Système multi-sources (système hybride)

Un système d'énergie hybride peut consister en divers composants de conversion

d'énergie renouvelable avec ou sans source d’énergie classique (exemple: générateur

diesel). Au cours des dernières années, plusieurs formes d'énergie renouvelable sont

utilisées dans les systèmes hybrides.

Ces sources d’énergie, sont largement utilisées pour fournir de l'énergie électrique aux

consommateurs dans des régions éloignées. Elles ont des caractéristiques de production

différentes tels que les changements de débit d'eau dans la rivière en fonction des saisons,

l’irradiation solaire qui est supérieure en été qu'en hiver et plus élevée pendant la journée

et nul dans la nuit. De même la vitesse du vent qui est élevée en été, etc. Voilà pourquoi

ils sont généralement utilisés dans des configurations de systèmes hybrides. De tels

systèmes peuvent varier de petits systèmes capables de fournir une puissance pour une

maison à de grands systèmes qui peuvent alimenter un village ou une île.

Les systèmes hybrides sont pensés pour fournir de l'énergie à un grand nombre de

collectivités éloignées. En particulier, dans les pays en développement où le raccordement

au réseau national n’est économiquement et techniquement pas viable. Les avantages des

systèmes hybrides sont les suivantes:

c) Deux ou plusieurs sources d’énergies renouvelables peuvent être intégrées dans

un système, basé sur leurs potentiels locaux.

d) Pas d’émission de gaz à effet de serre n’est produite par les énergies ren ouvelables

d’un système hybride.

e) Modulaire, facile à installer et la majorité des cas, n'a pas besoin de conception

pour l'usage domestique.

f) Les Systèmes hybrides sont moins chers que les grands systèmes et moins

complexes que les systèmes nucléaires.

g) Le Système hybride est le mieux adapté pour l'électrification hors réseau .

h) La source pour le système hybride est abondante, gratuite et inépuisable donc

l'énergie électrique produite par ces systèmes est indépendante du prix du

carburant.

L’augmentation de la production décentralisée (mini-réseaux, etc.) a un impact positif sur

les réductions de prix dans les technologies de l'énergie solaire, éolien et des onduleurs.

Ils peuvent être classés en deux types : connecté ou non-connectés au réseau électrique

(Figure 20) [130].

Modélisation d’un système multi-sources : différents systèmes de production

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Figure 20. Configurations d’un système hybride

Presque tous les systèmes d'alimentation qui sont conçus et optimisés pour répondre à la

demande de puissance de zones éloignées sont des systèmes d'énergie non connectés au

réseau (système autonome). Les systèmes autonomes varient considérablement en taille

selon leurs applications.

Un système connecté au réseau (typiquement le réseau d’électricité publique) peut

injecter ou s’alimenter en énergie directement dans le réseau. Ces opérations nécessitent

la transformation de courant continue en courant alternatif et vice versa par un

convertisseur (aussi appelé onduleur interactif).

Afin de sélectionner correctement les composants et sous-systèmes pour le

dimensionnement optimal de l'ensemble du système, la première étape est la

modélisation des composants individuels (paragraphes précédents). Le processus de

modélisation permet d'identifier et d’aider à connaître les caractéristiques des

composants pour soutenir la prise de décision. Les détails de la modélisation se reflètent

par la prédiction correcte de la performance. La précision des modèles des composants

individuels donne le degré d'exactitude de l'ensemble du système.

Avec les modèles des composants, une compréhension des conditions météorologiques

locales et les courbes de charge sont très importante pour le dimensionnement optimal

du système hybride. Cependant il est trop complexe ou demande beaucoup de temps pour

concevoir un modèle parfait. Un modèle suffisamment approprié devra faire le

compromis entre la complexité et la précision.

L'énergie produite par un système hybride à l’instant t, est la somme des énergies

produites par tous ses sources.

2.5.1. Modélisation et gestion d’un système hybride photovoltaïque/éolienne

Un schéma de base d'un système de production hybride photovoltaïque/éolienne avec

Modélisation d’un système multi-sources : différents systèmes de production

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Figure 21. Configuration d’un système photovoltaïque/Eolienne

Le système se compose de modules photovoltaïques, éoliennes, batteries, des

convertisseurs CC/CA et CA/CC qui sont en mesure de répondre à la demande de pointe

de consommation de la charge ou d’injecter la production dans le réseau de distribution.

Il est composé aussi d’onduleur bidirectionnel pour alimenter les batteries à la tension

appropriée. Ici, les sources solaires et éoliennes sont les principales sources d’énergie, et

la batterie se charge lorsque la puissance générée est excédentaire. Et lorsque la demande

de puissance est plus que la production instantanée, la batterie se décharge pour

répondre à la demande de la charge.

2.5.2. Modélisation et gestion d’un système hybride photovoltaïque/diesel

Un système hybride typique photovoltaïque/diesel est généralement composée de

panneau photovoltaïque, un régulateur de charge, des batteries, onduleur, générateur

diesel, et un système de pilotage (Figure 22).

Modélisation d’un système multi-sources : différents systèmes de production

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Habituellement, le photovoltaïque est considéré comme la principale source avec les

batteries. Et le générateur diesel est exploité les moments de déficit comme source

d’énergie de secours. Lorsqu’il n’y a plus de puissance produite instantanément p ar le(s)

panneau(x) photovoltaïque(s) suffisante pour couvrir la demande et que la(es) batterie(s)

sont complètement déchargées, la demande sera satisfaite par le générateur diesel. Sa

puissance doit être au moins égale à la charge maximale de pointe de la courbe de charge

journalière.

L’avantage de ce type de système hybride est qu’il offre une plus grande fiabilité du

système et réduit le coût de l'énergie produite par le système. La simplicité du système et

la maintenance moindre nécessaire pour les systèmes photovoltaïques sont ses

principaux avantages. Le stockage de la batterie augmente la flexibilité de contrôle du

système et ajoute à l'ensemble du système une disponibilité. Ces systèmes d'énergie ont

de bonnes perspectives et de nombreuses possibilités dans les zones chaudes. Cependant,

l'intermittence des systèmes photovoltaïques représente l'inconvénient majeur de ces

systèmes. D'autre part, des générateurs diesel sont généralement peu coûteux à l'achat,

mais sont relativement coûteux à entretenir et à exploiter en particulier à régime faible.

En utilisant le générateur diesel avec un système photovoltaïque/batterie, on recouvre le

problème de l'intermittence des systèmes photovoltaïques et réduit l'utilisation du

générateur diesel en même temps. De nombreux chercheurs indiquent que les systèmes

hybrides photovoltaïque/diesel/batteries sont des sources d'énergie fiables et

représentent un compromis économiquement acceptable entre le coût élevé de système

photovoltaïque autonome et celle de l’exploitation et de la maintenance (E&M) avec le

coût du carburant des générateurs. Ce type de système d'énergie est connu comme l'une

des solutions rentables pour répondre aux besoins énergétiques des régions éloignées.

3. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons réalisé une étude de l’art et fait la comparaison des outils et

méthodes utilisées pour l’élaboration des formules mathématiques nécessaires pour la

modélisation des composants d’un système hybride photovoltaïque/diesel ou

photovoltaïque/éolienne. A savoir, le système éolien, photovoltaïque et de stockage. Nous

avons aussi décrit brièvement les formules mathématiques nécessaires la modélisation

d’un générateur diesel. Nous avons finalement opté pour le modèle basé sur

l’interpolation cubique pour le système éolienne et le modèle basé sur l’équation de la

puissance de sortie du module photovoltaïque, qui dépend de son efficacité, de sa surface

et de l’intensité du rayonnement solaire. Ces considérations seront mises en application

dans les études développées dans le chapitre IV.

Les formules mathématiques étant établies; l’étape suivante dans la modélisation est la

recherche des différentes critères pour évaluer la performance et la fiabilité du modèle.

C’est ce que nous allons développer au chapitre suivant.

Certains de ces critères peuvent être considérés comme les contraintes du modèle.

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III. Critères d’évaluation et de dimensionnement d’un

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