1 etude et dimensionnement d`un système d`éclairage solaire public

19-21 Mars, 2012, Hammamet, Tunisie
VIème Congrès International sur les Energies Renouvelables et l’Environnement
ETUDE ET DIMENSIONNEMENT D’UN SYSTÈME D’ÉCLAIRAGE
SOLAIRE PUBLIC À ADRAR
A.Benatiallah, A.Moulay ali, D.benatiallah, S.bentouba, S.Makhloufi
Labo LEESI, Faculté des sciences et science d’ingéniorat, Univ d’Adrar.
E-mail : [email protected],
http://leesi.tk
Résumé :
Le développement et l’exploitation des énergies renouvelables à connu une forte croissance ces dernières années.
La production d’électricité décentralisée par sources d’énergies renouvelables offre une plus grande sûreté
d’approvisionnement des consommateurs tout en respectant l’environnement. Cependant le caractère aléatoire de ces sources
nous impose d’établir des règles de dimensionnement et d’utilisation de ces systèmes pour les exploiter au mieux. Pour cette
raison l’objectif de notre travail est de développer un outil de simulation et de dimensionnement des installations
photovoltaïques dans le but d’alimentée un système d’éclairage publique à Adrar. Notre approche de simulation est basée sur
des modèles mathématiques qui décrivent le fonctionnement de chaque partie de l’installation entre autre la production
d’énergie, le stockage d’énergie et la consommation d’énergie
Mots clés : éclairage, solaire, simulation, dimensionnement
1.
Introduction :
L'Algérie, de part sa situation géographique, bénéficie des conditions favorables à l'utilisation des énergies
renouvelables, en particulier l'énergie solaire, l'une des possibilités de l'exploitation de l'énergie solaire est sa transformation
directe en une énergie électrique, au moyen des convertisseurs photovoltaïques. Plusieurs projets et programmes solaires ont
été initiés et développé par sonlagaz et sonatrach ainsi que par les centres de recherche ; UDTS, CDER et URER-Adrar afin
de faire des applications variés par énergie solaire photovoltaïque, , la réalisation et la mise en place des installations
photovoltaïques, l'acquisition de matériels et des équipements spécialisés, l'entretien et la maintenance de ces équipement
2. Système d’éclairage solaire
2.1. Site d’Adrar
La région d’Adrar est caractérisée par plusieurs facteur qui ont favorise l’utilisation des systèmes solaire dans
diverses application :
Central de Melouka 1984, 30 kW, plusieurs kits de Pompage solaire,
Balisage des routes sahariennes, Central solaire
d’Ain-Belbel. Adrar a une latitude de 27.82°N, d’une longitude de 00.18°W et d’une altitude de 263.8 m., elle est parmi les
sites les plus intéressents pour les applications solaires avec un gisement qui dépasse le 7 kWh /m2 et surface de plus de
400 000 km2
2.2. Système d’éclairage solaire
le système est composée des élements suivants ; modules solaires (cristallins, une puissance crête de 45 à 55 Wc et
inclinaison de 28°), régulateur De type série à coupure partiel de consommation faible et une puissance de 5kw, battérie
solaires (plomb) de 12 volt ont des l’auto décharge de 80% avec un rendement standard de 85%, et lampes nous choisissent
différences types de lampe.
3.
Dimensionnement du système
le but de dimensionnement et d’estimée la taille de panneau solaire, capacités de stockage et spécifiâtes des
appareils électriques ;
1
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VIème Congrès International sur les Energies Renouvelables et l’Environnement
3.1. Étapes pour dimensionnement les modules solaires
Pour dimensionnement les modules solaires, on procède en trois étapes :
Etape 1 : on calcule l’énergie qui sera consommée par jour (Ec).
Etape 2 : on calcule l’énergie à produire.
Etape 3 : on calcule la taille de générateur à installer
3.2. Étapes pour dimensionnement des batteries
Pour réaliser le dimensionnement de la batterie, on procède de la façon suivante :
Etape 1 : calcul de l'énergie consommée (Ec) par les diverses utilisations.
Etape 2 : détermination du nombre de jours d'autonomie (N) dont on souhaite bénéficier.
Etape 3 : détermination de la profondeur de décharge maximale acceptable par la batterie (D) d'après le type de batterie
utilise.
Etape 4 : calcul de la capacité (Cb) de la batterie en appliquant la formule suivante :
Cb (Ah) = (EC x N) / (D x Ub)
4.
(1)
Simulation et résultats
Pour réaliser la simulation sous logiciel MATLAB de dimensionnement le système solaire il faut passe par les
étapes suivant :
a.
Introduire les donnes de charge, systèmes d’éclairage et site utilisée
b.
Calculer les divers puissances et capacités ; Ec ,Ep et Pc
Notre étude de simulation a été sur quatre cas différents ; selon les différences types de lampes choisi (puissance,
rendement etc.,) , les données solaire de la région pour les quatre saisons de l’année et la surface éclairée.
4.1. lampe de sodium basse pression:
Nous choisissons dans ce cas une lampe de sodium basse pression d’une puissance de 35 w et un rendement de 130
(lm /w), elle a un flux de 4500lm et un durée vie de 5000 h.
Nombre des lampes : lampe→ 200 m², Nl
→ 5000 m2
↔ Nl= 25 lampes.
4.2. Lampes incandescence :
Dans ce cas nous choisissons des lampes de type incandescence classique, on estime a 1000 heurs leur durée vie
soit cinq fois mois que celle des fluorescents .le rendement lumineux est médiocre (10 a15 lm/w).leurs avantage est l’absence
d’électronique qui détermine leur très faible cout a l’achet.
Nombre des lampes, 8 Lampes→ 200 m², Nl
→
5000 m² ↔ Nl= 200 lampes
4.3. lampes fluorescents :
Nous prendrons maintenant des lampes de types fluorescents ont une puissance de 40w et leur tension est de 12 ou
24 volts .elle a une flux de 3200lm et on estime à 5000heures la durée minimale de vie des (fluors) et un rendement de 80
lm/w.
Nombre des lampes, 6
→ 200 m², Nl → 5000 m²
↔ Nl = 150 lampes
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Les
Nombre d’heure
Nombre de
La puissance
Surface
Nombre de jours
Le flux
d’éclaire (Nh(h))
lampe(Nl)
de lampe
éclairé
autonomie(N)
G(Wh/m2
Pl(w)
(m2)
Saisons
.jour)
Hiver
13
25
35
5000
2
4500
Printemps
11
25
35
5000
1
6500
Eté
8
25
35
5000
1
7500
Aoutons
12
25
35
5000
2
5500
1.1. lampes halogène:
Dans le dernier cas nous prendrons des lampes de type halogène de 10w qui ont un rendement de 20 lm/w et un
durée vie de 2000 h et un flux devient de 200 lm dans les différences saisons de l’année.
Nombre des lampes, 10 lampes → 200 m² , Nl
→ 5000 m²
↔ Nl = 250 lampes
A partir de la simulation de ces cas sur Matlab, nous donnons respectivement sur le tableau 5 au tableau 8 les
résultats de simulation : la taille de générateur, le nombre de modules nécessaires pour notre charge ainsi que le nombre de
branches sachant que la tension nominale choisie est de 24 V et la capacité de batterie.
Résultats de simulation-1
Saison
Ec(wh)
Ep(wh)
Pc(wc)
Nt(calcule)
Nt
Ns
Np
Cb(Ah)
Hiver
11375
17500
3890
77.7
78
2
39
2370
Printemps
9625
14808
1440
45.38
46
2
23
1002
Eté
7000
10769
2278
23.24
24
2
12
730
Aoutons
10500
16154
2937
57.30
58
2
29
2187
Nous remarquons que quand nous utilisons les lampes au sodium à basse pression on trouve une proportionnelle
entre la consommation journalière et la quantité de l’énergie produit ainsi que la capacité de batterie.
Résultats de simulation-2
Saison
Ec(wh)
Ep(wh)
Pc(wc)
Nt(calcule)
Nt
Ns
Np
Cb(Ah)
Hiver
195000
300000
66665
1333.3
1334
2
667
40625
Printemps
165000
253850
39053
781.06
882
2
441
17187
Eté
120000
184620
24615
492
492
2
246
12500
3
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Aoutons
180000
276920
50350
1007.07
1008
2
504
37500
Résultats de simulation-3
Saison
Ec(wh)
Ep(wh)
Pc(wc)
Nt(calcule)
Nt
Ns
Np
Cb(Ah)
Hiver
78000
120000
26667
533.5
534
2
267
16250
Printemps
66000
101540
15621
311.79
312
2
151
6875
Eté
48000
73846
9846
196
196
2
98
5000
Aoutons
72000
110770
20140
402.51
402
2
201
15000
Résultats de simulation- 4
Saison
Ec(wh)
Ep(wh)
Pc(wc)
Nt(calcule)
Nt
Ns
Np
Cb(Ah)
Hiver
32500
50000
11111
221.9
222
2
111
6770.8
printemps
27500
42308
6508
131.2
132
2
66
2864.6
Eté
20000
30769
4102
83.5
84
2
42
2083.3
aoutons
30000
46154
8391
167.8
168
2
84
6250
Les ampoules halogènes ont une lumière plus confortable que les lampes fluorescente mais ont un rendement plus
faible.
Nous remarquons que l’énergie consommée a une relation proportionnelle avec le type de lampe, la puissance, et
le nombre d’ampoule utilise ainsi que l’énergie produit.par contre on va voir que la puissance crêt d’un générateur dépend de
l’irradiation du lieu dans un cote, et le nombre de modules nécessaires pour notre charge ainsi que le nombre de branches est
varie contrairement par apport a les données de notre site.
1.
Conclusion
Apres cette partie de simulation on a pu déterminée pour chaque cas les dimensions du système solaire PV adaptée
en fonction des données de la surface a éclairée et le flux solaire du site pour chaque saison en fixons les caractéristiques des
éléments a utilisée pour l’installation ; ces résultants nos montre la différence pour chaque type de lampe choisi et d’une
saison a une autre.
On constat que les lampes fluorescent sont les plus intéressent car la dimension du système photovoltaïque sont faible leur
duré de vie et très longue ainsi que leurs prix mais
Leurs luminosité est faible, mais pour cet application il est suffisant (place public le but est le repérage).
Dans ce cas il est préférable d’utilisé les lampes ce qui est varie mondialement car la vente des lampes basse
consommation dépasse maintenant celle des lampes à incandescence.
Alors on peut dire que l’éclairage représente un potentiel d’économies (en énergie et en puissance. Et c’est un
secteur stratégique pour la maîtrise de la demande d’énergie
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19-21 Mars, 2012, Hammamet, Tunisie
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Référence :
[1] Amardjia-Adnani Hania « ALGERIE ENERGIE SOLAIRE ET HYDROGENE » ; Edition : 1.02.4896 ; office des
publications Universitaire 5-2007.
[2] : Ahmed khedim « l’énergie solaire » ; ISBN : 9973-37-124-0 ; centre de publication Universitaire, Tunis 2003.
[3] : M.E.M- Brahim « Situation des énergies renouvelables en Algérie » ; Mai 2001.
[4]: F.youcef .Ettoumi, L.nacet, A. Adane, H. Sauvaget « Génération du Gisement Quotidien en Algérie » 3ème Séminaire
National en Génie électrique 29.31 PP25 1, 256, 2001.
[5] : T. NKOUIMI Max Jimmy ; ingénieur, Option Génie électrique a l'Ecole Nationale Supérieure Polytechnique de
Yaoundé Par Année académique 2008-2009.
[6] : Bernard EQUER « Energie solaire photovoltaïque » ; volume 1 ; école d’été (électricité solaire pour les zones rurales
et isolant .Edition Marketing 1993 .ISBN 2_7298_9345_8 [7] : Pascal. Pernet « Développement de cellules solaires en
Silicium amorphie de type `np' sur substrats souples » Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Thèse n°
:2303, 2000.
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