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Dédicaces Je dédie ce modeste travail : A mes très chers parents, que dieu les

Dédicaces Je dédie ce modeste travail : A mes très chers parents, que dieu les garde et les protège pour leurs soutien moral et financier, pour leurs encouragements et les sacrifices qu’ils ont endurés. A mon frère A toute ma famille Aux chers amis A tous ce que j’aime et qui m’aiment A tous ceux qui contribué de prés ou loin à la réalisation de ce travail, Remerciement Je tiens à remercier dans un premier temps, toute l’équipe pédagogique de l’institut supérieure des études technologique de Sousse et les intervenants professionnels responsables du mastère professionnel en électrotechnique appliqué aux systèmes d'énergies renouvelables pour avoir assuré la partie théorique de celle-ci. Je remercie également Monsieur ************* mon encadrant pédagogique pour son aide et ses conseils concernant les missions évoquées dans ce rapport, qu’il m’a apporté lors des différents suivis. Je tiens de remercier tout particulièrement Monsieur ******************, chef d’équipe nouveau projet pour m’avoir intégré rapidement au sein de l’entreprise et m’avoir accordé toute sa confiance pour le temps qu’il m’a consacré tout au long de cette période, sachant répondre à toutes mes interrogations, sans oublier sa participation au cheminement de ce rapport. Enfin, Je remercie ma famille et mes chers amis pour leur compréhension et soutien moral, j’espère que ce travail soit la bonne expression de ma gratitude. Résumé Nomenclature Sommaire Remerciement...................................................................................................................... Résumé................................................................................................................................ Liste de figures.................................................................................................................... Liste de tableaux.................................................................................................................. Introduction générale.........................................................................................................1 Chapitre 1 : Sur l’état de l’art des systèmes photovoltaïques.............................................. 1. Introduction..............................................................................................................4 2. Les énergies renouvelables.......................................................................................4 2.1. L’énergie éolienne.............................................................................................7 2.2. L’énergie hydraulique.......................................................................................7 2.3. La biomasse.......................................................................................................7 2.4. L’énergie géothermie........................................................................................8 2.5. L’énergie solaire................................................................................................8 2.5.1. Rayonnement solaire.....................................................................................8 2.5.2. Différents type d’énergies solaires................................................................8 2.6. Etude comparative entre solaire photovoltaïque et thermique........................10 3. Généralités sur le système photovoltaïque.............................................................10 3.1. Les installations hybrides................................................................................12 3.2. Les systèmes photovoltaïques en site isolé.....................................................13 3.2.1. Système autonome au fil soleil....................................................................14 3.2.2. Système autonome avec stockage...............................................................15 3.3. Les systèmes photovoltaïques connectés au réseau électrique........................16 3.3.1. Injection de la totalité..................................................................................17 3.3.2. Injection du surplus.....................................................................................17 3.3.3. Etude comparative des systèmes photovoltaïques.......................................19 3.3.4. Etude comparative entre les systèmes photovoltaïques autonomes et les systèmes raccordés au réseau public.................................................................................19 3.4. Mode d’installation.........................................................................................20 3.4.1. Panneaux photovoltaïques fixés..................................................................20 3.4.2. Panneaux photovoltaïques orientables........................................................21 3.4.3. Panneaux photovoltaïques mobiles.............................................................21 4. L’énergie et générateur photovoltaïque..................................................................21 4.1. Caractéristique courant-tension.......................................................................22 5. Poursuite de point de puissance maximale d’un système PV.................................23 5.1. Méthodes de la dérivée de la puissance..........................................................24 5.2. Méthode de la perturbation et l’observation la (P&O)................................25 5.2.1. Méthode par incrémentation de conductance..............................................26 5.2.2. Méthodes à contre réaction de la tension....................................................27 5.2.3. Méthode à tension de référence fixe............................................................28 5.2.4. Méthode MPPT avec cellule pilote.............................................................28 5.2.5. Méthode avec contre réaction du courant....................................................28 6. Conception et dimensionnement d’une installation photovoltaïque.......................29 6.1. Méthodes de dimensionnement de l’installation PV.......................................29 7. Suivi de performance du système...........................................................................30 8. Défit et tendances d’avenir.....................................................................................30 9. Positionnement de notre étude................................................................................31 Chapitre 2 : Généralités sur les systèmes photovoltaïques..............................................32 1. Introduction............................................................................................................33 2. Le système solaire..................................................................................................33 2.1. Rayonnement solaire.......................................................................................34 3. Énergie photovoltaïque...........................................................................................35 3.1. Principe de fonctionnement d’une cellule.......................................................36 3.2. Raccordement des cellules..............................................................................37 3.2.1. Association en série.....................................................................................38 3.2.2. Association en parallèle...............................................................................38 3.3. Protection d’un module PV.............................................................................39 4. Spécification du générateur photovoltaïque...........................................................40 5. Les différents paramètres de cellule PV.................................................................41 5.1. Le courant de court-circuit..............................................................................43 5.2. La tension en circuit ouvert:...........................................................................43 5.3. Le point du fonctionnement PPM...................................................................43 5.4. Le Facteur de forme........................................................................................44 5.5. Le Rendement de conversion..........................................................................44 5.6. Impact de la température et d’éclairement sur la fonctionnement PV............44 5.6.1. Influence de la température.........................................................................48 5.6.2. Influence de l'éclairement............................................................................49 6. Les différentes configurations de système photovoltaïque.....................................50 6.1. Générateur PV.................................................................................................51 6.1.1. Topologie.....................................................................................................51 6.1.2. Supports de modules....................................................................................52 6.2. Stockage..........................................................................................................53 6.3. Régulateur de charge / décharge.....................................................................54 6.4. Onduleur..........................................................................................................55 6.4.1. Applications autonomes (non raccordées au réseau)...................................56 6.4.2. Application raccordées au réseau................................................................56 6.5. Hacheur...........................................................................................................58 6.5.1. Hacheur série (Buck)...................................................................................59 6.5.2. Hacheur parallèle (Boost)............................................................................59 6.5.3. Hacheur abaisseur-élévateur (Buck-Boost).................................................60 6.6. Les câbles électriques......................................................................................60 6.7. Les coffrets de protection................................................................................61 6.7.1. Coffret DC...................................................................................................61 6.7.2. Protection courant continue.........................................................................61 6.7.3. Coffret AC...................................................................................................62 6.7.4. Protection courant alternatif........................................................................63 7. Conclusion..............................................................................................................63 Chapitre3 : Dimensionnement du système photovoltaïque raccordé au réseau.................. 1. Introduction............................................................................................................65 2. Présentation et caractéristiques propre des sites à installer....................................65 2.1. Productible......................................................................................................67 3. Conception et dimensionnement des installations PV............................................69 3.1. Intégration architecturale des installations PV................................................69 3.1.1. Intégration sur toiture inclinée.....................................................................69 3.2. Règles de choix de la taille de l’installation PV..............................................70 3.2.1. Calcul de nombre des modules selon la surface d’implantation.................71 3.2.2. La puissance souscrite.................................................................................72 3.2.3. La consommation annuelle..........................................................................72 3.2.4. Contraintes de sites d’implantation.............................................................73 3.2.5. Angle d’inclinaison optimale......................................................................73 3.2.6. Zone de captage : ombres, masques............................................................74 3.2.7. Dimensionnement de la puissance crête......................................................75 3.2.8. Choix de la tension du fonctionnement.......................................................75 3.2.9. Nombre des modules photovoltaïques.........................................................76 3.2.10. Nombre de modules par chaine.................................................................76 3.2.11. Nombre de modules par parallèle..............................................................77 3.3. Choix de l’onduleur.........................................................................................78 3.3.1. Compatibilité en puissance..........................................................................79 3.3.2. Compatibilité en tension..............................................................................81 3.3.3. Compatibilité en courant.............................................................................83 3.4. Topologie de l'installation PV.........................................................................84 3.5. Dimensionnement du câble coté DC...............................................................84 3.5.1. Chute de tension admissible........................................................................84 3.5.2. Courant admissibles dans les câble Iz.........................................................86 3.6. Protection coté DC..........................................................................................88 3.6.1. Protection contre les surintensités...............................................................88 3.6.2. Parafoudre DC.............................................................................................88 3.6.3. Interrupteur courant continue......................................................................91 3.6.4. Choix de sectionneur général coté DC........................................................91 3.6.5. Choix de sectionneur en amont de l'onduleur.............................................92 3.7. Dimensionnement du câble coté AC...............................................................93 3.7.1. Les disjoncteurs...........................................................................................93 3.7.2. Mise à la terre..............................................................................................94 3.7.3. Parafoudre AC.............................................................................................95 3.7.4. Dimensionnement des câbles AC................................................................96 4. Dimensionnement avec PVSYST.......................................................................98 4.1. Les étapes de simulation PVsyst.....................................................................99 4.1.1. Coordonnées géographiques du site............................................................99 4.1.2. Orientation et inclinaison..........................................................................101 4.1.3. Conception et dimensionnement du proje.................................................101 4.1.4. Les différents types des pertes...................................................................103 4.1.5. Simulation et rapport.................................................................................105 5. Simulation sur SUNNY DESIGN........................................................................105 6. Conclusion............................................................................................................107 Chapitre 4 : Etude économique et modélisation de l’installation........................................ 1. Introduction..........................................................................................................109 2. Étude économique................................................................................................109 1.1. Cout de l’investissement initial de l’installation PV.....................................110 1.2. Cout des dépenses annuelles de maintenance et d’exploitation....................110 1.3. Cout de la consommation annuelle...............................................................111 1.4. Gain de la production annuelle (DT/an)........................................................112 1.5. Calcul de la production totale de la centrale pour chaque année..................114 1.6. Calcul de gain en production pour chaque année..........................................114 1.7. Calcul de gain total réalisé par la centrale pour 20 ans.................................115 1.8. Calcul des cash-flows....................................................................................115 1.9. Calcul de l’investissement cash-flow............................................................116 2. Étude de rentabilité de projet................................................................................116 2.1. Temps de Retour Brut sur investissement (ans) : TRB.................................116 2.2. Valeur Actualisée Nette (DT).......................................................................117 2.3. Taux de Rentabilité Interne (%) : TRI..........................................................117 2.4. Outil PV CEM...............................................................................................118 2.5. Structure de l’outil EXCEL...........................................................................118 2.6. Simulation de l’installation...........................................................................120 3. Simulink Matlab...................................................................................................122 3.1. Modélisation et simulation du premier étage................................................122 3.2. Modélisation, simulation et résultat du générateur photovoltaïque..............123 3.3. Modélisation du convertisseur DC-DC.........................................................128 3.4. Commande MPPT du convertisseur DC/DC................................................131 4. Modélisation et simulation du deuxième étage....................................................133 4.1. Convertisseur DC/AC...................................................................................133 4.2. Principe de base de MLI................................................................................136 4.3. Modélisation de l’interface réseau................................................................139 4.4. Contrôle et commande de l’interface de la connexion au réseau en utilisant la méthode WATT-VAR découplée........................................................................................141 5. Simulation globale de système PV raccordé réseau.............................................145 6. Conclusion............................................................................................................146 Liste de figures Figure 1.la capacité de production d’énergie renouvelable installée................................5 Figure 2. Production brute d'électricité provenant de sources renouvelables de 1990 jusqu’a 2016 en TW....................................................................................................................6 Figure 3 :Les différents types d’installation photovoltaïque..........................................12 Figure 4. Principe générale de système photovoltaïque en site isolé.............................14 Figure 5. Schéma de principe d’un système PV pompage au fil du soleil.....................15 Figure 6. Schéma de principe d’un système PV autonome avec stockage.....................16 Figure 7. Exemple de système photovoltaïque a injection totale...................................17 Figure 8. Exemple de système photovoltaïque avec autoconsommation.......................18 Figure 9. Un diagramme de comparaison entre la production aves suiveur et la production avec un système fixe...............................................................................................21 Figure 10. Les différentes zones de caractéristiques du générateur PV.........................22 Figure 11. Chaîne de conversion photovoltaïque avec convertisseur (DC-DC)............24 Figure 12. Caractéristique du point de puissance maximale MPP.................................25 Figure 13. Organigramme de l’algorithme Perturbation et Observation........................26 Figure 14. Organigramme de l’algorithme incrémentation de conductance..................27 Figure 15. Méthode de là contre réaction en courant.....................................................29 Figure 16. Principe de l’énergie solaire photovoltaïque.................................................34 Figure 17. Les composantes de rayonnement solaire.....................................................35 Figure 18. Structure d’une cellule photovoltaïque.........................................................36 Figure 19. Constitution d'une cellule photovoltaïque.....................................................37 Figure 20. Caractéristique d’un groupement en série.....................................................38 Figure 21. Caractéristique d’un groupement en parallèle...............................................39 Figure 22. Les grandeurs physiques d’une cellule.........................................................39 Figure 23. Câblage de diode by-pass..............................................................................40 Figure 24. Les différentes zones de caractéristiques du générateur PV.........................41 Figure 25. Schéma électrique équivalent d’une cellule photovoltaïque.........................42 Figure 26. La caractéristique (I-V) d’une cellule photovoltaïque..................................43 Figure 27. Modèle PV idéal avec une source de courant et une diode...........................45 Figure 28. Modèle Simulink d'une cellule photovoltaïque avec le rayonnement solaire G et la température T comme entrées.......................................................................................47 Figure 29 . La caractéristique de I=f(V) en fonction de température.............................49 Figure 30. La caractéristique de P= f(V) en fonction de température............................49 Figure 31.La caractéristique I=f(v) en fonction de l'éclairement...................................50 Figure 32. La caractéristique P = f(v) en fonction de l'éclairement...............................50 Figure 33. Constitution d’un générateur photovoltaïque...............................................51 Figure 34. Exemple d’un régulateur de charge...............................................................54 Figure 35. Les différentes structures de l’onduleur pour applications photovoltaïques connectés au réseau (régime triphasées) (1) La structure de l’inverseur centrale (CI), (2) chaîne et structure multi string d’onduleurs (MCI) et (3) structure intégrée au module (MIC, micro-onduleur)........................................................................................................................57 Figure 36. Hacheur série (abaisseur)..............................................................................59 Figure 37. Hacheur parallèle (élévateur)........................................................................60 Figure 38. Hacheur abaisseur-élévateur.........................................................................60 Figure 39. Vue de dessus de l'usine KMC (à partir Google Maps)................................65 Figure 40. Localisation de Msaken avec logiciel PVGIS [36].......................................66 Figure 41. La productible en Tunisie d’après la carte de ressource solaire....................68 Figure 42. L'emplacement ou on peut installer uploads/Geographie/ rapport-master.pdf