine qu’un seul trait pour représenter un ensemble de fils.
49. Page(48)
Figure 19.Schéma unifilaire
2. Plan d’implantation
a. Détermination de la direction sud
Orientation
Tableau 11.Azimut 0°
Pourquoi l’orientation des panneaux est importante ?
L’orientation des panneaux solaires est importante pour capter au mieux le soleil
et produire un maximum d’énergie, donc rentabiliser l’installation au plus vite.
Sur une installation fixe, quelle orientation faut-il privilégier pour avoir la
meilleure production sur l’année ? L’orientation sud est celle qui reçoit le plus d’énergie
solaire au cours d’une journée.
Alors les panneaux doivent être orientés en plein sud pour profiter du maximum
de rayonnement solaire pendant la journée.
50. Page(49)
Figure 20.Direction SUD
b. Disposition des panneaux
Inclinaison
L’inclinaison des panneaux est importante pour optimiser l’irradiation du
rayonnement direct et diffus reçu par les capteurs.
L’angle d’inclinaison doit être égal à 30° par apport au sol pour obtenir le
meilleur rendement.
Pour le photovoltaïque en injection sur le réseau, l’optimum est une orientation
plein sud et une inclinaison à 30°.
Comme l’installation est reliée au réseau, les besoins sont infinis et la production
des capteurs solaires n’est donc pas limitée. L’ensoleillement maximum permet donc
d’optimiser la production, en favorisant une injection maximum sur le réseau et donc
une facturation de cette énergie en conséquence.
La distance entre les panneaux doit être égale 2 fois la hauteur des panneaux.
51. Page(50)
C'est-à-dire :
𝐷 = 2 × ℎ
Or :
ℎ = sin(30) × 𝐴𝐵
𝐴. 𝑁: ℎ = 0.5 × 1.6 = 0.8𝑚
Donc pour notre installation, il faut laisser une distance D= 1.6m entre chaque
série de panneaux.
Il faut laisser une distance autour des panneaux égale 0.2 fois la hauteur du
bâtiment qui dans notre cas H=10m :
𝑑 = 0.2 × 10 = 2𝑚
52. Page(51)
Figure 21.Disposition des panneaux
La surface disponible sur la terrasse du Tour est très suffisante pour l’implantation des
80 panneaux à utiliser.
3. Schéma d’Etiquetage
Pour des raisons de sécurité à l’attention des différents intervenants (chargés de
maintenance, contrôleurs, exploitants du réseau public de distribution, services de
53. Page(52)
secours,…), il est impératif de signaler la présence d’une installation photovoltaïque sur
un bâtiment.
a. Etiquetage de la partie DC
Toutes les boîtes de jonction (générateur PV et groupes PV) et canalisations DC
devront porter un marquage visible et inaltérable indiquant que des parties actives
internes à ces boîtes peuvent rester sous tension même après sectionnement de
l’onduleur coté continu.
Etiquette portant la mention
« Attention, câbles courant continu sous
tension »
• sur la face avant des boites de jonction
• sur la face avant des coffrets DC.
• sur les extrémités des canalisations DC.
Etiquette portant la mention
« Ne pas manœuvrer en charge »
à l’intérieur des boîtes de jonction et coffrets
DC.
à proximité des sectionneurs-fusibles,
parafoudres débrocha blés …
54. Page(53)
b. Etiquetage sur la partie AC
Cas de la vente de la totalité
Une étiquette de signalisation située à
proximité du dispositif assurant la limite de
concession en soutirage : AGCP (puissance
limitée) ou interrupteur-sectionneur à coupure
visible (puissance surveillée).
Une étiquette de signalisation située à
proximité du dispositif assurant la limite de
concession en injection : AGCP (puissance
limitée) ou l’interrupteur-sectionneur (puissance
surveillée).
Cas de la vente du surplus
Une étiquette de signalisation située à
proximité du dispositif assurant la limite de
concession : AGCP (si puissance limitée) ou
interrupteur-sectionneur à coupure visible (si
puissance surveillée).
c. Etiquetage sur l’onduleur
Tous les onduleurs doivent porter un marquage indiquant qu’avant toute
intervention, il y a lieu d’isoler les 2 sources de tension.
55. Page(54)
Etiquette Onduleur
VI. Description de l’installation
1. Dimensionnement et production d’énergie
Pour une consommation annuelle de 32556 kWh c’est à dire 20.3475kWc et une
surface totale disponible supérieur à 1000 m² on va calculer les besoin en panneau PV et
on onduleur :
Dans notre étude l’installation PV sera distribuée comme suivant.
La surface totale occupée par 80 modules PV du modèle Poly 250 Wp 60 cells
est égal à :
80 × 1.6 = 130m²
Avec :
80 : le nombre des modules à utilisée.
1.6m²: surface d’un seul module.
130 m² : surface occupée par les modules.
Puisqu’on a une surface disponible de 560 m² pour le tour qui est une surface
suffisante pour l’implantation des panneaux, donc on va implanter la totalité des
panneaux sur cette surface.
56. Page(55)
On a choisit l’onduleur 20000Tl pour cette installation, qui supporte 80 modules
divisées en deux chaines en parallèle contenant chacune deux chaines de 20 modules.
Ce groupe PV va produire une énergie annuelle de l’ordre de 32 MWh/an avec
une productibilité de l’ordre de 1600kWh/kWc/an.
2. Etude cout
Il est important de noter, qu’en Tunisie, le solaire PV lié au réseau a pour
objectif de permettre au client de réduire sa facture énergétique par de l’électricité verte
et propre jusqu’à l’autosuffisance.
Il ne permet pas au client de vendre de l’électricité en dessus de sa
consommation annuelle.
On sait que le prix du kWc installé en Tunisie avec des matériel de très haute
qualité ne doit pas dépasser les 3500dt alors notre installation (environ 20 kWc) coute
70000dt.
La faculté paye à la STEG 8000 dt pour la consommation au Tour et Préparatoire
alors pour une période de 8 ans on peut couvrir le prix de l’installation et produire notre
besoin en électricité.
57. Page(56)
Conclusion
Le travail effectué durant ce stage avait pour objectif l’étude et le
dimensionnement d’une installation photovoltaïque de puissance 20kWc.
Les différents objectifs fixés au début ont été atteints.
Un travail préalable de prise en main des normes liées l’électricité au
photovoltaïque fut indispensable. Il faut respecter les règles de la guide des installations
photovoltaïques.
Il important de terminer l’étude des sections et les pertes charge à travers les
câbles et il faut choisir les supports pour fixé les panneaux pour résister contre le vent et
les autres éléments naturelles.
Cette étude montre la rentabilité de ce projet d’installation des panneaux PV
pour la production d’électricité à la FSS, surtout pendant les mois d’été ou l’énergie
solaire disponible atteint son maximum ainsi que l’énergie électrique produite.
Si on arrive à implanter un champ de capteurs PV sur tous les toits de la Faculté,
on pourra créer un pole de production d’électricité pour couvrir ses besoins énergétiques
et injecter le reste sur le réseau STEG.
59. Page(58)
Annexe
o Logiciel utilisée :
PVsyst 6.6.1: qui est un logiciel de simulation conçu pour être utilisé par les
architectes, les ingénieurs et les chercheurs, mais c’est aussi un outil pédagogique très
utile, il permet d’obtenir plusieurs informations telles que : le climat, la production
d’énergie et la dimension d’un groupe PV.
Google earth pro: nous l’avons utilisé pour calculer les dimensions des bâtiments
et pour la détermination de la direction sud.
o Normes :
Les normes et règlementations applicables au projet d’intégration sont les
suivantes :
UTE C 15-712 installations photovoltaïques
NF C 15-100 installations électriques à basse tension
NF C 15-400 raccordement des générateurs d’énergie électrique dans les installations alimentées
par un réseau public de distribution
UTE C 61-740-51 parafoudres basse tension
IEC 61215 modules photovoltaïques au silicium cristallin pour application terrestre –
qualification de la conception et homologation
DIN VDE 0126-1-
1
dispositif de déconnexion automatique entre l’onduleur et le réseau de distribution
IEC 61000-3-2 directive visant la conformité électromagnétique (onduleurs de moins de 16A par
