Ce document présente une étude approfondie sur la mise en place d'un système photovoltaïque pour une ferme, incluant des aspects techniques, économiques et financiers. Il couvre la composition du système, les dimensionnements requis et les méthodologies de travail, tout en expliquant les calculs nécessaires pour répondre aux besoins énergétiques de la ferme. Enfin, des exemples concrets de dimensions et de calculs d'électricité et d'éclairage sont fournis tout au long du projet.

1. Université Mohammed V – Agdal
Ecole Mohammadia d’Ingénieurs
Département: Génie Electrique
Réalisé par: Encadré par:
SADELLAH Nizar & NASRALLAH Zakaria M. MAAROUFI
Année Universitaire 2012/2013

2. 1. Introduction et Généralités sur le photovoltaïque
2. Présentation du projet
3. Etude technique
4. Etude économique et financière
5. Conclusion
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3. Historique
1839: Découverte de l’effet photovoltaïque par Becquerel
1916: Robert Millikan produit de l’électricité avec une cellule solaire
1954: Construction du premier panneau solaire
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4. Energie photovoltaïque
Page  4

5. Système photovoltaïque
Un système photovoltaïque est l’ensemble des
composants nécessaires à l’alimentation
d’une application en toute « fiabilité »
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6. Composition d’un système photovoltaïque
1
• Champ de modules
2
• Parc de batterie
3
• Système de régulation
4
• Onduleur
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7. • Champ de modules
1
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8. • Parc de batterie
2
Causes de dégradation d’une batterie:
Accumulateur chimique est le plus utilisé
Surcharge
Décharge Complète
Oxydation des bornes et électrodes
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9. • Système de régulation
3
• Simple
Eviter les décharges
• Moins coûteux
profondes
Fonction principale du régulateur de charge:
Il y a 2 types de régulateur:
Couper le courant durée de vieprovenant du champ
Prolonger la de charge de la batterie
photovoltaïque de charge accumulateurs lorsque
Régulateur charge/décharge
Régulateur vers les
Garantir un fonctionnement optimal du système
ceux-ci atteignent leur état de charge maximal
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10. • Onduleur
4
• Convertir le courant continu en
courant alternatif
• Rendement de 90 à 95%
• Sensible aux surcharges
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11. Mise en situation
Le propriétaire fait appel à notre bureau pour faire:
• Une étude d’une ferme comprend l’évaluation et de mais
« Un propriétaire technique qui de production de lait des ressources
envisage d’installer région, le dimensionnement de la centrale et les
solaires de la une petite centrale photovoltaïque pour
répondre à ses besoins en matière d’énergie électrique »
installations associés
• Une étude économique et financière pour déterminer le coût de
la production du KWh
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12. Données géographiques
La ferme est située à proximité
d’un petit village se trouvant à
50 Km de Marrakech
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13. Description de la ferme
Z1: Machines de laiterie
Z2: Laiterie des vaches
Z8: Salle3
Z3: Etable des de la paille
Z9: Stockage veaux
Z4: Etable des taureaux
Z10: Stockage d’aliment
Z5: Etable des vaches
Z11: Moulin de mais
Z6: Salle 1
Z12: Magasin
Z7: Salle 2
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14. Cahier des charges
Liaisons équipotentielles et entre le champ continu contre les effets de la foudre:
Raccordements électriques mesures de protection et l’onduleur:
Protections
Onduleur: courant alternatif:
•• Mise à la de découplage
Caractéristiquesdes masses demandées: panneaux et l’onduleur doit limiter
La section des câbles électriques entre les
terre techniques
Fonction sectionnement
•• Prise de maximale totale biens sectionnable + cablette m²raccordement au tableau de
• la chute de despiquet 5% desmaximum solaires: 500 +
Surface terre: données:au panneaux
Fonction detension à + du MPPT des personnes
protection desborne et incluse
recherche
Enregistreurdes gaines de la norme NF EN 616436-11 et protections associées
• répartition type 2 selonàcâblages résistantes aux conditions extérieures
• Parc isolé supérieure 90%
• Utilisationintégré
Parafoudre
Rendement
•• Peut êtrede 230V,dans l’armoire Onduleur la toiture
• Nécessité oune doit être en contact avec
Aucun câble non d’un paratonnerre
Tension 50 Hz
•• Enregistrement des données suivantes: sorte que les surfaces des boucles
• Les câblages doivent être réalisés de tel
Facteur de puissance: 0,99
Points de mesure:
Panneaux solaires:
a. Irradiation
• inductives soient minimales
DTH < 3,5%
Maintenances & Garanties:
• Implantation des points de mesure sur des fiches de sécurité diamètre
Type des cellules photovoltaïques: monocristallin
b. Vitesse du vent affichage des données sur une période de 5 ans
• Onduleur: une garantie de 5 ans est demandéemm² au minimum
• La section des câbles inter-modules est de 2,5
Enregistrement et
• 4mm: mesure tension et mesuretoitsdes la ferme
Implantation demandée: sur les courantpanneaux
c. Température ambiante au niveau de
•• Panneaux: garantie de 25 ans pour 80% des performances demandées
Tension d’alimentation: 48V
• Implantation d’un compteurdes panneaux
Orientation façade: surface modulaire d’énergie produite avec lecture sur
d. Température de sud
afficheur
e. Courants et tensions continues et alternatives
Installations:auproximité des panneaux solaires:
Implantation à réseau interne de la ferme:
Connexions
Armoire raccordement DC:
Batteries:
•• D’un capteur d’un interrupteurambianteclef avec porte transparente C
• Conformes minimale: en vigueur
Autonomie aux normes
Dans une armoire électrique sectionneur adapté dans
Implantation de température
Tableau de répartition: 3 jours fermée à avec une précision de +- 0,5
• D’un armoire électrique l’art etdisjoncteur de branchement: courant
• Respect décharge entreà0,5 100
Fourniture et règles de d’un 0,7
une de des installation porte
• Conforme à la norme NFC 15de surface d’un panneau avec une précision de +- 0,5 C
Taux capteur de température vitrée
•• D’un anémomètre de différentiel 1m/s mA , sélectif
réglable d’alimentation: 48V serrure
Tension jusqu’àmunie résolution 500
L’armoire sera 45 A d’une
• Respect de l’environnement
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15. Page  15

16. Méthodologie de travail:
1. Projet d’éclairage de la ferme
2. Bilan de puissance de la ferme
3. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
4. Dimensionnement des organes de coupure et des protections
5. Dimensionnement des câbles
6. Branchements
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17. Projet d’éclairage de la ferme
Type de luminaire:
Objectif:
Rectangulaire à 2 lampes fluorescentes 2x36 W nécessaires pour
Déterminer le nombre des luminaires
réaliser un éclairage convenable
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18. Projet d’éclairage de la ferme
Exemple de calcul pour la Zone 5
N: Nombre des luminaires
F: Flux lumineux total
n’’: Nombre de lampes par luminaire (n’’=2)
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19. Projet d’éclairage de la ferme
Exemple de calcul pour la Zone 5
a,b: s: rendements local
U: Utilance en des
i, dimension
d: Eclairement du lux
E: facteur de dépréciation
flux direct et indirect
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20. Projet d’éclairage de la ferme
Numéro de zone Z1 Z2 Z3
Exemple de calcul pour la Zone 5 Z4 Z5 Z6 Z7 Z8 Z9 Z10 Z11 Z12
Longueur a (m) 10 68 72,4 63,9 78,9 2,5 6 7,1 29 39 17 5
LargeurNuméro de zone
b (m) 6,5 6,5 13,4 14 7,7 Formules
2,4 2,5 6,65 14,8 14,8Z5 14,8 2,5
ht Longueur a (m) 3 3 6 6 6 6 6 3 6 78,9 8,5
6 6
hu Largeur b (m) 0 0 0,5 0,5 0 0 0 0 0 07,7 0 0
h' ht 0 0 2 2 2 3 3 0 2 26 3,5 3
h hu 3 3 3,5 3,5 4 3 3 3 4 40 5 3
Eclairement (lux) h' 150 100 50 50 50 50 50 50 50 50 2 150 50
Facteur de dépréciation d h 1,4 1,4 1,6 1,6 1,6 ht-hu-h’
1,4 1,4 1,4 1,6 1,6 4 1,6 1,4
Symbole photométrique
Eclairement (lux) 0,67D+0T
0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T 0,67D+0T
50 0,67D+0T
Facteur K dépréciation 2,0
Indice de local de 1,3 d 3,2 3,3 1,8 0,4 0,6 1,1 2,4 2,7
1,6 1,6 0,6
Facteur de suspension photométrique
Symbole J 0,00 0,0 0,36 0,36 0,33 0,50 0,50 0,00 0,33 0,67D+0T0,41
0,33 0,50
Facteur de réflexion FR de local K 731
Indice 731 731 731 (axb)/(hx(a+b)) 731
731 731 731 731 7311,8 731 731
Facteur de suspension 0,79
Utilance 0,72 J 0,92 0,92 0,79 h’/(h+h’)
0,43 0,43 0,67 0,84 0,87
0,33 0,79 0,43
FluxFacteur de réflexion FR
lumineux total 28296 116909 125913 116106 91824 1458 3645 7363 61009 79218
731 114083 3037
Nombre de lampes par luminaire n"
Utilance 2 2 2 2 2 2 2 2 2 0,79 2
2 2
Flux d'une lampe
Flux lumineux total 3450
3450 3450 3450 3450 F3450 3450 3450 3450 91824 3450
3450 3450
Nombre de luminaires 5 17 19 17 14 1 1 2 9 12 17 1
Nombre de lampes par luminaire n" 2
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Flux d'une lampe Nombre total des luminaires = 115 3450
Nombre de luminaires N 14

21. Bilan de puissance
Zone Equipement U (V) I (A) Cos Nombre d'unités Puissance unitaire (W) Temps d'utilisation (h)Consommation journalière (Wh/j) Consommation totale
Moteur 220 10,5 0,89 4 2055,9 8 65788,8
Moteur de réfrigérateur 220 0,8 0,84 2 147,84 8 2365,44
Zone1 Eclairage 0,86 5 72 8 2880 71034,24
Moteur 220 10,5 0,89 6 2055,9 6 74012,4
Zone2 Eclairage 0,86 17 72 8 9792 83804,4
Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 5 218,064 8 8722,56
Zone3 Eclairage 0,86 19 72 3 4104 12826,56
Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 3 218,064 8 5233,536
Zone 4 Eclairage 0,86 17 72 3 3672 8905,536
Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 4 218,064 8 6978,048
Zone 5 Eclairage 0,86 14 72 4 4032 11010,048
Prise de courant normale 0,86 2 300 4 2400
Zone6 Eclairage 0,86 1 72 3 216 2616
Prise de courant normale 0,86 3 300 4 3600
Zone7 Eclairage 0,86 1 72 3 216 3816
Prise de courant normal 0,86 3 300 4 3600
Zone8 Eclairage 0,86 2 72 3 432 4032
Zone 9 Eclairage 0,86 9 72 3 1944 1944
Zone10 Eclairage 0,86 12 72 3 2592 2592
Moteur 220 10,5 0,89 4 2055,9 8 65788,8
Moteur de ventilateur 220 1,18 0,84 1 218,064 8 1744,512
Zone11 Eclairage 17 72 6 7344 74877,312
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Prise de courant normale 0,86 2 300 4 2400
Zone 12 Eclairage 0,86 1 72 3 216 2616

22. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
Méthodologie de dimensionnement
1. Estimation des besoins journaliers en électricité
2. Estimation de l’irradiation journalière
3. Calcul de l’énergie à produire
4. Calcul de la puissance crête
5. Estimation des dimensions du champ photovoltaïque suivant le
module PV choisi
6. Estimation de la capacité de stockage requise en fonction de
l’autonomie désirée
7. Dimensionnement de l’onduleur
8. Dimensionnement du groupe électrogène
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23. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Estimation des besoins journaliers en électricité
1
Ecj = 280074,096 Wh/j
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24. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Estimation de l’irradiation journalière
2
Page  24

25. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Calcul de l’énergie à produire
3
k dépend de:
• l’incertitude météorologique
Pour un parc à batteries  0,55 < k < 0,75
• L’inclinaison non corrigé des modules suivant
la saison
 k = 0,65
• Le point de fonctionnement des modules
• Les rendements des cycles de charge et
décharge des batteries
• Le rendement de l’onduleur
• Les pertes dans les câbles et connexions
Epj = 430883 Wh/j
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26. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Calcul de la puissance crête
4
Pc = 79793,18 Wc
Page  26

27. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Taille du générateur à installer
5
Nombre d’unités = 250
Surface totale = 405 m² < 500 m²
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28. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Dimensionnement des batteries
6
Avec:
• Ecj: Besoins journaliers
• A: Autonomie (3jours)
• V: Tension d’alimentation (48V)
• Taux de décharge (70%)
C = 25006,6 Ah
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29. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Dimensionnement de l’onduleur
7
Avec:
• Kf=0,45: coefficient de foisonnemen
• Kr=1,2: coefficient de sécurité
• Kp=0,9: facteur de puissance
Pond = 43636,63 W
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30. Dimensionnement de la microcentrale photovoltaïque
• Dimensionnement du groupe électrogène
Pompe Gas-Oil pour
8 remplir la cuve
journalière à partir de la
cuve extérieure
Capacité en fonction de
l’autonomie maxi male
demandée au moteur Cmax = 500 Litres
Equipé d’une réserve
d’huile calculée en
Son taux de
fonction de l’autonomie
Puissance adaptée réactance doit être en
du moteur
aux besoins de rapport avec le type
l’application de charge
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31. Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection
• Calcul de puissance apparente
Surdimensionnement de S:
2
1
Avec:
• Ka: coefficient d’augmentation
• Ks: coefficient de simultanéité
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32. Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection
• Calcul de pouvoir de coupure du disjoncteur
Calibre des disjoncteurs
4
3
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33. Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection
Exemple d’étude: Zone 11
Récepteur Puissance unitaire (W) Cos Nombre d'unités S (VA) I (A)
Moteur 2055,9 0,89 4 2310 6,06
Ventilateur 218,064 0,84 1 259,6 0,68
Eclairage 72 0,86 17 83,72 0,22
Ss = 13107 VA
It = 27A
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34. Dimensionnement des câbles, des organes de coupure et de protection
Exemple d’étude: Zone 11
4*32A 500 mA
6 mm²
4*10A 300 mA 4*16A 300 mA
2,5 mm² 4 mm²
2*10A 2*10A 2*10A 2*10A 2*16A 2*16A 2*16A 2*16A 2*16A
1,5 mm² 1,5 mm² 1,5 mm² 1,5 mm² 2,5 mm² 2,5 mm² 2,5 mm² 2,5 mm²
2,5 mm²
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35. Données
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36. Analyse des coûts: Les coûts d’investissement
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37. Analyse des coûts
Frais annuels
Frais périodiques
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38. Analyse financière
Données financières
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39. Analyse financière
Viabilité financière
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40. Analyse financière
Graphique des flux monétaires
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41. Dans notre projet, nous avons fait l’étude d’électrification d’une
ferme par PV. Pour mener à bien notre étude, nous avons suivi une
méthodologie de travail:
• Elaboration d’un cahier des charges
• Etude de préfaisabilité
1. Evaluation des ressources solaires de la région
2. Estimation des besoins énergétiques de la ferme
3. Choix des modules PV
4. Dimensionnement des PV et les installations associées
• Etude économique
1. Estimation du coût total de l’investissement
2. Calcul du temps de retour sur investissements
Durant ce projet, nous avons été confronté à plusieurs contraintes:
• Erreurs d’estimation du potentiel solaire
• Difficulté d’estimation des coûts
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42. Page  42