Etude et dimensionnement d'un système photovoltaà¯que autonome pour une alimentation permanente

IV.1.2. Situation d'ensoleillement du site

En ce qui concerne la situation d'ensoleillement de notre site, nous allons recourir aux données récoltées au service METELSAT/Katanga où nous approchons nos calculs à la situation d'ensoleillement de la période allant de 1954 à 1966 reprise dans le tableau IV.5

Tableau IV.5. variation d'insolation. Source METELSAT/Katanga

Rayonnement solaire	Janvier 31 jours	Fevrier 28 jours	Mars 31 jours	Avril 30 jours	Mai 31 jours	Juin 31 jours	Juillet 30 jours	Aout 31 jours	Septembre 30 jours	Octobre 31 jours	Novembre 30 jours		Decembre 31 jours	Moyenne mensuel de l'insolation (h/mois)
1487	1182	1645	2357	2936	2858	3111	3114	2909	2767	1797	1393		Valeur maximale
1860	1465	2136	2949	3232	3105	3267	3290	3028	3160	2832	1819		Valeur minimale
901	936	1247	1447	2550	2632	2875	2894	2709	2260	1189	1092		Ensoleillement en KWh/m^2.j
4,79	4,22	5,30	7,85	9,42	9,5	10	10	9,69	8,92	5,99	4,49

IV.1.3. Définition des modules photovoltaïques

Calcul de la puissance crête du système photovoltaïque

· Consommation journalière du site : Econs = 1 904 048 Wh/j

· Energie solaire journalière du site, la plus défavorable de la période de l'année : Q = 4,22 KWh/m².j (cf. tableau IV.5)

· Facteur de conversion : K = 0,6

Econs

En appliquant la relation de la puissance crête (II.10), PC = , on trouve :

Q x K

1 904 048

PC = 751 993,6 751 994 WC

4,22 x 0,6

La puissance crête du système est :

PC = 751,994 KWC

Détermination du nombre des modules Nm

On détermine le nombre des module, en faisant le rapport de la puissance crête du système et celle d'un module.

Pour notre dimensionnement nous adoptons un module des caractéristiques suivantes :

· Puissance : 504 Wc

· Tension : 96 V

· Intensité : 5,25 A

Puissance du cham

p 751 994

En appliquant la relation (II.11), on a :

Nm = = = 1 492

Puissance du module 504

En arrondissant à une valeur entière supérieure, on trouve Nm = 1 500 modules de 504 Wc.

Le champ photovoltaïque sera donc constitué de 1 500 modules de 504 Wc disposés de la manière suivante :

· 30 modules en série par chaine

· 50 chaines en parallèle

IV.1.4. Dimensionnement du stockage

Autonomie sans apport solaire

La durée d'autonomie nécessaire est liée à la probabilité de trouver une série de mauvais jours d'affilée, avec un ensoleillement très défavorable.

Dans nos calculs on prendra Nja = 4 jours. Calcul de la capacité nominal ~ Consommation journalière du site, Econs (Ah/j) =		1 904 048 Wh

Où 24 V, est la tension de la batterie Econs = 79 335 Ah

· Nombre des jours d'autonomie sans apport solaire, Nja = 4

· Profondeur de décharge, Pd = 0,7

· Coefficient réducteur de capacité par la température, Rt = 0,68

La capacité nominale est :

4 x 79 335 317 340

C20 = = = = 666 681 Ah

0,7 x 0,68 0,476

Pour une batterie de 1400 Ah ayant une décharge en 20 heures sous 24 V, on a le nombre des batterie égal à :

Nb = 666 681 1400

= 476 480 batteries

Le nombre des batteries à mettre en oeuvre est de 480 batteries de 1400 Ah - 24 V. IV.1.5. Dimensionnement du régulateur

Pour notre dimensionnement, nous adopterons un régulateur de charge série incorporant un interrupteur entre le générateur et l'accumulateur pour arreter la charge.

Le régulateur sera dimensionné d'après la tension et le courant d'entrée.

· La tension d'entrée est 96 V

· Pour estimer le courant, on prendra 1,5 fois le courant I_m tatal au point de puissance maximale.

Nous avons 751 994 Wc de puissance crete pour laquelle on dispose de 1500 modules de 504 Wc( 50 chaines de 30 modules chacune).

Le régulateur choisi est un modèle série . L'ampérage d'entrée sera calculé en prenant 50 fois le courant de puissance maximale du module et en le multipliant par 1,5. Ce qui donne : 1,5 x 50 x (504/136) = 278 A

En admettant que le module a une tension maximale U_m de 136 V.

Comme le courant d'entrée est élevé, on prendra 5 régulateurs série de 60 Ampères montés en paralléle( pour éviter des sections assez grandes des cables) et relié chacun des régulateurs à un sous ensemble des branches des modules.

Pour les cinq régulateurs on aura cinq sous ensembles de 10 chaines chacun. IV.1.6. Dimensionnement de l'onduleur

Détermination de la puissance totale des équipements à alimenter sur le site

a. Bloc de six, P1 = (4646 x 6) = 27 876 W

b. Bloc de quatorze, P2 = (5400 x 14) = 75 600 W

c. Bloc de vingt, P3 = (4594 x 20) = 91 880 W

La puissance totale est donc : P = (27 876 + 75 600 + 91 880) = 195 356 W Calcul de la puissance apparente S

on prendra un cos ó = 0,8 pour le dimensionnement.

Sachant que cos ó = 0,8 ; sin ó = 1 - cos² ó = 0,6

La puissance réactive est donc égale à Q = P x (0,6/0,8) = 0,75 P = 0,75 x 195 356 (cf relation II.16)

Q = 146 517 V-A-R

En connaissant les valeurs de la puissance active et réactive, on calcule par la suite la puissance apparente S.

En portant P = 195 356 W et Q = 146 517 V-A-R dans la relation (II.17), on trouve

S = (195 356)² + (146 517)² = 244 195 V-A

En tenant compte des éventuels courants de pointe élevés, on prendra une valeur normalisée supérieure à celle-ci.

Soit : S = 250 KVA

Resultat

Pour notre système, on aura un onduleur rempliçant les conditions suivantes :

· Tension d'entrée (la même que celle des modules) : 96 V

· Tension de sortie : 230 V

· Fréquence : 50 Hz

· Rendement : 85%

· Puissance : 250 KVA