CONTRIBUTION A L’AMELIORATION D’UN SYSTEME HYBRIDE EOLIEN SOLAIRE

Théorie générale sur l’installation solaire photovoltaïque

Etude théorique du système d’installation : Cette partie consiste en l’étude théorique du projet à réinstaller et à la maintenance des matériels, avant toute pratique : réalisation ou installation ou maintenance dans le foyer. Mais avant cette étude, il est nécessaire de faire connaitre que le système installé est un système hybride, qui est la combinaison de deux panneaux solaires de 300W chacun et d’une éolienne 1400W pour l’électrification d’une maison individuelle sis à Ambohipiaonana qui ne bénéficie pas l’électricité traditionnelle. La réalisation de ce projet a été le fruit du travail de deux étudiants. Cet ouvrage se focalisera sur la partie installation solaire photovoltaïque dans ce foyer, c’est-à-dire toutes études concernant l’installation solaire pour satisfaire les besoins de la famille dans ce foyer. 4.1 Définition du système hybride : « Un système hybride à sources d’énergie renouvelables (SHSER) est un système électrique, comprenant plus d’une source d’énergie, parmi lesquelles une au moins est renouvelable. » [4] Le schéma ci après nous montre le principe d’un système hybride installé dans une maison. Figure 3 : Schéma de principe d’un système hybride. L’énergie solaire photovoltaïque est obtenue à partir du rayonnement solaire par la présence d’un panneau solaire qui le transforme en énergie électrique pour être consommée ou utilisée par le bénéficiaire. C’est une énergie renouvelable car le soleil est inépuisable à l’échelle humaine. Figure 4 : Transformation de l’énergie solaire en énergie électrique. [6] Dans une installation solaire photovoltaïque, que ce soit individuelle ou distribution par réseau, les matériels utilisés sont le panneau solaire, la batterie, le régulateur de charges, le convertisseur de tension ou onduleur, les câblages pour le transport de l’énergie. Ces matériels assurent le bon fonctionnement de la distribution de l’électricité. Nous allons, dans ce qui suit, voir la définition et le rôle de chaque matériel.

Définition et rôles des divers dispositifs dans une installation photovoltaïque :

Le panneau solaire 

Le panneau solaire est la composition des cellules photovoltaïques capables de transformer la chaleur du rayonnement solaire en électricité. Son rôle est donc de capter le rayonnement solaire puis de le transformer en énergie électrique. Il existe actuellement trois différents types de panneaux solaires. Les types de cellules qui les composent les différencient. Seul un de ces trois types est le plus utilisé et le plus vendu dans le marché. Les trois types de panneaux solaires sont :  La cellule monocristalline  La cellule polycristallin  La cellule amorphe Chaque module photovoltaïque présente des caractéristiques différentes entre elles en fonction de la puissance choisie : tension à vide, intensité à vide, puissance crête, tension maximale, intensité maximale. Pour notre cas, comme les matériels étaient déjà disponibles sur le lieu, les panneaux monocristallins ont été choisis par le propriétaire pour son meilleur rendement même à faible ensoleillement et pour sa durée de vie élevée. Figure 5 : Panneau solaire monocristallin. Pour satisfaire la charge des batteries, deux possibilités peuvent être choisies pour pouvoir capter le maximum de rayonnement solaire pour les panneaux. L’une, qui est le « Tracker » c’est-à-dire le panneau qui suit le déplacement du soleil ; et l’autre qui est une méthode classique, qui consiste à faire des calculs pour l’inclinaison du panneau pour capter le maximum de rayonnement. Concernant le cas de Madagascar, le « Tracker » n’est pas encore à la portée des Malagasy à cause de son coût qui est élevé. La méthode classique reste pour le moment le meilleur moyen de satisfaire les besoins. Pour cela, deux critères déterminent la position du panneau solaire :  L’orientation, autrement dit, l’Azimuth  L’inclinaison, ou angle horizontal établit sur un axe nord/sud L’orientation du panneau est simple car il suffit de l’orienter à l’opposée de l’hémisphère où l’installation aura lieu, par contre l’inclinaison est un peu compliquée car il nécessite quelques calculs et des données météorologiques. L’inclinaison du panneau s’obtient en additionnant les chiffres de la latitude du lieu d’installation par le mois le moins ensoleillé de l’année. Dans une installation photovoltaïque, la puissance des panneaux à installer doit être déterminée avant tout. Pour déterminer cette puissance, il existe une formule simple comme suit : 𝑷𝑪 = 𝑬𝒑 𝑰𝒓  Pc : Puissance crête [Wc]  Ep. : Energie Produite [W]  Ir : Rayonnement solaire [𝑘𝑊ℎ/𝑚2 /𝑗] Formule : N° 01 14 Après avoir déterminé la puissance utile des panneaux, il est nécessaire de déterminer aussi le nombre de panneaux à installer. Pour cela, ci-après une formule simple pour le déterminer : 𝑵𝒃𝒓 = 𝑷𝒄 𝑾𝒄  𝑵𝒃𝒓 : nombre de panneau  𝑷𝒄 : puissance crête [Wc]  𝑾𝒄 : puissance crête de l’une des panneaux [Wc] 

La batterie

Les batteries solaires sont parfois des composants sous-estimés par rapport aux autres matériels de l’installation car la plupart des utilisateurs installent souvent des batteries non adaptées comme des batteries de démarrage automobile par exemple. Ces-dernières se détériorent rapidement au bout de quelques mois et doivent ainsi être remplacées. Les batteries solaires jouent un rôle très important dans une installation solaire photovoltaïque car elles assurent le stockage de l’énergie reçue via les panneaux solaires, et c’est pour cette raison qu’il faut utiliser des batteries spécialement adaptées pour ce genre d’installation. Il existe quatre types de batteries solaires :  Batterie au plomb ouverte  Batterie AGM  Batterie GEL  Batterie GEL Long Life Pour notre cas, des batteries au plomb ouvert ont été choisies par le propriétaire car c’est le moins cher du marché et le plus facile à entretenir. Formule : N° 02 15 Figure 6 : Batterie de stockage au plomb ouverte [8] Pour satisfaire les besoins en énergie de l’utilisateur, il est aussi nécessaire de dimensionner les batteries à utiliser, après le choix. Le dimensionnement des batteries se fait en deux étapes :  Détermination de la capacité utile  Détermination du nombre des batteries à utiliser Avant tout calcul, les quatre points suivants sont primordiaux à connaitre :  les besoins journaliers.  Le nombre de jours d’autonomie souhaité.  La profondeur de décharge de la batterie choisie.  La tension de la batterie. Ainsi la formule s’écrit comme suit : 𝐂𝐛𝐚𝐭𝐭 = 𝐁𝐣 × 𝐍𝐣𝐚 𝐃 × 𝐓 𝑪𝒃𝒂𝒕𝒕 : Capacité de la batterie (Ah) Nja : Nombre de jours d’autonomie (jours) D : profondeur de décharge (%) T : Tension de la batterie (V) La Capacité est ainsi égale aux produits des besoins et le Nja jours de réserve, le tout, divisé par la profondeur de décharge de la batterie. Ce taux de décharge doit être de 30% pour une installation optimale, de 50% pour une installation standard et de 75% pour une utilisation Formule : N° 03 16 extrême. Naturellement, avec une décharge à seulement 30%, la batterie durera bien plus longtemps qu’avec une décharge à 75%. Après la détermination de la capacité, il est nécessaire de déterminer le nombre des batteries à utiliser selon la tension souhaitée. Pour cela, le nombre de batteries est le rapport entre la capacité utile et la capacité de l’une des batteries souhaitées.