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Production de l'énergie photovoltaique à  la société Nova Diffusion


par Emmanuel Patrick FEUDJIO VOUFO
Université de NGAOUNDERE - Maitrise en Electronique Electrotechnique Automatique 2008
  

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DEDICACES

Je dédie le présent mémoire

A Franky FEUDJIO,
A Mama SOBGO Jeannette,
A feu Mama JIOKENG Bernadette (miaa' oo),
A toute ma famille en Allemagne et aux U.S.A.

REMERCIEMENTS

Je loue le Seigneur Tout Puisant : pour les conditions de santé et moyens de travail qu'il nous a assuré durant la période d'élaboration de ce mémoire ; Pour les multiples bienfaits dont il nous a déjà gratifiés et les innombrables qu'il nous réserve.

Le présent mémoire est le fruit de nos efforts et de la collaboration de :

M. YAYA Ludovic, chef de dépôt SCDP de Ngaoundéré, M.M ABBA et Ahmadou, personnel de la SCDP pour les précieuses connaissances sur les produits pétroliers.

M SOKAMTE du poste HT/MT de la centrale AES-SONEL de Ngaoundéré.

M Camille Frisch et tout le personnel de la société SOLECTRIQUE CAMEROUN, pour l'initiation et leur assistance salutaires pour mon entrée dans le domaine du photovoltaïque.

Je tiens à remercier :

le Pr. Oumarou Bouba pour sa déterminante implication dans le déroulement de notre année académique et pour ses multiples encouragements.

le Dr André YOUMSSI, notre encadreur, pour sa volonté de nous former, sa grande rigueur au travail et de qui nous avons grandement bénéficié du sens de l'organisation du travail.

M. NKOUEDJE Pierre, Directeur Général de la société NOVA DIFFUSION et toute sa famille pour l'opportunité offerte que sa société soit le cadre pratique d'étude de notre thème, et pour les bonnes conditions de travail qu'ils nous ont toujours assuré.

M. Ahmed ALI, Directeur de L'IUT de Ngaoundéré.

le Pr. NGOUNOUNO Ismaila, Doyen de la faculté des sciences.

le Pr. BEKOLLE pour l'autorisation d'utiliser la salle d'informatique.

Je remercie sincèrement :

Tous nos enseignants qui par leurs enseignements ont contribué à notre formation. Le Dr NSANGOU Mama pour l'estime témoignée et son soutien.

Le Dr TCHOUA Paul, pour sa franche attention à nos difficultés.

Le Dr NTAMACK Guy Edgar, notre responsable de niveau.

Le Dr Serge DOKA pour les édifiantes discussions sur l'énergie solaire.

Les familles DONGMO et TALLA pour la très précieuse attention que j'ai toujours reçue d'elles. Merci infiniment !!!

Les membres de la famille KUETEVOU.

La grande famille FOMIATSUET, dont j'admire les membres pour leur dynamisme. Les familles KENTSANG, NGEPI et TCHAKOUNTE à Yaoundé.

La famille TSOBMEDJIO à Bertoua.

Les familles TONGFACK et TSAMO à Ngaoundéré.

La famille KAMAKE pour ses encouragements.

La famille FIFEN pour toutes leurs sollicitudes.

M.M NGUETSOP Vincent et Guy Vérité, pour leur assistance. M.M Mahamat Adam (Man) et ONANA Alphonse (Pécos).

Je remercie infiniment :

M. Raymond PRISO, pour sa pédagogie d'enseignement en classes de 2ndeMT1 et P.MEM2 qui a marqué, non ! , polarisé mon orientation académique.

Le Colonel David JOTSA, commandant du C.I.F.A.N de Ngaoundéré pour l'intérêt témoigné aux travaux du présent mémoire.

Mme LISSOUCK Emilienne, ma maîtresse de CM.2, qui nous a inculqué le culte de l'effort.

M.M ILOUGA Ernest, NDOKO et KAMDEM Bertrand pour les sacrifices consentis à notre égard dans les laboratoires et pour leur immense collaboration et assistance.

M. NGOUADJIO Luc, pour tous ses conseils avisés et l'assistance académique.

M. ZOMENI Gaston, pour les commentaires sur l'évaluation économique.

M. DESOBGO Steve et sa famille pour l'attention et leurs divers encouragements.

Mme KENFACK Chantal et toute sa famille.

Mon ami..., mon frère, KENTSANG Olivier Damas (Okemba) qui m'encourage beaucoup. M.M FOMEKONG Armand, KAMDEU Pascal et JOUONANG Armel.

Mes camarades de la dernière promotion de Maîtrise E.E.A, pour la solidarité et l'endurance. Les membres du club PHYSIQUE - EEA et la grande famille de l'A.E.E.M.N.

Les locataires des mini cités AFRITUDE et TOUSSAINT LOUVERTURE (les « saints »).

Alain Jean Dédier, NDONGO, William, Armelle, Agnès et tous ceux dont l'espace ne me permet pas de citer le nom, sans qui je n'aurai pas la multitude de souvenirs des jours passés à Ngaoundéré. MM TONYE II Roland, le consultant NDOUMBE, DJ Yvès, Vincent, MBILLE, MANGA, Mitterrand, BERGO pour les assistances stratégiques.

La brave Diane BASSO.

Francis FOGUE (Chesco) et Nerelle, pour la contribution à la réalisation de ce document. Ma chère tante Sita Marie-Madeleine.

Toi, Sandrine PENGOU, dont l'absence de soutien aurait rendu mes moments de travail bien tristes et enchaîné plein d'efforts.

Mon frère « jumeau » FEUDJIO Ludovic, tant mes préoccupations sont les siennes, Esty qui est tant chaleureuse et David Allan Scott.

Mes parents M et Mme FEUDJIO qui m'ont donné la vie, m'ont éduqué, m'aiment et m'ont toujours soutenu dans mes entreprises. Je vous aime...

1 Maintenance Technique.

2 Maintenance Electro-Mécanique.

LISTE DES SIGLES ET ABREVIATIONS.

AES SONEL : Applied Energy System - Société Nationale d'Electricité.

AM : Air Mass ou masse d'air optique exprime la quantité d'atmosphère que traverse les rayons du soleil.

Azimut : orientation par rapport au Sud, compté négativement l'est.

ENSAI : Ecole Nationale Supérieure Agro-Industrielle de l'Université de Ngaoundéré. IAM : Incidence Angle Modifier.

IUT : Institut Universitaire de Technologies l'Université de Ngaoundéré.

Icc : Courant de court circuit du module photovoltaïque.

La norme NF C 15-100 : est le référentiel qui permet d'assurer la sécurité et le bon fonctionnement des installations électriques basse tension (BT).

NOCT : Nominal Operating Cell Temperature, est la température réelle des cellules d'un module PV fonctionnant aux conditions suivantes : température ambiante 20°, une irradiance solaire 800W/m2, un spectre AM 1,5 et vitesse du vent 1m/s. 45°< NOCT < 60°.

PV : Photovoltaïque.

Rayon IR : infrarouge.

Rayon UV: ultra violet.

SCDP : Société Camerounaise de Dépôts Pétroliers.

SONARA : Société Nationale de Raffinerie.

STC : Standard Test Conditions, pour un ensoleillement de 1.000 w/m2, une température de jonction de la cellule de 25 °C et un spectre AM 1,5.

VA, VAR: volt ampère, volt ampère réactif.

Vco : tension du module photovoltaïque sans charge.

W, kW, MW : watt, kilowatt (103), mégawatt (106).

Wh, kWh : wattheure, kilowattheure.

Wc, Wp : watt crête ou watt peak en anglais est l'unité internationale de puissance d'une cellule PV. Le watt crête est obtenu sous les STC.

SOMMAIRE.

Dédicaces i

Remerciements ii

Liste des sigles et abréviations iv

Sommaire v

Liste de figures viii

Liste de tableaux x

Problématique xii

Résumé xiii

Abstract xiv

Introduction Générale 1

Première partie : Identification des ressources énergétiques locales et

Revue de la littérature sur les systèmes solaires photovoltaïques.

CHAPITRE I : Ressources énergétiques de la ville de Ngaoundéré et

Généralités sur l'énergie électrique 3

I-1 Ressources énergétiques 3

I-2 Généralités sur l'énergie électrique 3

I-2.1 Définition et formes d'énergie électrique 3

I-2.2 Caractéristiques de l'énergie électrique 3

I-2.3 Principes de production de l'énergie électrique 4

I-2.4 Effets du courant électrique sur le corps humain 5

I-3 Besoins énergétiques de la société NOVA DIFFUSION 6

CHAPITRE II : Revue de la littérature sur les systèmes photovoltaïques 7

II-1 Introduction 7

II-2 Energie rayonnante solaire 7

II-2.1 Le rayonnement solaire 7

II-2.2 Le flux solaire 8

II-2.3 La ressource solaire 9

II-2.4 Physique des opto - composants 10

II-3 Cellules photovoltaïques 10

II-3.1 Historique et évolution 10

II-3.2 Caractéristiques de la cellule PV 10

II-3.3 Fonctionnement et description de la cellule PV 11

II-3.4 Technologies de cellules PV 14

II-4 Le module photovoltaïque 15

II-4.1 Technologies de modules PV 15

II-4.2 Implantation du module PV 16

II-5 Régulateur de charge et de décharge 17

II-5.1 Fonctions 17

II-5.2 Différents types de régulateurs de charge 17

II-6 Les batteries 17

II-6.1 Définition et constitution de la batterie 17

II-6.2 Fonctions et types de batteries 17

II-6.3 Caractéristiques des batteries 21

II-6.4 Description des batteries 23

II-6.5 Charge des batteries 24

II-6.6 Rendements des batteries 25

II-6.7 Entretien et stockage des batteries 25

II-6.8 Choix d'une batterie 26

II-7 Les onduleurs 26

II-7.1 Principe de base des onduleurs 26

II-7.2 Commande des onduleurs 27

II-8 Circuit de transformation de la lumière du soleil en électricité 28

Deuxième partie : Contribution à la production de l'énergie photovoltaïque à Ngaoundéré.

CHAPITRE III : Essais et mesures 29

III-1-a Matériel utilisé pour les essais 29

III-1-b Présentation du logiciel PVSyst 4.21 29

III-2 Essais d'un module photovoltaïque 30

III-2.1 Estimation du rendement des modules 30

III-2.2 Essai sur influence de la position du module PV 31

III-2.3 Détermination des caractéristiques du module PV 31

III-2.4 Détermination des caractéristiques du champ PV 33

III-2.5 Estimation de l'énergie produite par un module PV 34

III-2.6 Rendement des boites de dérivation 36

III-3 Essais d'une batterie solaire 37

III-3.1 Charge d'une batterie solaire 37

III-3.2 Utilisation d'un moteur à courant continu 40

III-4 Essais d'un onduleur de tension 40

III-5 Essais influence des câbles 45

III-5.1 Câbles reliant les modules à la boite de dérivation 45

III-5.2 Câble reliant la boite de dérivation au régulateur et aux batteries 45

CHAPITRE IV : Principaux résultats 47

IV-1 Implantation des modules PV à Ngaoundéré 47

IV-2 Modèle de production de l'énergie électrique par un module PV 48

IV-3 Choix d'un module photovoltaïque 49

IV-4 Dimensionnement des câbles pour Ngaoundéré 49

IV-4.1 Raisons du calcul de la section des câbles et fusibles 49

IV-4.2 Dimensionnement de la section des câbles 50

IV-4.3 Paramètres influençant le dimensionnement des câbles 51

IV-5 Utilisation des batteries solaire et onduleurs 52

IV-6 Conception de support de modules PV à Ngaoundéré 52

Troisième partie : Dimensionnement de l'installation solaire et Analyse économique.

CHAPITRE V : Dimensionnement de l'installation photovoltaïque 53

V-1 Dimensionnement manuel de la société NOVA DIFFUSION 53

V-2 Optimisation du dimensionnement de la société NOVA DIFFUSION 54

V-2.1 Optimisation sur toute l'année 55

V-2.2 Optimisation sur la période la plus ensoleillée 57

V-3 Dimensionnement des câbles et fusibles 59

V-3.1 Dimensionnement des câbles 59

V-3.2 Dimensionnement des fusibles 60

V-3.3 Mise à la terre de l'installation NOVA DIFFUSION 60

CHAPITRE VI : Analyse économique 61

VI-1 Analyse économique du générateur PV 61

VI-1.1 Coüt initial de l'installation solaire 61

VI-1.2 Exploitation et maintenance 61

VI-2 Comparaison 64

VI-3 Maintenance d'une installation photovoltaïque 64

VI-3.1 Maintenance préventive de l'installation solaire 65

VI-3.2 Cahier d'entretien de l'installation solaire 66

VI-4 Installation PV de la société NOVA DIFFUSION 66

VI-5 Enjeux d'un projet d'installation photovoltaïque 70

Conclusion générale 71

Perspectives 71

Bibliographie xvi

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