Production de l'énergie photovoltaique à la société Nova Diffusion

CHAPITRE VI : ANALYSE ECONOMIQUE.

L'analyse économique d'un système de production d'énergie permet de dégager deux types d'information : les coüts actualisés du système et les coüts annuels qu'il engendre.

Dans nos calculs, le choix de la durée de vie économique est lié au fait que la durée de vie estimée des modules photovoltaïques est de 20 ans.

Les autres paramètres importants à considérer lors d'une analyse économique sont les taux d'intérêt permettant de financer les systèmes et les taux d'actualisation de la valeur future des différents coûts. [2] Mais nous présenterons les coûts de nos différents systèmes hors taxes (H.T).

VI - 1 Analyse économique de l'installation solaire.

VI - 1.1) Coût initial de l'installation solaire.

Le coüt initial d'une installation solaire prend en compte le coüt d'achat du matériel nécessaire à sa mise en marche et celui de son installation.

VI - 1.2) Exploitation et maintenance.

a-) Exploitation de la ressource solaire.

Le Soleil n'est pas éternel : actuellement (l'an 2007) âgé de 4,6 milliards d'années, des études démontrent qu'il lui reste environ 5 milliards d'années ; mais à l'échelle de la vie humaine, son énergie est gratuite et inépuisable (voir annexe 1). [4]

b-) Coût de maintenance des composants.

Les composants d'une installation photovoltaïque sont immobiles et nécessitent donc peu d'entretien. Le coüt de maintenance d'installations de l'ordre du kilo watt crete (1.000 Wc) est évalué annuellement à près de 1% de l'investissement initial. [6]

c-) Coût de remplacement des composants.

Le projet ayant une durée de vie de 20 ans, nous inclurons les coûts de remplacement d'équipement ayant une durée de vie inférieure.

Les prix utilisés dans nos évaluations économiques sont : ceux de la société SOLECTRIQUE CAMEROUN (voir annexe 8) ; ceux de référence du manuel RETScreen que nous avons majorés de 20% et ceux obtenus à l'agence AES - SONEL.

Evaluation économique de l'installation photovoltaïque de la société NOVA DIFFUSION.
Tableau 6.1 : Analyse économique 1.

N°	Désignation	Quantité	Durée	P.unitaire (F.CFA)	P.total (F.CFA)
1	Modules PV	5,16 kWc	20 ans	4.225 /Wc	21.801.000
	Support modules	50,2 m^2	>20ans	-	-
	Boite de dérivation	22 4 entrées	-	-	-
2	Batteries solaires AGM 12V/ 200 Ah	19	7 ans	200/Wh	9.120.000
	Régulateur de charge/décharge	11 régulateurs de 12V/35 A	-	320.000	3.520.000
3	Onduleur	01 (1.500 W)	20 ans	1.100.000	1.100.000
4	Câblage (RO2V) (11x 25mètres)	S = 25mm^2	20 ans	2.000/m	550.000
5	Fusibles 50A Fusibles 32 A Fusibles 20A	19 11 22	- - -	- -	- -
	Kit de mise à la teie	01	>20 ans	25.000	25.000
	Disjoncteur	-	-	-	-
6	INSTALLATION			960 /Wc	4.953.600
7	INVESTISSEMENT INITIAL				37.091.000
FINANCEMENT : TVA INVESTISSEMENT				0%	0%
8	Maintenance : 1% Investissement initial			370.910/an	7.418.200
9	Coût de remplacement équipements (batteries).			9.120.000	18.240.000
10	COUT TOTAL (INVESTISSEMENT NET)				67.702.800
11	Energie solaire fournie (en kWh)			7.588/an	151.760
12	Coüt de l'énergie solaire (F.CFA/kWh)				446 F/kWh

Les technologies d'énergies propres, regroupent les mesures d'efficacité énergétique et les technologies d'énergies renouvelables. Les « mesures d'efficacité énergétique » font référence à des méthodes et moyens mis en oeuvre afin de réduire la consommation d'énergie. Un planificateur de projet devrait commencer par mettre en place les mesures d'efficacité énergétique rentables, puis considérer les technologies d'énergies renouvelables. [6] En réduisant la quantité d'énergie à fournir, les mesures d'efficacité permettent d'utiliser un système d'énergie renouvelable plus petit.

Par exemple, si la société NOVA DIFFUSION remplace les ordinateurs fixes ou de bureaux par des ordinateurs portables, et installe des lampes économiques qui sont des

mesures d'efficacité énergétique. Ses nouveaux besoins seront réduits presque au quart (5.640 Wh/jour au lieu de 20.640 Wh/jour).

Tableau 6.2 : Besoins de NOVA DIFFUSION avec efficacité énergétique.

Appareil/ Charge	Quantité	Type	Tension	Puissance Nominale (W)	Nombre maximal d'heures d'utilisation journalière	Consommation électrique Journalière en Wh/j
						CC	CA
Ordinateur	05	AC	230	25	12		1.500
Lampe	05	AC	230	20	7		700
Téléviseur	01	AC	230	70	15		1.050
Gate wave	05	CC	12	12	15	900	3.250
						900+3.250/0,90
TOTAL				60 + 295		4.512
Prévision (0,25)		4.512x 1,25				5.640 Wh/jour

Et un dimensionnement manuel, le générateur photovoltaïque requis 12V/ 1.512 Wc/ 1.953Ah/ 15,7 m².

Evaluation économique de l'installation photovoltaïque de la société NOVA DIFFUSION.
Tableau 6.3 : Analyse économique 2.

N°		Désignation	Quantité	Durée		P.unitaire		P.total
1		Modules PV	1,38 kWc	20 ans		4.225/Wc		5.830.500
		Support modules	11.5m^2	>20ans
		Boite de dérivation	06 4 entrées	-
2		Batteries solaires AGM 12V/200 Ah	07	7 ans		200 F/Wh		3.360.000
		Régulateur de charge/décharge	03 régulateurs de 12V/35 A	-		320.000		960.000
3		Onduleur 400 W/ 12V - 230 V -- 50 hz	01	20 ans		500.000		500.000
4		Câblage (RO2V) (3x25 mètres)	S = 25mm^2	20 ans		2.000 F/m		150.000
5		Fusible 50A Fusible 32A Fusible 20 A	07 03 06	- - -
		Kits de mise à la terre	01	>20 ans		25.000		25.000
		Disjoncteur	-	-
6		INSTALLATION				960/Wc		1.324.800
7		INVESTISSEMENT INITIAL						11.007.500
Financement : TVA investissement						0%		0%
8	Maintenance : 1% Investissement initial				110.075/an		2.201.500
9	Coût de remplacement équipements (batteries).				3.360.000		6.720.000
10	COUT TOTAL (INVESTISSEMENT NET)						21.253.800
11	Energie solaire fournie (en kWh)				2.184/an		43.680
12	Coût de l'énergie solaire (F.CFA/kWh)						487 F/kWh

VI - 2) COMPARAISON.

Le tableau suivant présente pour un besoin de 5,64 kWh/jour/ 400W/ 220V - 50Hz, deux solutions de fourniture d'électricité exploitées sur une durée de vingt ans.

Tableau 6.4 : Comparaison de coüts d'un générateur PV et d'un abonnement AES SONEL.

	Générateur photovoltaïque.				AES SONEL (110mètres).
INVES TISSE MENT INITIAL		Coût (F.CFA)	P1	P2		Coût (F.CFA)	P1	P2
	Matériel	11.007.500	51,8%	89,7%	Abonnement	20.000	1,4%	7%
	Remplacement	6.720.000	31,6%		Matériel + Installation	180.000	5,6%
	Installation	1.324.800	6,30%
COUTS ENGENDRES	Exploitation	0	0,00%	10,3%	Exploitation	140.000/an 2.800.000	93%	93%
	Maintenance	110.075/an 2.201.500	10,3%		Maintenance	0	0%
COUT TOTAL	21.253.800		100%		3.000.000		100%

On note que les coûts engendrés par le générateur PV sont de 20% inférieurs à ceux du réseau AES SONEL ; et que le coût de revient du générateur PV est plus de sept fois celui du réseau AES SONEL. Une installation photovoltaïque sera d'autant plus rentable que le réseau électrique est éloigné et que les besoins d'énergie sont faibles [6] : donc de coût d'investissement initial faible. Si les progrès scientifiques apportent des solutions permettant la réduction sensible du coût des composants photovoltaïques : réduire le coût d'investissement initial, les installations PV auront un important intérét sur le plan financier.

VI - 3) Maintenance d'une installation photovoltaïque.

Une installation photovoltaïque bien dimensionnée ne peut fonctionner pendant au moins vingt ans que si elle est bien maintenue. On distingue ainsi deux types de maintenances :

- - La maintenance préventive, qui a pour objectif d'éviter que l'installation tombe en panne. Pour y arriver, on effectue régulièrement un suivi et un contrôle rigoureux de chacun des composants de l'installation.

- La maintenance corrective consiste à remettre en état de marche une installation en panne.

DANGERS DU COURANT CONTINU DE L'INSTALLATION PHOTOVOLTAIQUE.

Entre deux conducteurs à polarisation opposée se forme un champ électrique. Si la distance est assez petite, l'air s'ionise par l'augmentation du champ : dans le cas du courant alternatif, l'inversion du champ à 50 Hz provoque chaque fois son annulation. Par contre en continu, l'ionisation ne baisse pas et le risque d'apparition d'un arc électrique est élevé.

-Ii=1=:Maintenance préventive de l'installation solaire.

111111111111 : Actions de maintenance. [3]

	mimiumnumum	mnimmniiii
1	NETTOYAGE HEBDOMADAIRE DES MODULES PV.	Utiliser un chiffon propre et mouillé.
		Ne pas utiliser de détergents grenus.
2	PREVENTION DE L'OMBRE.	Enlever les arbustes autour du générateur.
		Installer les modules sur la toiture.
3	INSPECTION DES COMPOSANTS.	Vérifier l'état de toutes les connexions visibles et de l'installation.
		Une fois par semaine vérifier l'état des câbles.
4		Pour les supports de modules PV à multiples positions, ajuster l'inclinaison en fonction de la période de l'année.

La perte «IAM» est due aux effets d'incidence lorsque le rayonnement n'est pas perpendiculaire au module PV.

VI - 3.2) Cahier d'entretien de l'installation solaire. [3]

Site : S^té NOVA DIFFUSION (Ngaoundéré 7,35°N) Fonction : Installation hors réseau

Pays : CAMEROUN Opérateur :
Installation établie le : 31 mars l'an 2008 Etablie par : FEUDJIO Emmanuel Patrick

Contrôle visuel :

Inscrire : BON ou MAUVAIS, si MAUVAIS noter dans OBSERVATIONS

Ciel : clair nuageux couvert pluie

Aspect général :

Champ PV : nombre de modules: Configuration S-P :

Câbles, module et boite de dérivation : Régulateur de charge :

Batteries : Onduleur :

Disjoncteur : Fusibles et mise à la terre :

Mesures des rendements :
Faire trois mesures à une demi-heure d'intervalle.

1 2 3

Heure :

Température ambiante (°C) :

Température des cellules (°C) :

Tension de sortie champ PV :

Courant sortie champ PV :

Tension de la batterie :

Tension entrée onduleur :

Courant entrée onduleur :

Tension sortie onduleur :

Courant sortie onduleur :

Contrôle technique :

Implantation champ PV : Orientation Inclinaison Azimut

Connexion câbles : BON MAUVAIS

Résistance des câbles : Régulateur en état de marche

Densité de l'électrolyte de la batterie (si batterie au plomb et ouverte)
Observations :

Pièce(s) ou composant(s) remplacé(s) :

VI - 4) Installation de la société NOVA DIFFUSION.

Le 31 mars de l'an 2008 nous avons dans le cadre pratique de notre thème, participé à l'installation du générateur de la société NOVA DIFFUSION.

Une bonne implantation du module PV, avec un support fixe se fait à la position assurant la production optimale d'énergie électrique le long de l'année, (position obtenue par

simulation avec le logiciel PVSyst 4.21) qui est Inclinaison 10° - azimut 0°. Nous avons à
l'aide d'une boussole retrouvé l'axe Nord - Sud magnétique et apporté la correction

permettant de retrouver l'azimut 0°, par l'équation de Cooper ^oüce 31mars, n le numéro correspondant au jour de l'année était n = 31 + 29 + 31 soit 91, la

déclinaison valait + 4°. Comme la déclinaison était positive, nous avions prévu effectué une légère orientation du module PV vers l'Ouest. Malencontreusement, le mur de la maison sur lequel on devrait fixer le support ne permettait pas de respecter cette orientation plein Sud. Nous avons alors implanté le module dans la position permise par le mur, mais cette fois en l'inclinant très faiblement, près de 3° pour assurer l'écoulement des eaux de pluie : puisque de nos essais, il ressortait que la production d'un module PV horizontal n'est pas influencée par la valeur de l'azimut (voir tableau 3.2 sur l'influence de l'implantation d'un module PV).

Le reste de l'installation à été effectué en respectant les dimensions des cables les règles de bases de l'électricité et conformément à la norme NF C 15-100, tel que nous le résumons :

Tableau 6.6 : Récapitulatif des caractéristiques techniques de l'installation photovoltaïque.

Champ PV		Câbles		Régulateur		Batteries		Onduleur^1
		segment	L et S
Puis	240 Wc	Mod Rég	20m 25^2	Impulsion	30 Hz	Capacité	200 Ah	Puis	432 W
Tens	12 V	Rég Bat	4m - 16^2	Tension	12/24 V	Tension	12 V	Tens	12 V
Pente	3°	Bat Ond	2m -8,5^2	Courant	30 A	Durée charge	12 à 16 heures		0,9
Energie fournie	1000 Wh/jour					Energie max stockée	2.400 Wh	Sortie	230V 50Hertz
						énergétique	0,75
						Autonomie maximale^2	4h à 450 W
		Caractéristique du parc de batteries qui sans préjudice ferait fonctionner en régime optimal un onduleur de 1.500 watts				Capacité	700 Ah	Puis	1.500
						Tens	12 V	Tens	12 V
						Charge	50 à 70h		0,9
						Energie	8.400 Wh	Sortie	230 V

1 Caractéristiques de l'onduleur qui assurerait une longue durée de vie aux batteries de 200 Ah.

2 Autonomie maximale, lorsque la batterie est déchargée à 100% (situation à éviter : s'arrêter à 70% soit 2h48min).

L'installation effectuée à la société NOVA DIFFUSION est identifiée et présentée par le tableau suivant :

Tableau 6.7 : Identification de l'installation PV de la société NOVA DIFFUSION.

Nom du projet			PROJET NOVA DIFFUSION photovoltaïque
Site (localisé par GPS)		Ngaoundéré (carrefour tissu) Latitude : ___ Longitude : ____
Fonction			Installation photovoltaïque hors réseau
Date de mise en service			Le 31 mars l'an 2008
Champ PV	Puis installée		240 watts crête (Wc)
	Tension max		19,4 volts
	Puissan max		14V*12,5A = 175W
Modules PV	Puissance		80 watts crête
	Marque		SHARP
	Type		NE-80E2EA
	Configuration	Série :	1 module Parallèle : 3 modules
Régulateur	Puissance max		360 watts en 12 volt / 720 watts en 24 volts
	Type		PR3030- 12V/24V (30 ampères 12 ou 24 volts)
	Marque		STECA
Batteries	Tension		12 V
	Capacité		2 x 100 Ah
	Type		60038MF (batterie au plomb calcium)
	Marque		New Earth
Onduleur 1 + Chargeur batterie	Puissance		1.500 watts - 3.000 watts à crete
	Tension DC		12 V (10V à 15 V)
	Tension AC		220 V - 240 V 50/60 Hz - monophasé
	Onde		Modified sine wave
	Entrée AC		160 V - 270 V 50 Hz
	Sortie DC		12 V 5 A
	Marque		paco^TM ; PIC- 1.500
Onduleur 2	Puissance		1.200 watts - 2.400 watts à crete
	Tension DC		12 V
	Tension AC		220 V -- 240 V 50/60 Hz - monophasé
	Onde		---
	Marque		---

Trois mois après l'installation (avril, mai, juin où la moyenne d'ensoleillement mensuel est de 5,4 kWh/m²), le compteur d'énergie intégré au régulateur de charge installé à la société NOVA DIFFUSION, qui mesure l'énergie électrique solaire produite par le champ de modules PV installé affichait 4800 Ah sous 13,5V donc une énergie produite de 64800 Wh, soit une production journalière de 712 Wh. Cette production moyenne journalière est inférieure à celle de 1000 Wh que nous avions estimée et peut se justifier par le fait que la période pendant laquelle la mesure a été faite n'est pas la plus favorable à la production de l'électricité solaire (voir tableau 2.3 de l'ensoleillement à Ngaoundéré).

Enfin nous présentons le schéma de l'installation du générateur photovoltaïque de la société NOVA DIFFUSION.

Paratonnerre

D

3 x Fuses 5A

Champ PV (12 V):

3 x 80 Wc = 240 Wc

Fuse 30 A

K3

Charges continu
(lampes,etc.)

K1

Fuse 30 A

K2

BATTERIES
2 x 100 Ah/12V

Onduleur
2

Charge

Fuse 60A

Chargeur
de
batteries
PR3030

Onduleur 1
+ chargeur
batteries

Charge

Figure 6.1 : Schéma électrique de l'installation photovoltaïque de
la société NOVA DIFFUSION.

VI - 5) Enjeux d'un projet d'installation photovoltaïque.

Un projet photovoltaïque est rentable dans les applications hors réseau ayant de faibles besoins d'énergie, telles : relais de télécommunication, pompage d'eau. Dans les sites éloignés ou difficiles d'accès, dont les frais de déplacement sont importants et augmentent le coüt d'exploitation des solutions de production autonome d'électricité (groupes électrogènes), un système PV qui charge des batteries dès que le soleil brille est une solution avantageuse. A l'échelle planétaire, on vit une crise énergétique. L'Agence Internationale de l'Energie (AIE) a prévu que la demande mondiale d'énergie aura triplé en l'an 2050 (AIE, 2003). Plusieurs études faites par Kenneth Deffeyes, professeur à l'Université de Princeton (2006) ; Fredrik Robelius, de l'Université d'Uppsala en Suède (2007) montrent que la production de pétrole a atteint un pic au niveau de 84,5 millions de barils/jour : le pétrole ne peut plus compenser l'augmentation des besoins en énergie. Les prévisions indiquent également une baisse de la production entre 2008 et 2018. On assiste ainsi à travers le monde à la recherche de la ou des sources d'énergie qui combleront ces besoins non satisfaits. On a alors recours aux énergies non renouvelables et les énergies renouvelables ou propres dont l'utilisation présente n'affecte d'aucune façon sa disponibilité future.

A Ngaoundéré, on ne ressent pas encore vraiment cette crise d'énergie, mais nourrit de la sagesse du vieux proverbe qui dit (( Un homme averti en vaut deux » et du dicton populaire « N'attend pas la pluie pour couvrir ta maison », nous trouvons intéressant et très important que la maîtrise de l'énergie solaire soit une volonté forte et présente de la population et des pouvoirs publics de Ngaoundéré. Cette ville reçoit du soleil chaque année 2.065 kWh/m² d'énergie : Si cette énergie est totalement convertie en électricité, il suffirait d'une surface d'un mètre carré de module photovoltaïque pour satisfaire durant vingt (20) mois les besoins d'une famille estimés mensuellement à 100 kWh.

Un enjeu important est la possibilité qu'à un générateur PV de stocker de l'énergie électrique grâce aux batteries. De nombreux petits ménages nécessitant des puissances inférieures à 500 VA, souscrivent à un abonnement d'AES SONEL pour une puissance minimale de 1.100 VA (220V - 5 A). Ce qui occasionne pour ladite entreprise dans le cadre des estimations de sa puissance installée, à quasiment doubler celle nécessaire à ces ménages. L'électricité à courant alternatif ne pouvant être stockée, AES SONEL épuise ses réserves d'eau pour assurer une puissance électrique qui n'est pas efficacement utilisée.

	Coût prévu
	Coût réel