العلمي البحث و العالي التعليم وزارة
Badji mokhtar Annaba university
UNIVERSITE BADJI MOKHTAR-ANNABA – عنابة مختار باجي جامعةJuin 2019
Faculté des Sciences de l'ingénieur
Département électrotechnique
MEMOIRE
Présenté en vue de l'obtention du diplôme de Master
Intitulé :
Domaine : Sciences et technologieFilière : Electrotechnique
Spécialité : réseau électrique
Rédigé Par :
Chadlia Hanene
Baghana Chems Edine
Devant le jury composé par :
Président : Mr Labar Hocine Pr Université Badji Mokhtar-Annaba
Directeur de memoir : Mr Mesbah Tarek MCA Université Badji Mokhtar - Anaaba
Examinateurs : Mm Benalia Nadia MCB Université Badji Mokhtar-Annaba
Rapporteur : Mr Kherouf Mohamed l’OS - Sonelgaz
INSTALATION D’UNE CENTRALEPHOTOVOLTAIQUE DANS LE RESEAU
ISOLE D’ADRAR (P.I.A.T)
Résumé
Résumé :
Le travail présenté dans ce mémoire a été effectués au sein du département
d’électrotechnique, faculté des sciences de l’ingénieur de l’université de BADJI
MOKHTAR -ANNABA, sous la direction de Monsieur Mesbah Tarek, et au
niveau de l’opérateur de système de SONELGAZ sous la direction de monsieur,
Kherouf Mohamed, à qui on présente l’expression de nos profondes gratitudes
pour tous les conseils et les encouragements qu’ils nous ont prodigué pendant
toute la durée de ce travail.
Dans ce mémoire nous avons comme objectif : d’étudier, et simuler le réseau du
pole I’N –SALAH, ADRAR, TIMIMOUNE, (P.I.A.T) et améliorer ses
paramètres électriques par l’injection d’une centrale photovoltaïque de 30 MWc
dans la région qui représente un manque de puissance à plus court terme par le
calcule d’évolution de taux de développement dans chaque région ,et voir
l’influence de cette centrale sur tous le réseau d’ADRAR.
Abstract :
the work presented in this thesis was carried out in the Department of Electrical
Engineering, Faculty of Engineering Sciences of the University of BADJI
MOKHTAR -ANNABA, under the direction of Mr. Mesbah Tarek, and at the
level of the operator system of SONELGAZ under the direction of Mr ,
Kherouf Mohamed, to whom we express our deep gratitude for all the advice
and encouragement they have given us throughout the duration of this work.
In this thesis we aim to: study and simulate the I'N -SALAH, ADRAR,
TIMIMOUNE (PIAT) pole and improve its electrical parameters by injecting a
30 MWc photovoltaic plant into the which represents a short-term lack of power
by the rate of development rate calculation in each region, and see the influence
of this power station on all the ADRAR network.
Résumé
REMERCIEMENTS
Avant tout on remercie ALLAH Qui nous a éclairé le chemin
du savoir.
Ainsi que tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à l’élaboration de
ce présent Mémoire trouve ici.
Au terme de ce projet, nous tenons à exprimer notre gratitude à
Monsieur Mesbah Tarek , notre encadreur de mémoire.
Et puisque qu’on n’avance pas seul, nos sincères remerciements à
Monsieur Kherouf mohamed, pour ses conseils précieux, le
support qu’il nous a fourni, et sa disponibilité durant toute la
période de réalisation de ce projet ainsi que tous le groupe de
L’OS (l’opérateur de système de sonelgaz).
*
Je dédie ce modeste travail
à mon chèr PAPA,
A ma très chère mère qui représente pour moi la source de tendresse et
l’exemple du dévouement qui n’a pas cessé de m’encourager et de prier
pour moi,
A mes frères et à toute ma famille,
Et à mon collègue du travail Baghana C.
CHADLIA HANENE
Dédicace :
Je dédie ce modeste travail,
qui est le résultat de longue année d’étude
A mes très chers parents, à qui je dois le plus grand respect, et qui
représente
pour moi l’exemple du sacrifice.
A mes frères et à toute ma famille,
Et à mon collègue du travail Chadlia H
BAGHNA CHEMS EDD
Dédicace :
Liste des figures :
Introduction générale :
Figure.1 : Production d’électricité d’origine renouvelable des pays phares au cours de
l’année2014 : …………………………………………………………………………………4
Figure.2 : Évolution de la production mondiale d’électricité d’origine renouvelable en MW :
………………………………………………………………………………………………4
Figure.3 : Evolution de la production mondiale d’électricité à partir des énergies
renouvelables : ………………………………………………………………………………..5
Figure.4 : Évolution des énergies renouvelables par type d’énergies dans les différents
secteurs entre 2005 et 2021 :………………………………………………………………… 5
Figure.5 : Perspective sur le programme des énergies renouvelables algérien 2015-2030 : 6
Chapitre I
Figure (I.1) : consommations des différentes énergies dans le monde en 2017 :……………12
Figure. (I.2) : Ressources annuelles d’origine renouvelable disponibles à la surface de la
terre :………………………………………………………………………………….12
Figure. (I.3) : le système d’une centrale hydraulique : ……………………………..13
Figure. (I.4) : la géothermie de haute énergie :………………………………………13
Figure (I.5) : énergie biomasse : ……………………………………………………..14
Figure. (I.6) : système éolien offshore : ………………………………………………15
Figure. (I.7) : les types d’énergie solaire : …………………………………………..16
Figure. (I.8 )la constitution d’un système PV connecté au réseau :……………………….. 17
Figure. (I.9): Géométrie schématique des rapports terre-soleil : ……………………19
Figure. (I.10) : position du soleil d’après l’origine O :………………………………21
.Figure. (I.11) : Types de rayonnement solaire reçus au sol : ………………………..22
Figure. (I.12) : Rayonnement solaire capté par un plan horizontal et incliné :………….23
Figure. (I.13) : Intensité de l’ensoleillement reçu sur un plan horizontal et incliné :….23
Figure. (I.14) : schéma d’un système PV en mode autonome : ……………………….24
Figure. (I.15): principe de fonctionnement du pompage au fil du solei :25
Figure. (I.16) : une centrale PV en mode autonome :………………………………. 26
Figure. (I.17) mode d’exploitation d’un système PV (connecté au réseau) :………..26
Figure. (I.18) Mode d’exploitation d’un système photovoltaïque (hybride) :…….. 27
Chapitre II :
Figure. (II.1) : principe de fonctionnement d’une cellule PV : ……………32
Figure. (II.2): quelques types de cellules : ………………………………...34
Figure. (II.3) : montage de 2 panneaux en série : …………………………..36
Figure. (II.4) montage de 2 panneaux en parallèle :……………………….. 36
Figure. (II.5) : schéma explicatif du phénomène : ………………………….37
Figure. (II.6) : dopage de type N :………………………………………… 38
Figure. (II-7) : dopage de type P :…………………………………………. 38
Figure. (II.8) : Schéma électrique d’une cellule solaire idéale : …………...39
Figure. (II.9) : schéma électrique réel d’une cellule PV : ………………….40
Fig. (II.10) : mise en évidence de MPP : …………………………………….41
Figure. (II.11) : caractéristique I(v) et P(v) d’une cellule solaire : …………43
Figure. (II.12) : Les différentes zones de Caractéristique I(V) D’un générateur
Photovoltaïque: ………………………………………………………………43
Figure. (II.13) la caractéristique des hacheurs : ……………………………44
Figure. (II.14) : hacheur à base de thyristor :………………………………. 45
Figure. (II.15) : hacheur à base de diode : …………………………………45
Figure.( II.16) : Caractéristiques idéales des interrupteurs : ………………….46
Figure. (II.17) : les caractéristiques possible des hacheurs :…………………. 46
Figure. (II.18) : la strecture d’un hacheur non réversible : …………………....46
Figure. (II.19) : la configuration d’un hacheur série (dévolteur ) : ……………47
Figure. (II.20) : le schéma d’hacheur série : ……………………………………47
Figure. (II.21) : le schéma d’hacheur parallèle : …………………………………48
Figure. (II.22) : la forme d’onde d’un hacheur survolteur : ……………………..49
Figure. (II.23) : le symbole d’un onduleur autonome : …………………………50
Figure. (II.24) : filtrage de la tension par l’inductance de sortie : ………………51
Figure. (II.25): Circuit utilisant des thyristors (source ISET) : ………………………..52
Figure. (II.26) : Circuit à pont de transistors avec convertisseur élévateur : …………..52
Figure. (II.27 : Circuit à 3 étages avec transformateur haute fréquence : ……………..52
Figure. (II.28) : Circuit à 4 étages avec montage push pull* : ……………………53
Figure. (II.29) : Onduleur sans transformateur* dit « à Topologie de Karschny : ……..54
Chapitre III :
Figure. (III.1): Interconnexions internationales existantes : …………………….58
Figure. (III.3) :le schéma de réseau RIN : …………………………………………69
Figure. (III.4) : schéma d’exploitation du PÔLE IN SALAH-ADRAR-TIMIMOUNE (PIAT) : 66
Chapitre IV :
Figure (IV-1) : l’interface de PSAT : …………………………………………………………65
Figure (IV-2) : la simulation réel du réseau [PIAT] sur PSAT :………………………………66
Figure (IV-3) : la simulation du réseau PIAT après l’injection d’un é 2me transformateur :…..67
Figure (IV-4) : la simulation du réseau PIAT après l’installation d’une centrale PV :……67
Liste des Tableaux :
Tableau (I-1) : Rapport réserve prouvée / production annuelle des différentes ressources non
renouvelables…………………………………………………………………………………….10.
Tableau ( I-2 ): représentant le potentiel solaire en Algérie : ………………………………………..28
Tableau (II-1) : récapitulative de types des panneaux solaire : …………………….35
Tableau (III-1) : Représentation de l’évolution des taux de développement de la consommation: 61
Tableau (III-2) : Evolution des taux de développement après l’ajout de 2ième
transformateur..62
Listes des Acronymes et Symboles :
Acronymes:
• CSP : Concentration Solar Power
• PV : photovoltaïque.
• TSL : Temps Standard Local.
• TSV : Temps Solaire Vrai.
• THD : taux de distorsion harmonique.
• MPP : Point de fonctionnement optimal ‘Maximum Power Point’.
• MPPT : Suiveur/Algorithme du Point de fonctionnement optimal.
• DC= CC : Courant Continu.
• AC=CA : Courant alternatif.
• CDER : Centre de Développement des Énergies Renouvelable.
• FNER : Fonds National pour les énergies renouvelables et la cogénération
• MLI : modulation de largeur d’impulsion/
• IGBT : Le transistor bipolaire à grille isolée (Insulated Gate Bipolar Transistor)
• GTO : Le thyristor à extinction par la gâchette (GateTurn-Off Thyristor)
• MOSFET : Un transistor à effet de champ à grille isolée plus couramment
• (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
• PUSH-PULL : Un montage push-pull est un convertisseur continu-alternatif (onduleur)
dont la présence d’un transformateur* à point milieu permet d’une part d’élever ou
d’abaisser la tension enjouant sur le rapport de transformation, et d’autre part
d’économiser 2 transistors et deux diodes (par rapport à un onduleur de pont).
• SKTM : shereket Kahraba attakat el motajaddida
symbols:
• WC : watt créte
• A : constante de radiation = 3.74x10-16 W/m2 5
• B:= 14.39x 10-3 m.K
• ES: éclairement de la surface du soleil ;
• E0: éclairement en dehors de l’atmosphère terrestre, appelé constante solaire ;
• AS: Surface du soleil ;
• A0T : Surface de la sphère dont le rayon est l’orbite de la terre/soleil.
• ζ =5.67x 10-8 W/m2.K4est la constante de Stefan-Boltzmann
• Λ : longitude géographique du site
• (λ) : Ensoleillement dans le plan des panneaux (W/m2)
• (Tc) :Température de jonction des cellules (°C)
• (Ipv): Courant fourni par le groupe de panneaux (A)
• (Vpv): Tension aux bornes du groupe (V)
• (IPH) : Courant photoélectrique
• (ISH) : Courant passant dans la résistance shunt
• (ISC) : courant de court-circuit à 25°C et 1000 W/m2
• (KI) : coefficient de température de la cellule
• (Tref) : température de référence des panneaux
• (IRS) : courant de saturation ;
• (k) : constante de Boltzmann (1,38.10-23 J/K)
• (q) :charge élémentaire (1,6.10-19 C)
• (A) : facteur d’idéalité de la jonction (cellule PV) p-n.
• (EG): est l’énergie de gap
• (ID) : courant traversant la diode.
• (VT ): tension thermique
• (Is) : courant de saturation.
• (VD) : tension à la borne de la diode.
• (T) : température absolue (en kelvin)
• (RSh): Résistance shunt de la cellule PV.
• (RS) : Résistance série de la cellule PV.
• (ICC) : Courant de court-circuit d'une cellule ou d'un module solaire [A].
• (VCO) : Tension en circuit ouvert d’un module solaire [V].
• (ISh): Le courant circulant dans la résistance Rsh.
• (FF) : Facteur de forme.
• (η) : Rendement.
• (V mpp ) = Vm: Tension d'un module PV au point de puissance maximale [V].
• (I mpp) = Im : Courant d'un module PV au point de puissance maximale [A].
• (E) : Ensoleillement [W/m²].
• (T) : Température de la jonction des cellules PV [°K].
Table des matières
Introduction générale..........................................................................................1
Chapitre I : Etat de l’art du système photovoltaïque...........................................8
Introduction :....................................................................................................9
I.1.1 Ressources énergétiques :........................................................................10
I.1.1.1 Ressources non renouvelables ou non renouvelables (Epuisables) :..................................................................................................10
I.1.1.2 Ressources renouvelables (Non épuisables) :.....................................11
L’énergie solaire :..................................................................................12
I.1.2 Les diférents types d’énergies renouvelables :........................................13
L’énergie hydraulique :...................................................................................13
L’énergie Géothermique :............................................................................13
L’énergie de la Biomasse :...........................................................................14
L’énergie Eolienne :.....................................................................................15
L’énergie Solaire :........................................................................................15
L’énergie solaire Thermique :......................................................................16
L’énergie solaire Photovoltaïque :...............................................................16
I.2 Le potentiel solaire :..................................................................................17
I .2.1 Potentiel solaire extraterrestre :.........................................................17
I .2.1.1 Rayonnement solaire extraterrestre :..............................................17
I 2.1.2 Temps solaire vrai (TSV) :.................................................................19
I .2.1.3 Position du soleil :............................................................................19
I.2.2 Rayonnement solaire :............................................................................21
Spectre solaire :...........................................................................................21
Le rayonnement direct................................................................................21
Le rayonnement difus :...............................................................................21
Le rayonnement réféchi ou l’albédo du sol :...............................................22
I .3 Le système photovoltaïque :....................................................................23
I.3.1 Domaines d’application de l’énergie photovoltaïque :...........................24
1.3.2 Modes d’exploitation d’un système photovoltaïque :............................24
1.3.2.1 Mode autonome :................................................................................24
a) Pompage de l’eau :................................................................................25
b) Centrales photovoltaïques (PV) :............................................................25
I.3.2.2 Mode connecté au réseau :...............................................................26
1.3.2.3 Mode hybride :....................................................................................26
I.4 Avantages et inconvénients :....................................................................27
Avantage................................................................................................27
Inconvénients :......................................................................................28
Le potentiel solaire en Algérie :......................................................................28
I.5 L’avenir du photovoltaïque :......................................................................29
Conclusion.........................................................................................................29
Chapitre II : Modélisation d’un système photovoltaïque....................................30
Introduction....................................................................................................31
II.1 Défnition de la cellule photovoltaïque :...................................................31
II.1.1 Principe de fonctionnement :..............................................................31
II.1.2 Les types des cellules :.......................................................................31
1ère génération :.....................................................................................32
2ième génération :....................................................................................33
3ième génération :....................................................................................34
II.2 Les diférents montages des panneaux photovoltaïques :.......................35
Le montage de panneaux PV en série :.................................................35
Le montage des panneaux en parallèle :...............................................37
II.3 Les semi-conducteurs :.............................................................................37
II.3.1 Dopage du silicium :...........................................................................37
II.4 Caractéristiques physiques des cellules photovoltaïques :.......................39
II.4.1 Schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque :.............................39
II.5 Paramètres des cellules photovoltaïques :...............................................41
II.5.1 Courant de court-circuit ICC :.............................................................41
II.5.2 Tension à circuit ouvert VOC :............................................................41
II.5.3 Puissance débitée P :..........................................................................41
II.5.4 Facteur de forme :..............................................................................42
II.5.5 Le rendement :...................................................................................42
II.5.6 L’équation caractéristique de la cellule photovoltaïque :...................42
II.5.7 Les zones de la caractéristique I(V) d’un générateur photovoltaïque :...........................................................................................43
II.6 Généralités et principes de fonctionnement des hacheurs :....................44
II.6.1 Défnition des hacheurs :....................................................................44
II.6.2 Les types des hacheurs :....................................................................44
II.7 Modélisation du hacheur dévolteur :........................................................45
a) Structure générale des Hacheurs :..........................................................45
b) Les confgurations des hacheurs :...........................................................46
II.8 Etude de quelques structures de hacheurs non réversibles :...................47
II.8.1 Hacheur dévolteur (ou série) :............................................................47
II.8.2 Hacheur survolteur ou parallèle :.......................................................48
II.9 Les convertisseurs DC/AC :.......................................................................49
II.9.1 Défnition :..........................................................................................49
II.9.2 Caractéristiques propres à un onduleur pour un système photovoltaïque :...........................................................................................50
II.9.3 Principaux types d’onduleurs :............................................................51
Conclusion..........................................................................................................54
CHAPITRE III : Etude du réseau isolé du pôle d’In Salah, Adrar et Timimoune (PIAT)..............................................................................................55
Introduction.......................................................................................................56
III.1 Evolution de la consommation d’électricité en Algérie :.............................56
III.2 Evolution du réseau électrique Algérien :...................................................56
Transport d’électricité :..........................................................................57
III.3 Evolution de la puissance maximale appelée (PMA) :.................................58
Le Réseau Interconnecté du Nord « RIN » :...........................................58
Le pôle d’IN SALAH, ADRAR et TIMIMOUNE « PIAT » :............................59
Les Réseaux Isolés du Sud « RIS » :.......................................................60
III.4 Identifcation du réseau isolé d’ADRAR (PIAT) :..........................................63
III.4.1 Identifcation du parc de production et de la puissance réalisée dans le réseau PIAT (2018) :...........................................................................61
Taux de développement de la consommation :....................................61
III.4.1.1 Analyse des données :.......................................................................61
La problématique :....................................................................................62
La solution proposée :...............................................................................63
Conclusion :.......................................................................................................63
Chapitre IV : Simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale photovoltaïque de 30 MWC...............................................................................64
Introduction :.....................................................................................................65
IV-1 outils de simulation :..................................................................................65
IV-1-1 Utilisation de PSAT [12] :......................................................................66
IV-2 : la simulation du réseau PIAT réel sur PSAT :............................................66
IV-3 : les résultats de simulation :.....................................................................68
IV-3-1 : les résultats du 1 er essai (Réseau réel) :.......................................72
IV-3-2 : les résultats du 2ème essai (après l’injection d’un 2ème transformateur) :.........................................................................................75
IV-3-3 : les résultats de simulation de 3eme essai (l’installation du transformateur et l’injection du centrale PV) :.................................................
Conclusion :.......................................................................................................79
Conclusion générale..........................................................................................80
Bibliographie.....................................................................................................83
Introduction générale
1
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction générale
Introduction générale
2
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction générale
L’énergie est l’un des moteurs de développement des nations et des sociétés. La
civilisation industrielle s’est bâtie autour de l’exploitation du charbon à la fin du 18e
siècle, puis sur l’intérêt des réserves pétrolières au milieu du 20e siècle, et depuis la
consommation de l’énergétique est en très forte croissance dans toutes les régions du
monde.
Face à une demande croissante d’énergie et à l’épuisement plus ou moins à long
terme en particulier les énergies fossiles, la crise pétrolière de 1973 a accéléré la
décision de certains pays à mener une politique orientée vers le nucléaire,
malheureusement, les déchets nucléaires ont posé d’autres problèmes en termes de
pollution radioactifs, nous citons aussi le problème que présente le démantèlement
des vieilles centrales nucléaires qui a accentué le risque industriel et la pollution de
l’environnement. Sachant que les sources d’énergie fossiles contribuent à un
changement global du climat, favorisent la constitution des pluies acides et la
pollution de notre planète. Les organisations mondiales pour la protection de
l’environnement signalent que la concentration de CO2 a augmenté de 25% depuis
l’ère préindustrielle et elle doublera au environ 2050. Depuis 1900 et à ce jour la
concentration de CO2 a provoqué une augmentation de la température de 0,3 à 0,6°,
les scientifiques prévoient une augmentation de la température moyenne de 1 à 3,5°C
d’ici à l’année 2100, ce qui augmentera le taux de réchauffement de la planète, dont
les conséquences peuvent provoquer une augmentation du niveau de la mer de 15 à
95 cm d’ici à l’année 2100.
Pour subvenir aux besoins en énergie de la société actuelle et future, il été nécessaire
de trouver des solutions adaptées et de les diversifier. Actuellement, il y a
principalement deux façons possibles d’agir :
- La première est de diminuer la consommation des récepteurs d’énergie,
d’augmenter la productivité des centrales en améliorant leur efficacité et en
optimisant leurs fonctionnements.
Introduction générale
3
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
- La deuxième consiste à trouver et à développer de nouvelles sources
d’énergie.
Les énergies renouvelables fournies par le soleil, le vent, la chaleur de la terre, les
chutes d’eau, les marées ou encore la croissance des végétaux, qui n’engendrent pas
ou peu de déchets ou d’émissions polluantes, participent à la lutte contre l’effet de
serre et les rejets de CO2 dans l’atmosphère, facilitent la gestion raisonnée des
ressources locales, génèrent des emplois. Le solaire (Photovoltaïque et thermique),
l’hydroélectricité, l’éolien, la biomasse, la géothermie sont des énergies à
flux inépuisables [9].
Perspectives des énergies renouvelables dans le monde :
Ressources illimitées et disponibles, les énergies renouvelable représentent une
chance pour plus de deux milliards et demie de personnes dans le monde en
particulier dans les pays du tiers monde et les habitants des régions isolées,
d’accéder à l’électricité. Ces atouts, alliés à des filières de plus en plus performantes,
favorisent le développement des énergies renouvelables et suscitent l’intérêt des
grands pays industrialisés caractérisé par d’importants investissements dans ce
domaine figures (1, 2, 3 et 4)[9].
Introduction générale
4
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure(1) : La production d’électricité d’origine renouvelable des pays phares en 2014 [9]
Figure (2) : L’évolution de la production mondiale d’électricité d’origine renouvelable en MW [9].
Introduction générale
5
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (3) : L’évolution de la production mondiale d’électricité à partir des énergies renouvelables
[9].
Figure (4) : L’évolution de la consommation des énergies renouvelables par type d’énergies dans
les différents secteurs entre 2005 et 2021 [9].
Perspectives des énergies renouvelables en Algérie :
De sa part sa situation géographique, l’Algérie ne peut que favoriser le
développement de l’utilisation des énergies solaire et éolienne. Ainsi, en Algérie,
l’enjeu du développement des énergies renouvelables ne peut être qu’important. En
effet, ces énergies permettront de couvrir la demande, de plus en plus croissante, des
besoins énergétiques de base nécessaires pour le développement socio-économique
du pays. En février 2015, le gouvernement Algérien a adopté son programme de
développement des énergies renouvelables pour la période 2015-2030 (1). La
première phase du programme a démarré en 2011 et a permis la réalisation d’études
sur le potentiel national et la création de projets pilotes, ce programme a pour
Introduction générale
6
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
objectifs la réalisation à base de ressources d’énergie renouvelable, plus de 4,5 GW
d'ici à 2020 et 22 GW à l’horizon 2030, dont :
• 13 575 MWc de solaire photovoltaïque,
• 5 010 MW d'éolien,
• 2 000 MW de solaire thermodynamique (CSP),
• 1 000 MW de biomasse (valorisation des déchets),
• 400 MW de cogénération,
• 15 MW de géothermie.
Figure (5) : Les perspectives du programme national des énergies renouvelables algérien
2015-2030 [9]
Dans ce cadre, le présent mémoire décrit une étude l’intégration de l’énergie solaire
photovoltaïque dans un réseau isolé d’Adrar.
Introduction générale
7
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Le premier chapitre est consacré à l’état de l’art des systèmes photovoltaïques et en
particulier le potentiel solaire (Le rayonnement, la position du soleil …etc.) avec les
différents modes d’exploitation de cette technologie ainsi que ses domaines
d’application.
Le deuxième chapitre est consacré à la modélisation d’un système photovoltaïque et
les différents éléments d’un générateur PV (Panneaux, hacheurs et onduleurs).
Le troisième chapitre est consacré à l’étude du réseau du pôle d’In Salah, d’Adrar et
Timimoune qui consiste à :
1/ Déterminer les différents points défaillants et critiques de ce réseau.
2/ Traiter et synthétiser les informations et les statistiques des différents paramètres
électriques de ce réseau (De 2011 à 2018).
3/ Déterminer les première actions de mise à niveau du réseau comme 1ère action.
4/ Voir l’importance de l’intégration d’un système photovoltaïque (PV) pour
l’amélioration des paramètres électriques et la qualité d’énergie dans ce réseau.
Le quatrième chapitre est consacré à la réalisation du réseau PIAT simulé sur PSAT
et à la comparaison entre le réseau réel actuel et les différentes variantes de
simulation pour l’amélioration de ce réseau (Avec et sans l’injection d’une source
PV).
Et enfin une conclusion générale qui résume le travail réalisé.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
8
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre I :
Etat de l’art du système photovoltaïque
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
9
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction
Les activités énergétiques humaines doit actuellement faire face à un double défi,
d’une part, les ressources énergétiques conventionnelles ne pourront répondre
indéfiniment à la demande, ce qui impose d’envisager de nouveaux moyens de
production d’énergie permettant de répondre aux besoins énergétiques des
générations futures, d’autre part, les émissions de gaz à effet de serre causées par nos
activités énergétiques qui sont les responsables majeurs du changement climatique.
La prise de conscience simultanée de l’épuisement des ressources conventionnelles et
de l’impact de nos consommations d’énergie doit notamment nous amener au
développement de nouveaux modes de production d’électricité ainsi qu’à une
consommation plus rationnelle de nos ressources.
Dès le 21ième siècle et particulièrement dans les pays industrialisés, ces ressources
furent progressivement marginalisées aux profits d'autres sources d'énergie que l'on
pensait plus prometteuses, dès lors, la pollution atmosphérique, le réchauffement
climatique, les risques du nucléaire et les limites des ressources ont fait prendre
conscience qu'un développement économique respectueux de l'environnement, dans
lequel nous vivons, est nécessaire.
Les énergies renouvelables constituent donc une alternative aux énergies
fossiles à plusieurs titres :
• Elles sont généralement moins perturbatrices de l'environnement, elles
n'émettent pas de gaz à effet de serre et ne produisent pas de déchets ;
• Elles sont inépuisables ;
• Elles autorisent une production décentralisée adaptée à la fois aux ressources
et aux besoins locaux ;
• Elles offrent une importante indépendance énergétique.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
10
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
I.1 Contexte énergétique mondial :
Dans cette partie, nous allons comparer les ressources et les besoins énergétiques au
niveau mondial.
La distinction sera faite entre ressources non renouvelables (fossiles et fissiles) et
ressources renouvelables. Une attention particulière sera portée sur l’énergie
électrique [4].
I.1.1 Ressources énergétiques :
I.1.1.1 Ressources non renouvelables ou non renouvelables (Epuisables) :
Une ressource est dite non renouvelable lorsque sa consommation aboutit à sa
diminution notable à l’échelle des temps humains.
Les principales sources d’énergies non-renouvelables sont dérivées des
hydrocarbures, tels que le pétrole, le gaz naturel, et les huiles.
On peut classer les énergies non-renouvelables en deux grandes familles :
1. Énergie fossile : notamment le charbon, le gaz naturel et le pétrole. Leur vitesse de
régénération est extrêmement lente à l'échelle humaine, et la consommation intensive,
d'où les risques d'épuisement actuels.
2. Énergie nucléaire : les gisements d'uranium étant limités, et son stock ne se
reconstitue pas à l’échelle de la vie du système solaire. Seule la fusion nucléaire
pourrait, à condition d'être industriellement maîtrisée, produire de l'énergie sur le très
long terme [4].
Ces ressources sont donc définies comme non renouvelables car leur épuisement au
rythme de leur consommation actuelle est inévitable.
Ressource réserve prouvé Production annuelle
Pétrole 40 ans
Gaz 57 ans
Charbon 220 ans
Uranium 77 ans
Tableau (I.1) : Le rapport réserve prouvée / production annuelle des différentes ressources non
renouvelables [4].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
11
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Les réserves prouvées en énergie fossile et fissile sont aujourd’hui assez correctement
estimées, il est alors possible de déterminer le rapport entre réserve prouvée et
production annuelle correspondant à la période d’exploitation de la ressource avant
extinction de celle-ci Tableau (1.1). Bien entendu, ces données étant issues de
travaux de prospections géologiques bien qu’une certaine incertitude plane autour de
leur valeur, cependant, il est hautement probable que nous nous trouvons
actuellement autour du "peak oil" ou pic de Hubbert correspondant au maximum de
la production mondiale de pétrole, date à partir de laquelle la production mondiale de
pétrole commencera à diminuer du fait du déclin des capacités de production.
Bien que ce pic concernant les autres énergies fossiles et fissiles ne soit pas encore
atteint, ces ressources ne représentent qu’une solution à court terme (Probablement
moins d’un siècle) pour répondre aux besoins énergétiques mondiaux[4].
I.1.1.2 Ressources renouvelables (Non épuisables) :
Une source d'énergie est dite renouvelable si le fait d'en consommer ne limite pas son
utilisation future. C'est le cas de l'énergie du soleil, du vent, des cours d'eau, de la
terre et généralement de la biomasse humide ou sèche, à l’échelle de la durée de vie
de l’humanité, qui n'est pas le cas pour les combustibles fossiles et nucléaires.
L’utilisation des énergies renouvelables n’est pas nouvelle. Autrefois, les moulins à
eau, à vent, bois de feu, traction animale, bateaux à voile ont largement contribué au
développement de l’humanité, elles constituaient une activité économique à part
entière, notamment en milieu rural où elles étaient aussi importantes et aussi
diversifiées que la production alimentaire, mais dans les pays industrialisés, dès le
19ième siècle, elles furent progressivement marginalisées aux profits d'autres sources
d'énergie que l'on pensait plus prometteuses.
Une grande partie du monde ne sera sans doute jamais raccordée aux réseaux
électriques dont l'extension s'avère trop coûteuse pour les territoires isolés, peu
peuplés ou difficilement accessibles [4].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
12
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (I-1) : Les consommations des différentes énergies dans le monde en 2018 [15].
La Figure (I.1) représente les différentes ressources renouvelables disponibles à la
surface de la terre. Selon l’origine de l’énergie, il est possible de distinguer :
✓ L’énergie solaire : La terre est en permanence soumise à un rayonnement
solaire fluctuant avec une période majeure annuelle. En moyenne annuelle, la
terre intercepte environ 1600×1015
kWh, qu’on peut le départagé (Suivant les
recherches établies dans le monde) à :
✓ Environ 30% sont directement réfléchis par les couches hautes de
l’atmosphère terrestre et sont renvoyés dans l’espace.
✓ 45% sont transformés en chaleur puis rayonnés sous forme d’infrarouge dans
l’espace.
✓ 25% sont convertis en surface et dans l’atmosphère, donnant naissance aux
phénomènes de houle et de vent.
✓ 0,06% sont exploités par la photosynthèse.
Figure (I.2) : Les ressources annuelles d’énergie renouvelable disponibles à la surface de la terre
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
13
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
I.1.2 Les différents types d’énergies renouvelables :
• L’énergie hydraulique :
L'énergie hydraulique permet de fabriquer de l'électricité, dans les centrales
hydroélectriques, grâce à la force de l'eau, cette force dépend soit de la hauteur de la
chute d'eau (Centrales de haute ou moyenne chute), soit des débits des fleuves et des
rivières (Centrales qui fonctionnent au fil de l'eau).
L'énergie hydraulique dépend du cycle de l'eau, elle est la plus importante source
d'énergie renouvelable. Sous l'action du soleil, l'eau des océans et de la terre
s'évapore, elle se condense en nuages qui se déplacent avec le vent. La baisse de
température au-dessus des continents provoque des précipitations qui alimentent l'eau
des lacs, des rivières et des océans[2].
Une centrale hydraulique est composée de 3 parties :
✓ le barrage qui retient l'eau
✓ la centrale qui produit l'électricité
✓ les lignes électriques qui évacuent et transportent l'énergie électrique.
Figure (I.3) : Le système d’une centrale hydraulique [2].
• L’énergie Géothermique :
La géothermie consiste à capter la chaleur contenue dans la croûte terrestre pour
produire du chauffage ou de l’électricité.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
14
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (I.4) : La géothermie de haute énergie [2]
On considère 3 types d’énergies :
1. La géothermie à haute énergie.
2. La géothermie à basse énergie.
3. La géothermie à très basse énergie.
• L’énergie de la Biomasse :
L'énergie issue de la biomasse est une source d'énergie renouvelable qui dépend du
cycle de la matière vivante végétale et animale.
Figure (I.5) : L’énergie Biomasse [2]
Elle est la forme d'énergie la plus ancienne utilisée par l'homme depuis la découverte
du feu à la préhistoire. Cette énergie permet de fabriquer de l'électricité grâce à la
chaleur dégagée par la combustion de ces matières ou du biogaz issu de la
fermentation de ces matières, dans des centrales biomasses.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
15
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
• L’énergie Eolienne :
L’énergie éolienne est l’énergie cinétique des masses d’air en mouvement autour du
globe. La racine étymologique du terme « Eolien » provient du nom du personnage
mythologique Éole, connu en Grèce antique comme le maître des vents.
L’énergie éolienne est une forme indirecte de l’énergie solaire : les rayons solaires
absorbés dans l’atmosphère entraînent des différences de température et de pression.
De ce fait les masses d’air se mettent en mouvement et accumulent de l’énergie
cinétique, celle-ci peut être transformée et utilisée à plusieurs fins :
✓ la transformation en énergie mécanique
✓ la production d'énergie électrique.
Donc on peut dire que l’énergie éolienne est une énergie renouvelable qui ne produit
pas directement de gaz à effet de serre en phase d’exploitation [2].
Figure(I.6) : Le système éolien offshore [2]
• L’énergie Solaire :
L'énergie solaire est une source d'énergie qui dépend du soleil. Cette énergie permet
de fabriquer de l'électricité à partir de panneaux photovoltaïques ou des centrales
solaires thermiques, grâce à la lumière du soleil captée par des panneaux solaires.
Le soleil, bien que distant de plus de 150 millions de kilomètres de nous, demeure
notre plus grande source d'énergie même si elle est intermittente, C’est une énergie
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
16
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
propre qui n'émet aucun gaz à effet de serre et sa matière première, le soleil, est
disponible partout dans le monde, gratuitement et inépuisable.
Figure(I.7) : Les types d’énergie solaire [2]
• L’énergie solaire Thermique :
L'énergie solaire thermique est une forme d'énergie solaire, elle désigne l'utilisation
de l'énergie thermique du rayonnement solaire dans le but
d'échauffer un fluide (Liquide ou gaz). L'énergie reçue par le fluide peut être ensuite
utilisée directement (Eau, chauffage, etc.) ou indirectement (Production de vapeur
d'eau pour entraîner des alternateurs et ainsi obtenir de l'énergie
électrique, production de froid, etc.).
L'énergie solaire thermique provient de la chaleur transmise par
le soleil par rayonnement, elle ne doit pas être confondue avec d'autres formes
d'énergie solaire et notamment l'énergie solaire photovoltaïque qui utilise l'effet
photoélectrique afin de transformer les photons émis par le soleil en électricité.
• L’énergie solaire Photovoltaïque :
L'énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique produite à partir
du rayonnement solaire.
L'énergie produite par une centrale solaire photovoltaïque est dite renouvelable, car
sa source est considérée comme inépuisable à l'échelle de temps humaine.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
17
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Cette énergie n'est cependant pas totalement renouvelable, car la fabrication des
panneaux photovoltaïques, leur installation et leur exploitation consomment de
l'énergie issue en grande partie de sources non renouvelables ; mais un système
photovoltaïque produit entre 20 et 40 fois plus d'énergie que ce qui a été utilisé pour
le fabriquer figure (I.8) [2].
Figure(I.8) : La constitution d’un système PV connecté au réseau.
I.2 Le potentiel solaire :
I .2.1 Potentiel solaire extraterrestre :
I .2.1.1 Rayonnement solaire extraterrestre :
Pour comprendre le comportement du rayonnement du soleil, les caractéristiques du
corps noir devrait être vues brièvement. Le " corps noir " est à la fois un absorbeur et
un émetteur de rayonnement électromagnétique avec 100 % d'efficacité à toutes les
longueurs d'ondes [ 6].
La distribution théorique des longueurs d'onde du rayonnement du corps noir est
mathématiquement décrite par l'équation de Planck comme suite :
E 𝝀 =𝑨𝝀−𝟓
𝒆𝒙𝒑(−𝜷
𝝀𝑻 )−𝟏⁄
(1.1)
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
18
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Avec :
A : constante de radiation avec A= 3.74x10-16 W/m2 5
B:= 14.39x 10-3 m.K
λ: Longueur d’onde en mètre
T : Température absolue en °K
L’ensoleillement, qui représente le flux d’énergie émis par unité de temps et par unité
de surface du soleil, exprimée en W/m2 est donné par la loi de Stefan-Boltzmann :
Es = 𝝈𝑻𝟒
(I.2)
Où ζ =5.67x 10-8 W/m2.K4est la constante de Stefan-Boltzmann ;
T : est la température absolue du corps noir.
L’ensoleillement reçu en dehors de l'atmosphère terrestre, nommée la constante
solaire, peut être approximativement dérivée selon l’expression (1.3), si on suppose
que le soleil est un corps noir :
EsAs = E(0) A(0) T
(I.3)
Avec :
ES : éclairement de la surface du soleil ;
E0 : éclairement en dehors de l’atmosphère terrestre, appelé constante solaire ;
AS : Surface du soleil ;
A0T : Surface de la sphère dont le rayon est l’orbite de la terre/soleil.
La figure (I-9) montre la géométrie schématique des rapports terre-soleil. En
substituant ES par l’équation (1.2) et T par 5762°K, on obtient : E0=1360 W/m2
Puisque l'orbite de la terre ROT n'est pas entièrement constant, E0 change légèrement
tout au long de l’année, on peut déduire que 1300 W/m2<E0< 1390 W/m².
Les mesures, par satellite, indiquent que la valeur moyenne de l’année E0 est de
1367W/m2 ; qui est dans la gamme précédente.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
19
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
En raison de l'orbite elliptique de la terre, l’ensoleillement extraterrestre E0 sur une
surface perpendiculaire au faisceau du soleil dans le jour n de l'année est donné (n
variant de 1 à 365 et ce du 01/01 au 31/12 de l’année) par l’équation suivante :
𝑬𝟎(n) =1+0.033 ( 𝟐𝝅𝒏
𝟑𝟔𝟓 )𝑬𝟎
(I.4)
Figure (I.9) : La géométrie schématique des rapports terre-soleil [8].
I 2.1.2 Temps solaire vrai (TSV) :
Le temps (En heures) appliqué dans les calculs d'énergie solaire est nommé : le temps
solaires vrai, là où le soleil croise le méridien de l'observateur à 12:00. La conversion
du temps standard local (TSL) au TSV est faite par l’équation (I.5) [6] :
TTsv = T Tsl +𝟏𝟐𝒉
𝝅 (ᴧ ref -ᴧ) +Bt (n)
(I.5)
Avec :
Λ : longitude géographique du site
Λref : longitude de référence du TSL
Bt(n) : facteur additionnel qui compte pour les perturbations de rotation de la terre en
heure.
I .2.1.3 Position du soleil :
La position du soleil sur la sphère céleste est donnée par l'angle d'altitude γ et l'angle
d'azimut ψ figure (I.10). Elle dépend de la date, la période du jour, et de la position
géographique de l’observateur [6].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
20
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
La date, en nombre de jours n, détermine l'angle solaire de déclinaison δ de la terre,
qui est au point O en radian. Elle est exprimée par l’équation suivante :
𝜹 = 𝟐𝟑. 𝟒𝟓 𝝅
𝟏𝟖𝟎 sin (2𝝅
𝟐𝟖𝟒+𝒏
𝟑𝟔𝟓 )
(I.6)
Le temps de la journée, en heures, est le reflet d’un angle nommé angle horaire du
soleil, en radian équivalant à l’heure, qui est donné par l’équation suivante[7] :
𝝎 = (TSV- 12h) ∏/12h
(I.7)
L'altitude γ et l'azimut ψ à un certain temps et date, à longitude Λ et à latitude φ, sont
alors calculés à partir des équations (I.8) et (I.9) :
Sin(𝜸) = Sin (𝝋) sin (𝜹) + cos (𝜹) cos (𝜹)
(I.8)
Cos (𝝎) = 𝐬𝐢𝐧(∅) 𝐬𝐢𝐧(𝜸)− 𝐬𝐢𝐧 (𝜹)
𝐜𝐨𝐬(∅)𝐜𝐨𝐬 (𝜸)
(I.9)
A noter que l'azimut solaire ψ est négatif le matin et positif l'après-midi. Pour des
positions sur l'hémisphère nordique, l'angle d'altitude γ est positif entre le lever et le
coucher du soleil ; tandis que sur l'hémisphère méridional, il est négatif. L'angle de
déclinaison δ est défini positif pendant l'été sur l'hémisphère nordique. L'angle de
latitude géographique φ est positif sur l'hémisphère nord et négatif sur l'hémisphère
sud.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
21
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (I.10) : La position du soleil d’après l’origine O [8]
I.2.2 Rayonnement solaire :
• Spectre solaire :
Afin de quantifier l’énergie développée par le générateur photovoltaïque dans une
application donnée, il est nécessaire de connaître le spectre du rayonnement solaire
reçu par le sol. En effet, quatre types de rayonnement ont été répertoriés dans la
littérature :
• Le rayonnement direct
La conversion du rayonnement direct ED est une question trigonométrique. Le
rayonnement direct, sur le plan horizontal, est la différence entre le rayonnement
global et le rayonnement diffus.
Le rayonnement direct est converti pour un plan avec un angle d'azimut α et
d'inclinaison β selon l’équation suivante [8] :
EDαβ =E Dcos (𝜽𝒊)/sin (𝜸)
(I.10)
Avec γ et θi sont donnés selon l’équation (I.8).
A noter que le paramètre E D α β peut être mesuré par un instrument nommé
« Pyroheliometer », qui doit être monté sur la monture du générateur PV.
• Le rayonnement diffus :
C’est dû à l’absorption et à la diffusion d’une partie du rayonnement solaire global
par l’atmosphère et à sa réflexion par les nuages et les aérosols [8] .
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
22
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
• Le rayonnement réfléchi ou l’albédo du sol :
C’est le rayonnement qui est réfléchi par le sol ou par des objets se trouvant à sa
surface du sol, Cet albédo peut être important lorsque le sol est Particulièrement
réfléchissant (Eau, neige, etc.…) [8].
• Le rayonnement global :
Le rayonnement global est subdivisé en rayonnements directs, diffus et reflété par le
sol. Dans la figure ci-dessous figure (I-11) est schématisé l’ensemble des
rayonnements solaires reçu sur une surface terrestre [7].
Figure (I-11) : Les types de rayonnement solaire reçus au sol.
L’intensité du rayonnement solaire reçu sur un plan quelconque à un moment donné
est appelée irradiation ou éclairement (Noté généralement par la lettre G), il
s’exprime en Watts par mètre carré (W/m²).
La valeur du rayonnement reçu par la surface du module photovoltaïque varie selon
la position de ce dernier.
Le rayonnement solaire atteint son intensité maximale lorsque le plan du module
photovoltaïque est perpendiculaire aux rayons :
Dans la figure (I-12) ci-après est illustré l’effet de l’inclinaison des modules
photovoltaïques sur l’intensité de l’éclairement reçu sur leurs surfaces du lever au
coucher du soleil.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
23
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (I.12) : Le rayonnement solaire capté par un plan horizontal et incliné [8].
Figure (I.13) : L’intensité de l’ensoleillement reçu sur un plan horizontal et incliné [8].
I .3 Le système photovoltaïque :
Contrairement au solaire thermique qui transforme le rayonnement solaire en
chaleur, le photovoltaïque produit de l'électricité. Un système photovoltaïque est
composé de petites cellules ou photopiles qu'il suffit de les placer à la lumière pour
obtenir du courant électrique, sans machine tournante (Cf. turbines dans les centrales
nucléaires) et sans bruit.
Grâce aux photopiles, les calculatrices fonctionnent seules (Sans piles chimiques), la
bergerie isolée dispose d'une ampoule, le refuge d'un émetteur radio, le dispensaire de
brousse d'un réfrigérateur à vaccins... Tandis que le solaire thermique fonctionne sous
l'effet de serre, le solaire photovoltaïque repose sur l'effet photoélectrique, découvert
en 1839 par Antoine Becquerel et théorisé en 1922 par Albert Einstein. C'est l'énergie
lumineuse qui arrache un ou plusieurs électrons aux atomes de silicium du capteur,
ces électrons, en se déplaçant, fournissent un courant ou une tension électrique [5].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
24
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
I.3.1 Domaines d’application de l’énergie photovoltaïque :
L’énergie photovoltaïque est exploitée dans une large gamme d’applications :
✓ Électrification rurale (Eclairage, réfrigération…).
✓ Télécommunications (Relais hertzien, relais T.V., relais radiotéléphone…).
✓ Pompage.
✓ signalisation (Routière, aérienne, maritime…), détection.
✓ Protection (Commandes de vannes de sécurité, système d’alarme…).
✓ Stations de mesures (Stations automatiques météorologiques, mesures de débit,
de Niveau, comptage de trafic), …etc [4].
1.3.2 Modes d’exploitation d’un système photovoltaïque :
On distingue trois modes d’exploitation d’un système PV : Autonome, connecté au réseau et
hybride.
1.3.2.1 Mode autonome :
En mode autonome, le générateur photovoltaïque représente la seule source
d’énergie électrique pour alimenter des récepteurs. Ce mode est adopté lorsque le
réseau n’est pas disponible ou lorsque le fonctionnement des récepteurs dépend
uniquement du fil de soleil (Pompage, éclairage, climatisation, chauffage, etc.). La
figure (1-14) explique ce mode.
Figure (I.14) : Le schéma d’un système PV en mode autonome [5].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
25
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
a) Pompage de l’eau :
Dans ce cas d’application, le fonctionnement se fait généralement au fil du soleil.
Ainsi, le panneau PV alimente directement une pompe à travers un onduleur et ce
tant que la puissance de sortie du panneau est capable de faire fonctionner la
pompe.
Ce mode est plus efficace lorsqu’un stockage de l’eau est toujours possible. Un
système de pompage d’eau peut être représenté par la figure (I.15) ci-dessus[4].
Figure (I.15) : Le principe de fonctionnement du pompage au fil du soleil[5].
b) Centrales photovoltaïques (PV) :
Une centrale photovoltaïque est un ensemble de panneaux photovoltaïques
connectés en séries ou en parallèles en vue de délivrer une puissance élevée.
Ce type de centrales est généralement utilisé pour l’électrification des régions
éloignées du réseau et avec le minimum de coût. L’énergie offerte par les
panneaux photovoltaïques passe par un étage hacheur et MPPT pour tirer le
maximum d’énergie, un filtre et un onduleur ce qui garantit une énergie
délivrée en continue et en alternatif. La figure (I.16) donne une vue principale
externe de ces centrales[4].
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
26
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (I.16) : La centrale PV en mode autonome.
I.3.2.2 Mode connecté au réseau :
Dans ce mode, le panneau PV est connecté au réseau électrique. Le système
photovoltaïque est muni de convertisseurs de puissance pour adapter l’énergie
produite par les panneaux PV. Ces convertisseurs sont composés d’un hacheur muni
d’un MPPT, d’un filtre, d’un onduleur et d’une électronique appropriée pour assurer
l’adaptation en amplitude et en fréquence avec le réseau (Accrochage au réseau)
comme le montre la figure (I.17) [4].
Figure (I.17) : Le mode d’exploitation d’un système PV (connecté au réseau)
1.3.2.3 Mode hybride :
Un système d’énergie hybride comporte plus qu’une source d’électricité tel que les
panneaux photovoltaïques, les piles à combustibles, les générateurs éoliens, les
batteries de stockage, les groupes électrogènes…etc. Ce type d’installation est utilisé
pour l’électrification des régions loin du réseau. Il existe plusieurs configurations de
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
27
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
ces systèmes : PV/thermique, PV/batterie, PV/piles à combustibles,
PV/éolienne/batterie, PV/éolienne, PV/groupe électrogène.
Le choix se base essentiellement selon les caractéristiques météorologiques du site
d’implantation. Les systèmes hybrides connectés au réseau ont pour but de renforcer
la source principale d’électricité alimentant le réseau. Ils sont généralement à base de
sources d’énergie renouvelable [5].
Figure (I.18) : Le mode d’exploitation d’un système photovoltaïque (hybride).
I.4 Avantages et inconvénients :
• Avantage :
✓ Absence d'émission de substances polluantes.
✓ Economie en combustibles fossiles.
✓ Fiabilité : les installations ne comportent pas de pièces mobiles (Vie utile
supérieure à 20 ans) ce qu’il la rend particulièrement appropriée aux régions
isolés.
✓ Réduction des coûts de fonctionnement et d'entretien.
✓ Modularité du système (Pour accroître l'énergie produite, il suffit d'augmenter
le nombre de panneaux).
✓ Rendement supérieurs à 40% actuellement et pouvant dépasser les 50%
prochainement.
✓ Plus d’énergie à produire pour moins de surface.
✓ Fonctionnement à des conditions atmosphériques pénibles comme la neige et
la glace.
✓
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
28
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
• Inconvénients :
✓ Le coût initial du développement d'une installation PV est relativement élevé
car le marché n'a pas encore atteint sa pleine maturité du point de vue
technique et économique.
✓ La génération d’énergie est imprévisible en raison de la variabilité de la source
d’énergie solaire.
✓ Le rendement réel d’un module PV est de l’ordre 10à 15%.
✓ L’énergie issue du générateur PV est continu et de faible voltage (<30V) donc
il doit être transformé par l’intermédiaire d’un onduleur.
Le potentiel solaire en Algérie :
Par sa situation géographique, l'Algérie dispose d'un des gisements solaire les plus
élevés au monde.
La durée d'insolation sur la quasi-totalité du territoire national dépasse les 2000
heures annuellement et peut atteindre les 3900 heures (Hauts plateaux et Sahara).
L'énergie reçue quotidiennement sur une surface horizontale de 1m2 est de l'ordre de
5 KWh sur la majeure partie du territoire national, soit près de 1700KWh/m2/an au
Nord et 2263 KWh/m2/An au Sud du pays.
✓ Production CSP : estimé à 169 440 MWh/An
✓ Production PV : estimé à 14 MWh/An
Paramètres Région côtière Hauts Plateaux Sahara
Superficie (%) 4 10 86
Durée moyenne d'ensoleillement (H/an) 2650 3000 3500
Energie moyenne reçue (Kwh/m2/an) 1700 1900 2650
Tableau (I.2) : Le potentiel solaire en Algérie.
Chapitre I : état de l’art du système photovoltaïque
29
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
I.5 L’avenir du photovoltaïque :
Source d'énergie presque à 100% propre et fiable pour des usages très variés, elle
figurera à l'avenir parmi les principales sources mondiales. Son handicap majeur reste
un coût encore élevé comparée par rapport aux autres sources conventionnelles et aux
filières renouvelables. Ce coût présente un amortissement de 10% par an, pour
baisser les coûts, les autorités dans le monde ont engagé une politique de soutien à
long terme de la filière photovoltaïque. C'est précisément l'objectif des programmes
lancés depuis quelques années dans plusieurs pays industrialisés.
Dans notre pays, l'application du PV reste encore modeste. La première utilisation été
dans le domaine des télécommunications, après, certain puits dans les hauts plateaux
ont été équipés par des systèmes de pompages PV. Jusqu’à nos jours, plusieurs
projets d’alimentation en sources PV sont en cours de réalisation et qui entrent dans
le grand projet d’intégrer dans le réseau électrique national plus de 22000 MW
d’énergie renouvelable jusqu’aux horizons de l’année 2030.
Conclusion
Après avoir établir un état de l’art sur les ressources et des besoins énergétiques
mondiaux, il apparait clairement que le recours de plus en plus prononcé aux
ressources énergétiques renouvelables semble être une solution très rationnelle pour
répondre aux besoins énergétiques de l’humanité.
L’utilisation d’une très faible part de ces ressources, disponibles gratuitement et
inépuisables à nos échelles temporelles, permettrait de répondre au défi et aux
besoins énergétiques actuels avec un moindre impact sur l’écosystème.
Parmi ces ressources renouvelables, l’énergie solaire convertie par effet
photovoltaïque qui représente un gisement d’énergie inépuisable et sans commune
mesure. L’exploitation de cette ressource se heurte encore à un coût de l’énergie
produite relativement élevé par rapport aux solutions conventionnelles, mais celui-ci
décroit rapidement. Avec l’avance de la science et les recherches dans la
technologique industrielle, dans l’avenir le coût pourrait devenir extrêmement
compétitif.
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre II :
Modélisation d’un système photovoltaïque
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction
Le soleil est une source énergétique quasiment illimité, c’est pourquoi, l’homme
cherche depuis longtemps à mettre à profit cette énergie importante qui est diffusé sur
l’ensemble de la planète, l’exploitation de cette source est réaliser par le moyen dit
cellule photovoltaïque.
La cellule photovoltaïque est un dispositif qui permet de transformer l’énergie solaire
en énergie électrique.
Dans ce chapitre on va représenter les paramètres d’une cellule photovoltaïque ainsi
que les modèles électriques équivalents de notre simulation.
II.1 Définition de la cellule photovoltaïque :
La cellule photovoltaïque est un dispositif électronique destiné à transformer la
lumière en électricité, sa structure est composée d’une fonction PN (Deux couches :
une couche P et une couche N). Le silicium est l’élément semi-conducteur de base
principal de ces couches, on l’appel convertisseur instantané de l’énergie solaire sous
forme de rayonnement en énergie électrique, c’est un générateur de courant continu.
II.1.1 Principe de fonctionnement :
Une cellule photovoltaïque est un dispositif qui permet de transformer l’énergie
solaire en énergie électrique. Cette transformation est basée sur trois mécanismes
suivants :
✓ Absorption des photons (Dont d’énergie est supérieure au gap) par le matériau
constituant le dispositif.
✓ Conversion de l’énergie du photon énergie électrique, ce qui correspond à la
création de paires électron /trou dans le matériau semi-conducteur.
✓ Collecte des particules générées dans le dispositif.
Le matériau constituant la cellule photovoltaïque doit donc posséder deux niveaux
d’énergie et être assez conducteur pour permettre l’écoulement du courant d’où
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l’intérêt des semi-conducteurs pour l’industrie photovoltaïque. Afin de collecter
les particules générées, un champ électrique permettant de dissocier les pairs
électron/trou crées est nécessaire.
Figure (II-1) : principe de fonctionnement d’une cellule PV [14].
II.1.2 Les types des cellules :
Généralement on distingue trois générations de cellules photovoltaïques en fonction
des développements technologiques.
✓ 1ère génération :
Les cellules de première génération sont basées sur une seule jonction PN et utilisent
généralement le silicium sous forme cristalline comme matériau semi-conducteur. La
méthode de production basée sur les wafers de silicium est très énergivore et donc
très chère. Elle nécessite par ailleurs un silicium d'une grande pureté. On différencie
également entre les cellules à base de silicium monocristallin et celles à base de
silicium poly-cristallin, ces dernières ont un rendement inférieur par rapport aux
premières par contre elles ont un coût de fabrication moins élevé[11] .
✓ 2ième génération :
Les films minces ("thin films") constituent la seconde génération de technologie
photovoltaïque. Dans cette génération, on distingue le silicium amorphe (a-Si), le
tellurure de cadnium (CdTe) Dans le cas de films minces, la couche de semi-
conducteur est directement déposée sur un substrat (exp. Le verre). La production de
ce type de cellules est moins cher que la première génération puisqu'elle consomme
moins de matériau semi-conducteur et ne nécessite pas de passer par l'étape de
transformation du silicium en "wafers". Le problème des cellules de seconde
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génération est leur faible rendement (entre 6 et 7% et 14% en laboratoire) et la
toxicité de certains éléments (Cadnium) qui entrent dans leur fabrication. Cependant,
cette seconde génération a beaucoup d'avantages pour des marchés de niche comme
les applications en modules flexibles, avec de faibles illuminations ou avec des
températures élevées.
Les réductions de coût attendues à moyen terme pour cette technologie sont donc très prometteuses,
les premières lignes de production industrielle viennent d'être installées, notamment en Allemagne
et en Asie [11].
• 3ième génération :
La troisième génération vise à passer la limite maximale de rendement des cellules
actuelles, qui est d'environ 30%. Plusieurs concepts sont envisagés pour atteindre cet
objectif :
✓ Superposition de multiples cellules (Utilisant des bandes d'énergie différentes)
✓ Cellules à concentration
✓ Utilisation des photons à basse énergie qui ne sont habituellement pas absorbés par
la cellule
✓ Cellules à électrons chauds produisant plus de pairs électron/trou pour des énergies
supérieures à la bande d'énergie.
✓ Conversion des photons pour ajuster le spectre de la lumière solaire aux
caractéristiques du semi-conducteur [11].
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Silicium amorphe Silicium monocristallin Silicium multicristallin
Module à couche mince
Figure (II-2) : Quelques types de cellules.
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Technologie Matériau Usages application Avantages inconvénients
Cristalline Monocristallin Surtout
particulier,
également
centrales
Panneau plan
tuile PV
Verrière
Brise soleil
titane
Un bon
rendement.
Durée de vie
intéressante.
Recul sur la
technologie.
Rendement
faible pour
éclairage limité.
Cout élevé.
Poly cristallin Surtout
particulier,
également
centrales
Panneau plan
tuile PV
Verrière
Brise soleil
titane
Un bon
rendement
Durée de vie
intéressante.
Recul sur la
technologie.
Cout moins
élevé que le
monocristallin.
Rendement
faible pour
éclairage limité.
Couche
mince
Amorphe Particuliers
(grandes
surfaces)
Panneau plan
Verrière
Membrane
Brise soleil
-Faible cout
-Peu sensible
aux
températures
élevées
-Econome en
matériau
Rendement
faible et
diminuant avec
le temps.
CDTE Particuliers
(début de
commerciali
sation)
Membrane
souple
Econome en
matériau
peu sensible
aux
températures
fortes
Matériau
toxique.
Rendement
faible.
Peu de recul.
Hybride Silicium
cristallin ou
amorphe pour
la partie PV
Particuliers
ou centrales
Panneaux
classiques (non
commercialisés
actuellement).
Production de
chaleur ou
d’électricité
(récupération
de chaleur sans
pénaliser la
production
électrique)
Cout élevé.
Rendement
faible.
Technologie
nouvelle.
Pas de recul
Tableau (II-1) : Tableau récapitulatif des différentes technologies de fabrication de panneaux
solaire.
II.2 Les différents montages des panneaux photovoltaïques :
• Le montage de panneaux PV en série :
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Pour une installation sur mesure, on raccorde les panneaux en série ou en parallèle,
voire une combinaison des deux. Le montage de panneaux photovoltaïques en série
est l’option à retenir pour additionner les voltages des panneaux en préservant un
ampérage identique. On relie le pôle positif d’un panneau au pôle négatif de l’autre
qui a le même ampérage. En effet si l’on relie deux panneaux d’ampérage différent,
l’ensemble s’aligne sur l’ampérage le plus faible figure (II-3) [7].
Figure (II-3) : Montage de 2 panneaux en série [7].
• Le montage des panneaux en parallèle :
Le montage des panneaux photovoltaïques en parallèle additionne les intensités
tandis que la tension reste identique. Ce type de raccordement influe donc sur
l’ampérage et non sur le voltage. Les bornes positives des panneaux sont reliées entre
elles, de même que les bornes négatives. On choisit ce type de branchement lorsque
l’on souhaite une forte intensité. Afin d’éviter les risques de surtension et de court-
circuit, on relie des panneaux de même voltage. On peut par contre utiliser des
panneaux d’intensité différente afin d’atteindre l’ampérage désiré figure (II-4) [7].
Figure (II-4) : Montage de 2 cellules en parallèle [7].
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II.3 Les semi-conducteurs :
Un semi-conducteur est un matériau dont la concentration en charge libre est très
faible par rapport aux métaux. Pour qu’un électron lié à son atome (Bande de
valence) devient libre dans un semi-conducteur et participe à la conduction du
courant, il faut lui fournir une énergie minimum pour qu’il puisse atteindre les
niveaux énergétique supérieurs (Bande de conduction), c’est l’énergie de bande Gap
dont l’unité est l’électronvolt (eV).
Cette valeur seuil est propre à chaque matériau semi-conducteur et va de 1.0 à 1.8 eV
pour les applications photovoltaïque, elle est de 1.1 eV pour le silicium cristallin (c-
Si) et 1.7 eV pour le silicium amorphe (a-Si) figure (II-5).
Figure (II-5) : Schéma explicatif du phénomène.
II.3.1 Dopage du silicium :
Les wafers de silicium obtenus à l’issue de l’étape de sciage sont alors introduits dans
un réacteur de croissance dans lequel va se dérouler l’étape de dopage.
Le dopage est une méthode permettant de réaliser la jonction PN, cela consiste à
introduire des impuretés dans un cristal intrinsèque pour modifier ces propriétés
électriques.
Le semi-conducteur dopé est alors appelé « semi-conducteur extrinsèque ». Il existe
deux types de dopage : le type N (Négatif) et le type P (Positif).
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• Dopage de type N :
Le dopage de type N consiste à ajouter un atome de phosphore au sein de la structure
cristalline du silicium. Le phosphore disposant de 5 électrons sur sa couche
électronique externe va s’associer avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi libre un
électron, cet ajout a pour effet de donner à la structure cristalline une charge globale
négative figure II-6.
Figure (II-6) : Dopage de type N.
• Dopage de type P :
Le dopage de type P consiste à ajouter un atome de bore au sein de la structure
cristalline du silicium. Le bore disposant de 3 électrons sur sa couche électronique
externe va s’associer avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi libre un trou : Cet ajout
a pour effet de donner à la structure cristalline une charge globale positive figure
(II-7).
Figure (II-7) : Dopage de type P.
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II.4 Caractéristiques physiques des cellules photovoltaïques :
II.4.1 Schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque :
• Cellules idéale : Le fonctionnement d’une cellule solaire peut être modélisé en
considérant le schéma électronique équivalent ci-dessous voir figure II-8. Nous
pouvons considérer le cas d’une cellule idéale comprenant une source de courant et
une diode en parallèle. La source du courant Iph représente le photo-courant généré
et dans la branche de diode un courant ID.
Figure (II-8) : Schéma électrique d’une cellule solaire idéale [1].
Le courant délivré par la cellule photovoltaïque éclairée s’écrit :
I = I ph - ID
I ph : Courant photo généré.
ID : Courant traversant la diode.
ID = Is [exp (VD/VT) _ 1]
VT= KT/Q
I =I ph – Is [EXP (VD/VT)-1]
Avec :
Q : charge de l’électron.
K : la constante de Boltzmann.
VT : tension thermique.
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Et
Is : courant de saturation.
VD : tension à la borne de la diode.
T : température absolue (en kelvin).
• Cellule réel :
Dans le cas d’une cellule photovoltaïque réelle, il y a d’autres paramètres qui
tiennent compte des effets résistifs, des recombinaisons, des fuites vers les
bords….doivent être pris en Considération.
Le modèle mathématique du générateur photovoltaïque est basé sur le circuit
équivalent, ce circuit est représenté sur la figure (II-9) par un générateur de
courant, Une diode et deux résistances et deux résistances Rs et Rsh[1].
Figure (II-9) : Le schéma électrique réel d’une cellule PV [1]
Avec:
I = I ph - ID – IP
Ip = VD /R sh = V + I.RS/R sh
I = I ph – Is [EXP (V + Irs / A.Vt) – 1] – V+ I rs / Rsh
Rs : est une résistance série liée à la résistivité volumique et à l’impédance des
électrodes et des matériaux.
Rsh : est une résistance shunt liée aux effets de bord et aux recombinaisons
volumiques.
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A : Facteur de qualité
II.5 Paramètres des cellules photovoltaïques :
Les paramètres des cellules photovoltaïques ( ) extraits des caractéristiques courant-
tension, permettent de comparer entre les différentes cellules éclairées dans des
conditions identiques.
II.5.1 Courant de court-circuit ICC :
Il s’agit du courant obtenu en court-circuitant les bornes de la cellule. Ce courant
croît linéairement avec l’intensité d’illumination de la cellule, il dépend de la surface
éclairée, de la longueur d’onde du rayonnement, de la mobilité des porteurs et de la
température.
II.5.2 Tension à circuit ouvert VOC :
La tension à circuit ouvert est obtenue quand le courant qui traverse la cellule est nul.
Elle dépend de la barrière d’énergie, de la température et varie peu avec l’intensité
lumineuse.
II.5.3 Puissance débitée P :
La puissance fournit par la pile est données par le produit : P= V×I
Cette puissance est maximum au point (pm) sur la figure (II-10) définit par :
𝜕𝑝
𝜕𝑣 =0
___ Caractéristique P = f(v)
___ Caractéristique I = f(V)
Figure (II-10) : La mise en évidence du MPP [1]
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II.5.4 Facteur de forme :
Il permet de juger la qualité d’une cellule photovoltaïque, il est défini comme le
rapport entre le point de puissance maximum et le produit courant de court-circuit et
la tension en circuit ouvert :
FF = PM/ (Voc × Icc)
Plus ce paramètre est élevé, plus l’efficacité de la conversion est meilleure, en dehors
de ce point de
fonctionnement Pm, la diminution du courant par recombinaison intervient à des
points de fonctionnement ayant Vx supérieur à Vm et des pertes par chauffage (Effet
joule) des résistances séries apparaissent dans le cas où le I > Im.
II.5.5 Le rendement :
Nous pouvons définir le rendement d’une cellule photovoltaïque comme le quotient
de la puissance maximale et de la puissance lumineuse reçue par la cellule, cette
puissance lumineuse correspond au produit de l’aire de la cellule par l’ensoleillement.
𝜼 = 𝐕𝐦 ×𝐈𝐦
𝑷𝒕𝒏𝒆
II.5.6 L’équation caractéristique de la cellule photovoltaïque :
La caractéristique courant-tension d’une cellule solaire se met sous la forme
mathématique suivante :
Les figures (II-11-a) et (II-11-b) représentent les caractéristiques I(V) et P(V) d’une cellule pour
un éclairement et une température donnée.
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Figures (II-11-a) et (II-11-b) : Les caractéristiques I(V) et P(V) d’une cellule solaire [1].
II.5.7 Les zones de la caractéristique I(V) d’un générateur
photovoltaïque :
La caractéristique fondamentale du générateur photovoltaïque donnée pour un
éclairement et une température fixe, n’impose ni le courant ni la tension de
fonctionnement, seule la courbe I = f(V) est fixée. C’est la valeur de la charge aux
bornes du générateur qui va déterminer le point de fonctionnement du système
photovoltaïque.
La figure (II-12) représente les trois zones essentielles ce cette caractéristique :
Figure (II-12) : Les différentes zones de la caractéristique I(V) d’un générateur Photovoltaïque [6]
✓ La zone (1) : où le courant reste constant quelle que soit la tension, pour cette
région le générateur photovoltaïque fonctionne comme un générateur de
courant.
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✓ La zone (2) : correspondant au coude de la caractéristique, la région
intermédiaire entre les deux zones (1) et (3), représente la région préférée pour
le fonctionnement du générateur, où le point optimal (Caractérisé par une
puissance maximale) peut être déterminé.
✓ La zone (3) : qui se distingue par une variation de courant correspondant à une
tension presque constante, dans ce cas le générateur est assimilable à un
générateur de tension [1].
II.6 Généralités et principes de fonctionnement des hacheurs :
II.6.1 Définition des hacheurs :
Le hacheur ou convertisseur continu-continu est un dispositif de l'électronique de
puissance mettant en œuvre un ou plusieurs interrupteurs électroniques commandés,
ce qui permet de modifier la valeur de la tension moyenne d'une source (V) continue
avec un rendement élevé figure (II-13).
Figure (II-13) : La caractéristique des hacheurs [6]
On distingue deux types de convertisseurs continu-continu :
✓ Ceux non isolés appelés hacheurs.
✓ Ceux qui comportent un transformateur assurant l'isolation galvanique appelés
alimentation à découpage (Cas d’alimentation des PC,..)
II.6.2 Les types des hacheurs :
Il existe différents types de hacheurs :
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✓ Dévolteur (Abaisseur ou Buck) : Si la tension délivrée en sortie est inférieure à
la tension appliquée à l’entrée.
✓ Survolteur (Elévateur ou Boost) : Si la tension délivrée en sortie est supérieure
à la tension appliquée à l’entrée.
✓ Dévolteur-Survolteur : Hacheurs capables de travailler des deux manières
(Boost-Buck). Les hacheurs peuvent être à base de diode ou de thyristor[6].
Figure (II-14) : Hacheur à base de thyristor. Figure (II-15) : Hacheur à base de diode[6].
• Description :
Le découpage se fait à une fréquence élevée afin de pouvoir filtrer facilement le
signal de sortie. C'est l'analogue, pour les sources de tensions continues, du gradateur
utilisé en régime alternatif, on définit le rapport cyclique par :
α=t1/T
Pour un hacheur dévolteur, le rapport de la tension moyenne de sortie sur la tension
d'entrée est égal au rapport cyclique.
II.7 Modélisation du hacheur dévolteur :
a) Structure générale des Hacheurs :
La structure des convertisseurs est basée sur la liaison d’une source de tension et une
source de courant par des interrupteurs électroniques.
✓ Les interrupteurs :
Les interrupteurs électroniques sont les diodes, les thyristors et les transistors et voilà
leurs caractéristiques idéales :
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Figure (II-16) : Les caractéristiques idéales des interrupteurs[6].
b) Les configurations des hacheurs : Les configurations possibles des deux sources
de nature différentes, nous citons : a/Liaison directe. b/Liaison avec inversion des
bornes. c/Pas de liaison [6].
(a) (b) (c)
Figure (II-17) : les caractéristiques possible des hacheurs
• Structure :
La structure d’un hacheur dépend du sens de transfert de l’énergie.
A titre d’exemple considérons les configurations (a) et (c).
Les deux sources sont directement liées (a) ou isolées (b). On suppose que la
puissance est transférée de la source de tension vers la source de courant. Dans cette
situation K1 est un interrupteur commandé, alors que K2 est une diode figure (II-18).
Figure (II-18) : La strecture d’un hacheur non réversible
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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II.8 Etude de quelques structures de hacheurs non réversibles :
Il s'agit de celles qui n'assurent pas la réversibilité, ni en tension, ni en courant.
L'énergie ne peut donc aller que de la source vers la charge.
II.8.1 Hacheur dévolteur (ou série) :
Ce nom est lié au fait que la tension moyenne de sortie est inférieure à celle de
l'entrée. Il comporte un interrupteur à amorçage et à blocage commandés (transistor
bipolaire, transistor MOS ou IGBT…) et un interrupteur à blocage et amorçage
spontanés (diode) figure (II-19)[6].
Figure (II-19) : La configuration d’un hacheur série (Dévolteur).
Figure (II-20) : Le schéma d’hacheur série
• Fonctionnement :
Le cycle de fonctionnement, de période de hachage T (T=1/f), comporte deux étapes.
Lors de la première, on rend le transistor passant et la diode, polarisée en inverse, est
bloquée. Cette phase dure de 0 à αT, avec α compris entre 0 et 1. Lors de la seconde,
on bloque le transistor. La diode devient passante. Cette phase dure de α T à T.
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• Forme d’onde :
A la fermeture de l’interrupteur commande, on distingue deux cas : Le courant dans
la charge est différent de zéro ou il est nul.
Nous sommes amenés à distinguer deux cas : La conduction continue et la
conduction discontinue.
✓ Dans le premier cas ou conduction continue : Le courant de sortie est
suffisamment fort et le courant dans l'inductance ne s'annule jamais, même avec
l'ondulation due au découpage.
✓ Dans le second cas ou conduction discontinue : Le courant de sortie moyen
est bien entendu positif, mais en raison de sa faible valeur moyenne, l'ondulation du
courant dans l'inductance peut amener ce dernier à s'annuler, or les interrupteurs étant
unidirectionnels, le courant ne peut changer de signe et reste à 0.
✓ Dans le cas intermédiaire : Correspondant au fait que le courant s’annule
seulement en un point. La conduction est dite discontinue.
II.8.2 Hacheur survolteur ou parallèle :
Dans ce hacheur, la tension moyenne de sortie est supérieure à la tension d'entrée,
d'où son nom. Cette structure demande un interrupteur commandé à l'amorçage et au
blocage (Bipolaire, MOSFET, IGBT…) et une diode à amorçage et à blocage
spontanés).
• Schéma de principe :
Figure (II-21) : Le schéma de l’hacheur parallèle[6]
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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L'inductance permet de lisser le courant appelé sur la source. La capacité C permet de
limiter l'ondulation de tension en sortie.
• Fonctionnement :
Lors de la première partie du cycle de fonctionnement, de 0 à α.T, l'interrupteur
commandé est fermé (passant). Cette fois, la source et la charge ne sont pas en
contact durant cette phase.
La diode est alors bloquée. Lors de la seconde partie du cycle, de α.T à T, on ouvre
l'interrupteur commandé et la diode devient passante. C'est alors que la source et la
charge sont reliées.
• Formes d'ondes :
Les formes d'ondes sont de la forme signalées dans la figure (II-22) en supposant que
la tension et le courant de sortie sont continus).
Figure II-22 : la forme d’onde d’un hacheur survolteur[8].
II.9 Les convertisseurs DC/AC :
II.9.1 Définition :
Un onduleur est un dispositif permettant de transformer l’énergie continue en, ils sont
utilisés en électrotechnique pour :
✓ Fournir des tensions ou des courants alternatifs de fréquence et amplitudes
variables, citons comme exemple le cas des onduleurs servant à alimenter des
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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moteurs à courant alternatif qui devant tourner à vitesse variable (La vitesse est liée à
la fréquence des courants qui traversent la machine) .
✓ Fournir une ou des tensions alternatives de fréquence et d’amplitude fixe,
citons comme exemple le cas des alimentations de sécurité destinées à se substituer
au réseau en cas de défaillance de celui-ci par exemple : L’énergie stockée dans les
batteries de secours est restituée sous forme continue, l’onduleur est alors nécessaire
pour recréer la forme de tension et fréquence du réseau. On distingue les onduleurs de
tension et les onduleurs de courant, en fonction de la source d’entrée continue :
source de tension ou source de courant.
La technologie des onduleurs de tension est la plus maîtrisée et elle est présente dans
la plupart des systèmes industriels et dans toutes les gammes de puissance (Quelques
Watts à plusieurs MW)[3].
Figure (II-23) : Le symbole d’un onduleur autonome[10].
II.9.2 Caractéristiques propres à un onduleur pour un système
photovoltaïque :
Les onduleurs destinés aux systèmes photovoltaïques sont quelques peu différents des
onduleurs classiques utilisés en électrotechnique, mais le principe de conversion
AC/DC est le même. La principale caractéristique de l’onduleur PV est la recherche
du meilleur point de fonctionnement du système. En effet, le générateur PV
(Ensemble de modules PV) a une courbe caractéristique IV non linéaire pour un
éclairement et une température donnés, la tension en circuit ouvert ou à forte charge
est à peu près constante (Assimilable à une source de tension), tandis qu’en court-
circuit ou à faible charge le courant est pratiquement constant (Source de courant). Le
générateur n’est alors ni une source de tension ni une source de courant.
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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La tension de circuit ouvert est sensible à la température et elle diminue quand la
température augmente. Le courant de court-circuit est proportionnel à l’éclairement.
L’onduleur de tension impose à sa sortie un système de tensions sous forme de
créneaux modulés en largeur d’impulsions (MLI ou PWM en anglais) figure (II-24),
ces créneaux ne posent aucun problème pour l’alimentation d’un moteur, mais sont
incompatibles avec les tensions sinusoïdales du réseau. On place alors entre chaque
sortie de l’onduleur et chaque phase du réseau (Un onduleur monophasé ou triphasé)
avec une inductance qui joue le rôle de filtre qui permet à l’onduleur de fournir au
réseau des courants quasi-sinusoïdaux (Elle transforme l’onduleur de tension en un
onduleur de courant)[6].
Figure (II-24) : Le filtrage de la tension par l’inductance de sortie [3].
II.9.3 Principaux types d’onduleurs :
Les onduleurs sont des structures en pont constituées le plus souvent d’interrupteurs
électroniques comme des IGBT (Transistors de puissance) et dans le cas standard, ils
sont constitués par un jeu de commutation commandée de manière appropriée et le
plus souvent par MLI, l’énergie électrique continue fournie est modulée afin
d’obtenir un signal alternatif à la fréquence du réseau. Il existe de nombreux circuits
électroniques qui permettent de réaliser la conversion d’énergie électrique : Le
montage le plus simple est composé de thyristors. Cette technologie a été utilisée
dans les premiers onduleurs PV (Encore disponible en monophasé et triphasé), il
présente cependant un courant de sortie plus ou moins rectangulaire qui induit une
puissance réactive avec des harmoniques qui affectent le rendement de l’onduleur et
qui peuvent perturber le réseau [3].
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Figure (II-25) : Circuit utilisant des thyristors (Source ISET) [3].
Pour travailler sur une gamme de tensions d’entrée plus large, un convertisseur
élévateur (Boost) peut être rajouté à l’entrée du pont (En vert sur la figure (II-26)).
Figure (II-26) : Le circuit à pont à transistors avec convertisseur élévateur [3].
Le montage de la figure (II-27) comprend 3 étages différents. Il est composé d’un
transformateur* haute fréquence (en bleu) qui adapte la tension d’entrée tout en
réduisant le poids de l’onduleur. À sa sortie, le signal est alternatif. Un redresseur (en
vert) permet alors de le convertir en continu. Le pont de sortie (rouge) permet par
modulation d’amplitude de transformer ce signal continu en un signal alternatif
sinusoïdal adapté à la fréquence du réseau.
Figure (II-27) : Le circuit à 3 étages avec transformateur haute fréquence [3].
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
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Le montage de la figure (II-28) est constitué de 4 étages, ce circuit nécessite le
contrôle de 7 interrupteurs contre 8 pour celui de la figure (Il-27) est composé d’un
convertisseur abaisseur de tension, d’un montage dit « Pushpull » suivi d’un
redresseur et d’un pont de sortie.
La partie « convertisseur abaisseur + transformateur push pull » permet d’adapter la
tension d’entrée. Elle permet à l’onduleur d’avoir une plus large gamme de tensions
d’entrée possible donc une plus grande flexibilité d’association avec les modules PV.
Le redresseur redresse la tension en sortie du push pull, et le pont de sortie (Rouge)
permet par la modulation d’amplitude de transformer ce signal continu en un signal
alternatif sinusoïdal adapté à la fréquence du réseau.
Figure (II-28) : Circuit à 4 étages avec montage push pull [3]
Enfin, le montage de la figure (II-29) représente un exemple simple de la technologie
des onduleurs sans transformateur. En éliminant le transformateur qui est générateur
de pertes importantes dans le circuit lors de la conversion de puissance, on peut
augmenter le rendement. Il faut cependant prendre en compte les problèmes de
compatibilité électromagnétique que le transformateur permettait d’éliminer par
isolation galvanique, dans le circuit S1 (Pour les courants positifs et négatifs) et S2
(Pour les courants positifs) et sont commandés en haute fréquence et les autres
interrupteurs en 50Hz (Fréquence du réseau). Pour des tensions d’entrée plus grandes,
S1 peut être contrôlé seul en haute fréquence et les 4 autres en 50Hz pour que
l’ensemble forme un convertisseur abaisseur et un convertisseur push pull. Dans les 2
cas, le désavantage de ce montage est la très forte tension appliquée aux bornes des
interrupteurs.
Chapitre II : modélisation du système photovoltaïque
54
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (II-29) : Onduleur sans transformateur dit à topologie de Karschny [3].
Conclusion
Dans ce chapitre nous avons présenté les composants nécessaires du système
photovoltaïque et leur modèles, d’abord on a commencé par la cellule PV et après on
a parlé des convertisseurs DC/DC en suite les convertisseurs DC/AC qui assurent le
fonctionnement des générateurs PV à un rendement optimal, Sachant que ces
modèles font partie de notre simulation.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
55
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
CHAPITRE III :
Etude du réseau isolé du pôle
d’In Salah, Adrar et Timimoune (PIAT)
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
56
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction
L’électricité est indispensable pour le bien-être des populations et pour leur
développement démographique. Vu son importance, il est vital pour l'Algérie
d’assurer l’accès à ce bien et de garantir la continuité de sa fourniture dans les
meilleures conditions de coût, de sécurité et de qualité.
Du fait de son caractère non stockable, l’offre doit pouvoir satisfaire la demande à
tout moment, le système électrique est alors piloté par la consommation pour une
bonne gestion de la production.
Ces dernières années, la demande en électricité a connu une évolution importante en
particulier en périodes estivale en atteignant des pics de consommation importants,
cette forte augmentation de la demande est une conséquence directe du changement
des habitudes des consommateurs et l’amélioration de leur niveau de vie, ainsi que le
développement important qu’ait connu le secteur économique et industriel. Conscient
de cet enjeu et de l’importance de l’accès à l’électricité pour les citoyens, le secteur
s’est fixé comme priorité de développer tous les axes permettant de garantir la
couverture à long terme des besoins en électricité du pays, notamment par la
disponibilité des moyens de production et la diversification des sources d’énergie
ainsi que le développement des infrastructures de transport et de distribution de
l’électricité.
III.1 Evolution de la consommation d’électricité en Algérie :
L'évolution de la consommation est scindée en deux mouvements :
L'évolution de la consommation spécifique et l'arrivée de nouveaux consommateurs,
que ce soit au secteur industriel qu'il s'agisse des entreprises existantes ou à venir ou
au secteur domestique. L'arrivée de nouveaux consommateurs domestiques sur le
réseau dépend en premier lieu de l'évolution démographique qui représente un
mouvement à grande inertie, dont la trajectoire est facilement prévisible.
Le nombre d’abonnés au réseau électrique est passé de 4,5 millions en 2000, à près de
9 millions au début de l’année 2016. Le taux d’électrification est ainsi passé de
88,7% en 2000 à 99% à la fin de 2016.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
57
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Aujourd’hui, le souci est double car il s’agit de préserver les ressources énergétiques
d’origine fossile dont les réserves s'épuisent de jour en jour pour répondre aux défis
de l’heure actuelle. C’est pourquoi, le gouvernement s’est orienté vers la mise en
valeur des ressources inépuisables, tel que le soleil, qui place l’Algérie au rang des
pays les plus nantis [11].
III.2 Evolution du réseau électrique Algérien :
✓ Transport d’électricité :
L’évolution de la demande d’énergie électrique nationale à pousser le groupe
SONELGAZ de développer son réseau et de passer au palier des 400 kV et de
développer les interconnexions internationales avec nos voisins Tunisiens et
Marocain en vue de mettre en œuvre la boucle électrique méditerranéen pour un
système SPTE secouru, stable et homogène.
Nous citons les nouvelles lignes 400 kV d’interconnexion internationale mises en
service récemment :
• La ligne 400 kV Algérie-Tunisie (Cheffia-Djendouba).
• Les deux lignes 400 kV Algérie-Maroc (Les deux lignes Bourdim-Oujda).
• D’autres projets de lignes de transport reliant l’Algérie à l’Europe, notamment
deux liaisons par câbles sous-marin directes avec l’Espagne et l’Italie sont en
cours d’étude.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
58
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (III.1) : Les interconnexions internationales existantes sur le RIN [12].
III.3 Evolution de la puissance maximale appelée (PMA) :
✓ Le Réseau Interconnecté du Nord « RIN » :
Le RIN s’étale sur le nord du pays et couvre aussi les régions de Béchar, HASSI
MESSOUD, HASSI R’MEL et G
HARDAIA, son alimentation en électricité est assuré par un parc d’environ 17800
MW (2017), relié à travers un réseau de transport 220 kV et 400 kV.
Durant les dix dernières années, la puissance maximale appelée (PMA) du réseau
interconnecté du nord est passée de 5 921 MW en 2005 à 14 182 MW en 2017, soit
une évolution moyenne annuelle de 7.5%.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
59
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (III-2) : Le schéma du réseau SPTE du RIN [12].
✓ Le pôle d’IN SALAH, ADRAR et TIMIMOUNE « PIAT » :
Ce réseau assure la connexion d’IN SALAH à TIMIMOUNE en passant par
AOULEF par des lignes 220 kV, il est alimenté par les centrales d’Adrar, In Salah,
KABERTINE, TIMIMOUNE et ZAOUIET KOUNTA, ainsi que des centrales PV et
une ferme éolienne de 10 MW.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
60
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (III-3): Le schéma d’exploitation du Pôle d’In SALAH-ADRAR-TIMIMOUNE (PIAT)[12]
✓ Les Réseaux Isolés du Sud « RIS » :
Il s’agit de 30 sites du grand sud, alimentés par des réseaux locaux à travers des
groupes diesels, des TG ou des sources photovoltaïques et cela compte tenu des
distances mises en jeu et des niveaux de consommation relativement faibles.
Pour faire face à l'évolution importante de la demande électrique des localités isolées
du sud, plusieurs centrales turbines à gaz, groupes diesel et photovoltaïques ont été
installés entre 2012 et 2017.
Les capacités de production ont été implantées au niveau des différents sites isolés du
sud et contribuent fortement à la sécurisation de l’alimentation de l’énergie électrique
des régions isolées du sud, au développement local et l'amélioration des conditions de
vie de ces régions désenclavées.
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
61
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
III.4 Identification du réseau isolé d’ADRAR (PIAT) :
✓ Longueurs très importantes des lignes électriques.
✓ Faibles charges transportées sur des lignes THT très longues.
✓ Réseau radial et arborescent.
✓ Faibles puissances installées dans quelques sites de la région.
✓ Pas de redondance de transformateur dans la plus part des postes.
✓ Manque de moyen de production au niveau de quelques régions du réseau
PIAT.
✓ Moyens importants d’absorption de l’énergie réactive dans les lignes THT de
transport.
✓ Pas de réseaux intermédiaires ou de répartition.
III.4.1 Identification du parc de production et de la puissance réalisée
dans le réseau PIAT (2018) :
III.4.1.1 Analyse des données :
La réalisation de l’étude de ce projet s’est basé sur les relevés de puissances réalisés
en responsabilité de pointe pour les années 2011 jusqu’à 2018 pour chaque poste de
ce réseau afin de calculer le taux de développement de la consommation, et du coup
la problématique s’annonce.
Centrale Ƭ%
2017/2018
Ƭ%
moyen
Puissance
consommée
2018 (MVA)
Puissance
installée
(MVA)
Année de saturation
ADRAR 8,085 20,97 125,29 250 2027
AOULEF 8,97 13,85 22,63 80 2033
Z/KOUNTA 11,59 13,08 31,87 40 2021
AHMED TIMI 6,61 11,41 45,38 80 2027
KABERTEN 53,68 29,91 24,74 40 2020
TIMIMOUN 11,7 38,11 25,81 40 2022
IN SALAH 10,25 16,67 37,05 80 2025
REGGAN 18,81 30,96 25,46 40 2021
Tableau (III-1) : Représentation de l’évolution des taux de développement de la consommation:
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
62
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
❖ Evolution des taux de développement après l’ajout de 2ième
transformateur :
Centrale
Ƭ%
2017/2018 Ƭ% moyen
Puissance
2018(MVA)
Puissance
instalée (MVA)
Année de
saturation
ADRAR 8,085 20,97 125,29 250 2027
AOULEF 8,97 13,85 22,63 80 2033
Z/KOUNTA 11,59 13,08 31,87 80 2027
AHMED
TIMI 6,61 11,41 45,38 80 2027
KABERTEN 53,68 20 24,74 80 2025
TIMIMOUN 11,7 38,11 25,81 80 2028
IN SALAH 10,25 16,67 37,05 80 2025
REGGAN 18,81 30,96 25,46 80 2026
Tableau (III-2) : Evolution des taux de développement après l’ajout de 2ième transformateur
Remarque 2 : En ce qui concerne le poste de KABERTEN, on remarque que même
après l’installation du 2ème transformateur le problème de saturation persiste pour une
faible durée tout en ayant des avantages à notre réseau PIAT.
Les améliorations constatées sur le réseau PIAT après le rajout du 2ième
transformateur :
✓ Soulagement en charges des transformateurs du réseau PIAT.
✓ Continuité d’alimentation et sauvegarde de réseau (En situation N-1
transformateur).
✓ Ralentissement de la durée de saturation des équipements de transformation
aux niveaux des postes.
✓ Exploitation meilleur du réseau PIAT.
✓ Amélioration des paramètres électriques du réseau PIAT.
• La problématique :
D’après les informations collectés et la synthèse qu’on avait fait on a constaté que :
Chapitre III: étude du réseau isolé du pole In Salah Adrar et Timimoune
63
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
1/ Le taux de développement de la charge de KABERTEN est très important entre
l’année 2011 et 2017 qui est de 20%.
2/ La puissance installée au poste de KABERTEN se sature aux environs de l’année
2025.
3/ La faible production au niveau de KABERTEN.
4/ La région de KABERTEN n’est pas secourue en cas de perte de [N-1] ouvrages
(Ligne de transport ou transformateur injecteur) ;
5/ L’éloignement des sources d’alimentation de cette région ADRAR (70 km).
La puissance installée au poste de KABERTEN ne sera pas suffisante pour supporter
la charge appelée par la distribution de la région.
• La solution proposée :
Puisque ADRAR se situe au sud (SAHARA) ou la température marque des chiffres
très élevé pendant l’année, c'est-à-dire le soleil est disponible ,gratuite et aussi une
énergie non polluante. Donc l’injection d’une centrale photovoltaïque sera la
solution la plus proche face à cette problématique.
Conclusion :
Dans ce chapitre nous avons fait l’étude du réseau isolé du pole (I’N Salah-Adrar –
Timimoune) PIAT, dont on a calculé les taux de développement de la consommation
au niveau des différents postes du réseau, en suite on a cherché l’année de saturation
des installations de transformateurs dans chaque poste pour déterminer les postes qui
seront saturés en courte durée et on a installé un 2eme transformateur dans ces
régions.
Cependant on a remarqué que le problème de saturation persiste toujours, et pour
cette raison la on a décidé d’injecter une centrale PV au niveau de Kabertene de 30
MWc pour secourir notre réseau de cette saturation.
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
64
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV :
Simulation du réseau PIAT avec l’installation
d’une centrale photovoltaïque de 30
MWc.
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
65
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Introduction
Ce chapitre présente la simulation du pole I’N –SALAH ADRAR- et TIMIMOUNE
sur logiciel PSAT avant et après l’installation d’une centrale photovoltaïque de 30
MWc.
Le présent chapitre est pour but de prouver que la centrale injectée apporte des
améliorations, soit pour soulager le réseau et allonger la saturation soit pour améliorer
les paramètres électriques de ce dernier.
IV-1 Outils de simulation :
Plusieurs outils de simulation ont été utilises pour l’analyse de la stabilité transitoire
tels que (MATLAB, EMTP, ETAP, Power World, PSAT,… etc.)
Ces logiciels permettent de nous renseigner sur les différents facteurs d’un réseau
électrique et a simuler les différents cas pour avoir les paramètres du réseau. Ces
derniers utilisent les mêmes concepts.
Dans le présent travail, on a choisi PSAT comme outil de simulation. Développé, en
2001, par FEDERICO MILANO, PSAT est une boite a outils qui s’exécute sous
environnement MATLAB.
Elle est dédiée pour l'analyse statique et dynamique et le contrôle des réseaux
Electriques. PSAT est actuellement dans un stade précoce de développement de ses
caractéristiques, ses structures et ses formes de données, mais être partiellement ou
complètement changer dans les versions futures [12].
A B
A : fenêtre principale B : bibliothèque de Simulink
Figure (VI-1) : l’interface de PSAT [12]
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
66
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
- Sur PSAT toutes les opérations sont reparties en deux types d’analyse :
• La première analyse est le calcul de l’écoulement de puissance. Cette
application s’effectue dans une page de commande ou un éditeur comme
montre la Figure (IV-1A).
• La seconde opération consiste a construire le réseau a étudier en utilisant une
bibliothèque de SIMULINK qui contient de nombreux modèles unifilaires
Figure (IV.1B).
IV-1-1 Utilisation de PSAT [12] :
▪ Les étapes d’utilisation de PSAT se résument comme suit :
▪ Ouvrir un nouveau fichier ;
▪ Créer du réseau électrique à étudier ;
▪ Lancer le modèle de la bibliothèque de simulation ;
▪ Introduire les données numériques des éléments (générateurs, lignes, transfos,
FACTS…) ;
▪ Exécuter l’écoulement de puissances ;
▪ Exécuter la simulation dans le domaine temporel.
IV-2 : La simulation du réseau PIAT réel sur PSAT :
Figure (IV-2) : la simulation réel du réseau [PIAT] sur PSAT
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
67
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (IV-3) : la simulation du réseau PIAT après l’injection d’un 2éme transformateur
Figure (IV-4) : la simulation du réseau PIAT après l’installation d’une centrale PV
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
68
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
IV-3 : les résultats de simulation :
IV-3-1 : les résultats du 1 er essai (Réseau réel) :
Figure (IV-5) : puissance au niveau de jeu de barre
Figure (VI-6) : la tension au niveau de jeu de barre
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
69
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
70
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
71
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Remarque : les résultats du 1 er essai sont tous dans la norme est en plus sont
équivalent et logique par rapport à logiciel de SONELGAZ Speera .
IV-3-2 : les résultats du 2ème essai (après l’injection d’un 2ème
transformateur) :
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
72
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (VI-7) : la tension au niveau de jeu de barre.
Figure (IV-8) : la puissance au niveau de jeu de barre.
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
73
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
74
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
75
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
IV-3-3 : les résultats de simulation de 3eme essai (l’installation du
transformateur et l’injection du centrale PV) :
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
76
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Figure (VI-9) : la tension au niveau de jeu de barre
Figure (IV-10) : puissance au niveau de jeu de barre
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
77
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
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Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Chapitre IV : simulation du réseau PIAT avec l’installation d’une centrale PV
79
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Conclusion :
Dans ce chapitre, les composants proposés du système sont mis en application dans
des environnements de logiciel PSAT/MATLAB. Les composants et les paramètres
électriques de ce réseau sont étudiés, à l'aide des outils de ce logiciel, montrant les
résultats obtenu dans chaque ligne, transformateur, jeu de barre etc.
Et puisque notre étude concernant la simulation du réseau est comparée par celle du
SONELGAZ sur logiciel SPIRA, les résultats et les paramètres sont tous dans la
norme et logique même après l’injection de transformateur et la centrale
photovoltaïque .
Conclusion Générale
80
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Conclusion générale
Ce mémoire de fin d’étude a eu pour objectif d’étude d’intégration d’une centrale
photovoltaïque dans le réseau du pole I’N SALAH –ADRAR TIMIMOUNE.
1/ Ramener les responsabilités de pointe du réseau PIAT l’année 2018 et calculer les
taux de développement de la consommation au niveau des différents postes de réseau
{PIAT}.
2/ Rechercher l’année de saturation des installations des transformateurs dans chaque
poste,
3/ Déterminer les postes qui ont une saturation de courte durée, nous citons :
KABERTENE-REGGAN–TIMIMOUNE-IN SALAH ET ZAOUET KOUNTA.
De ce qui a été signalé, nous avons décidé d’installer un deuxième transformateur
dans les postes qui ont un seul transformateur pour déterminer une deuxième fois
l’année de saturation des équipements avec deux transformateurs.
Cependant la saturation au niveau de KABERTENE ET IN SALAH reste toujours de
courte durée, et pour cela l’injection d’une centrale photovoltaïque de 30 MWc dans
le jeu de barre 30 KV de KABERTENE est la solution, adéquat une situation de
meilleure par rapport au soleil et presque ensoleillé 290 jours/365 donc la solution
soit très logique.
Puisque le travail ne se termine que par une simulation pour le réseau, le PSAT était
le logiciel utilisé dans cette étude. Et le travail a été fait la simulation du réseau réel,
après une deuxième simulation qui contient un 2 eme transformateur et la dernière ou
la centrale photovoltaïque est injectée.
Les résultats trouvés comparés avec la simulation fait par le logiciel SPIRA de
SONELGAZ confirme nos calcule et nos propositions de solution.
Conclusion Générale
81
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
En fin si la chance nous face pour terminer le poste de graduation, l’amélioration des
paramètres de ce réseau sera notre objectifs sachant que SONELGAZ est en court de
réalisation de grands projets de production, de transport et de postes THT/HT avec
une technologie de pointe et un système de télé conduite pour un dispatching
économique pour les horizons 2030 et un développement durable qui prend compte
de la protection de l’environnement (sources ENR).
Bibliography
82
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
Bibliography
83
Intégration d’une centrale photovoltaïque dans le réseau isolé d’ADRAR (PIAT)
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