REDUCTION DU DEFICIT ENERGETIQUE DE LA SBEE PAR L’INSTALLATION D’UNE CENTRALE PHOTOVOLTAIQUE DE 100 MW DANS LA COMMUNE DE COME :

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ECOLE POLYTECHNIQUE D’ABOMEY-CALAVI

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DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

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Option : Energie-Electrique

POUR L’OBTENTION DU

DIPLÔME D’INGENIEUR DE CONCEPTION

THEME

Réalisé par : Sous la direction de : COMLAN Idrissou Thalès. Maître de mémoire : Dr. HOUNDEDAKO S. Vincent

Encadreur de stage : Ing MAMA Malick Igor

REDUCTION DU DEFICIT ENERGETIQUE DE LA SBEE PAR L’INSTALLATION D’UNE CENTRALE PHOTOVOLTAIQUE DE 100 MW DANS LA COMMUNE DE COME : ETUDE ET DIMENSIONNEMENT

Année Académique : 2014-2015

DEDICACE.

 A ma mère Elisabeth TINIGO pour son soutien sans précédent, sans quoi ma réussite ne serait jamais complète.

 A mon feu père Jonas COMLAN qui a su faire de moi un enfant studieux et travailleur mais douloureusement arraché à notre affection. La

douleur de t’avoir perdu ne doit pas effacer le plaisir de t’avoir connu comme père.

 A ma sœur Thérèse et mes frères Pythagore, Quaysanne vous êtes une source d’inspiration pour moi et je vous promets l’union comme nous l’a toujours enseignée papa, paix à son âme.

Que ce mémoire soit pour chacun de vous le fruit de vos efforts consentis.

« La vie est comme une bicyclette, il faut avancer pour ne pas perdre l’équilibre. »

Albert EINSTEIN

Idrissou Thalès COMLAN

REMERCIEMENTS

La meilleure des connaissances étant celle qui nous mène vers les autres, ce travail a été le fruit des efforts conjugués de plusieurs personnes que je me dois de remercier :

 Pr AVLESSI Félicien, Directeur de l’EPAC ;

 Pr BONOU Clément, Directeur Adjoint de l’EPAC ;

 Dr FIFATIN François-Xavier, chef département Génie Electrique ; Je remercie infiniment mon maître de mémoire, le Dr HOUNDEDAKO S. Vincent et mon tuteur de stage Ing MAMA Malick, chef service Etude et Planification des réseaux électriques à la SBEE car sans eux ce travail, volant comme un oiseau migrateur, ne parviendrait pas à destination espérée.

Je remercie ensuite :

 Dr BADAROU Ramanou, enseignant à l’EPAC ;

 Dr HANGNILO Robert, enseignant à l’EPAC ;

 Dr HOUNGAN Théophile, enseignant à l’EPAC ;

 M. NASSARA Luc, enseignant à l’EPAC ;

 Dr SOGBOHOSSOU Medesu, enseignant à l’EPAC ;

 Pr VIANOU Antoine, enseignant à l’EPAC ;

 M. AHOYO Jean Paul, Directeur Général Adjoint de la SBEE ;

 M. BIO BATA, Directeur des Etudes et du Développement de la SBEE ;

 M. AKPATA Cyrile, M. MAYAKI Gide Ing génie civil au service Etude et Planification à la SBEE

 Mme CHOKKI Hernine, assistante du Directeur Général Adjoint

 M.TINIGO Michel, AZAMMAN Albert, AZONTONNAGNON Frédéric,

 Mesdames VIHOUN Viviane, Emilienne FATONDJI

 Mes amis Juste, Mohamed, Sidoine, Cyrile et Jolive

 Mes camarades de classe

ACRONYMES ET ABREVIATIONS

SBEE………Société Béninoise d’Energie Electrique DED………... Direction des Etudes et du Développement GPS……….Global Positioning System

SIG………. Système d’Information Géographique HTA……….Haute Tension (Catégorie A)

PV ………Photovoltaïque

CEB………Communauté Electrique du Bénin BT……… Basse Tension

MT………Moyenne Tension

LISTE DES FIGURES.

Figure 1.1 Organigramme de la Direction Générale de la SBEE……….60

Figure 2.1 Principe de conversion de l’énergie solaire……….10

Figure 2.2 Circuit équivalent d’une cellule PV………10

Figure 2.3 Cellule et champs PV……….15

Figure 2.4 Parc batteries………..16

Figure 2.5 Diode anti-retour et by-pass……….16

Figure 2.6 Schéma du régulateur de fonctionnement de la batterie………16

Figure 2.7 schéma des éléments constitutifs d’un dispositif solaire………….……18

Figure 2.8 Analyse spectrale du rayonnement solaire……….19

Figure 2.9 Comparaison des intensités du rayonnement solaire reçu par un module PV horizontal et incliné en mois de février………20

Figure 2.10 Géométrie spatiale du système Terre-Soleil………..20

Figure 2.11 Position du soleil observée d’après l’origine………..21

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 3.1 Répartition de la production par source de la SBEE………..24

Tableau 3.2 Production d’énergie en MWH par exploitations régionales….25/26 Tableau 3.3 Les prévisions relatives à la demande d’énergie BT et MT………....28

Tableau 3.4 Les prévisions relatives à l’offre d’énergie BT et MT………30

Tableau 3.5 calcul du déficit énergétique (BT) à l’horizon 2020………..31

Tableau 3.6 Les prévisions relatives au nombre d’abonnés BT et MT………..32

Tableau 3.7 Données météorologiques de la localité de Comé……….34

Tableau 4.1 Caractéristiques des transformateurs et du disjoncteur………..……38

Tableau 5.1 Caractéristiques du module PV………44

Tableau 5.2 Caractéristiques de l’onduleur……….46

Tableau 5.3 Caractéristiques du condensateur à courant continu……….49

Tableau 5.4 Caractéristiques de la batterie de stockage………..51

Tableau 5.5 Caractéristiques du régulateur solaire………..53

Tableau 6.1 Estimation du coût de la réalisation……….55

RESUME

L’objectif général visé par le travail de ce mémoire est l’application de la production d’énergie solaire à grande échelle par le photovoltaïque afin de contribuer à la réduction du déficit énergétique drastique de la SBEE. Etant donné que le Bénin est totalement tributaire de l’extérieur (à 98%) en matière d’énergie électrique et que les petites centrales thermiques de la SBEE ne fonctionnent pas à plein temps ou du moins ne fonctionnent pas du tout, la mise en œuvre des résultats de ce travail va permettre une autonomie énergétique durable et fiable de la SBEE par l’adoption d’une source d’énergie renouvelable simple et la plus recommandée d’ailleurs pour les pays du sud.

Une interconnexion au réseau de la SBEE n’est pas envisagée dans ce travail vue que la puissance produite est très élevée mais nous avons plutôt prévu un poste d’évacuation avec plusieurs départs qui va se charger de la répartition de l’énergie produite selon les besoins et demandes de la SBEE.

Mots clés : énergie solaire, centrale photovoltaïque, autonomie énergétique, dimensionnement, énergie renouvelable, poste d’évacuation.

ABSTRACT

The great vision of this project consist in applying on a high way the using of solar system power photovoltaic.

As well as Bénin energically is depended on average 98%. And the small thermal part of « SBEE » momentallly neither work nor work at all. This work give access to power when we merely adopted an available and renewable energy system. More over recommended for the south countries.

In the way of that the power use dis very higher, an interconnection to the SBEE’s net work is not engaged in this project yet. We early decide to get ready a draining off’s post care of the distribution of power given according to the requiere and needs of SBEE.

Keywords : Solar energy, power station, photovoltaic, energical autonomy.

TABLE DES MATIERES

Dédicace………...i

Remerciements………..…………ii

Acronymes et abréviations………iii

Liste des figures………...iv

Liste des tableaux………...v

Résumé………vii

Abstract………vii

Introduction générale……….1

Chapitre 1 Présentation du lieu de stage………..4

1.1 Présentation de la Société Béninoise d’Energie Electrique………4

1.1.1 Mission et attributions de la SBEE………4

1.1.2 Organisation hiérarchique de la SBEE………..4

1.2Présentation de la Direction des Etude et du Développement………5

1.2.1 Missions et attributions de la DED………5

1.2.2 Organisation……….6

Chapitre 2 Généralité sur les dispositifs photovoltaïques ……….10

2.1 L’effet photovoltaïque et énergie solaire……….10

2.2 Les éléments constitutifs d’un dispositif photovoltaïque………16

2.3 Les étapes de dimensionnement d’un dispositif photovoltaïque………19

2.4 Généralité sur le soleil………...19

2.6 Avantages et inconvénients du photovoltaïque………..24

Chapitre 3 Etat de l’art sur la capacité énergétique globale du Bénin et nécessité de création de nouvelles unités de production………27

3.1 Importation et production d’énergie……….27

3.1.1 Importation d’énergie………27

3.1.2 Production d’énergie……….28

3.2 Les prévisions à l’horizon 2020……….30

3.2.1 Prévision de la demande d’énergie BT et MT………..30

3.2.2 Prévision de l’offre d’énergie BT et MT……….32

3.2.3 Calcul des prévisions relatives au déficit énergétique (BT) à l’horizon 2020 3.2.4 Prévision du nombre d’abonnés BT et MT………..34

3.3 Bilan des données et justification de la puissance produite……….35

3.4 Emplacement de la centrale et données météorologiques………35

Chapitre Gestion de la production de l’énergie de la centrale………..………47

4.1 Dimensionnement du poste de transformation……….36

4.2 Choix des éléments constitutifs du poste d’évacuation………...39

4.3 Identification du lieu d’implantation du poste d’évacuation……….39

Chapitre 5 Dimensionnement du système photovoltaïque………41

5.1 Choix d’une centrale photovoltaïque………..41

5.2 Dimensionnement du système photovoltaïque……….…42

5.2.1 Choix et calcul des caractéristiques des constituants………..43

5.2.1.1 Choix et dimensionnement des modules PV………...43

5.2.1.2 Choix et dimensionnement de l’onduleur solaire………45

5.2.1.3 Choix et dimensionnement du condensateur à courant continu………47

5.2.1.4 Choix et dimensionnement des batteries……….49

5.2.1.5 Choix et dimensionnement du régulateur………51

Chapitre 6 Estimation du budget du projet et étude de rentabilité……….53

6.1 devis estimatif du projet……….……….54

6.2 Analyses et interprétations des résultats………..….55

6.3 Etude de la rentabilité……….56

6.4 Analyses diverses……….57

6.5 Suggestions……….58

Conclusion générale………60

Références bibliographiques………61

INTRODUCTION GENERALE

La question de la disponibilité de l’énergie électrique devient de plus en plus un vrai cauchemar aussi bien pour la SBEE que pour les autorités politiques du Bénin. Les désagréments causés par cette situation ne sont pas sans inconvénients pour l’économie de notre pays et pour son développement, étant donné qu’aujourd’hui, l’autonomie énergétique est devenue l’indice premier pour le développement d’un pays. Notons aussi qu’actuellement, dans notre pays, le déficit énergétique avoisine les 98% de la consommation. Ce déficit est compensé pêle-mêle par l’importation auprès des pays de la sous- région tels que le Nigéria, la Côte d’Ivoire et le Ghana. Ce qui engendre des coupures intempestives et indésirables de l’énergie, source d’importants inconvenants (frustrations et dommages collatéraux aux abonnés). Tout cela nous oblige à mener des réflexions dans le domaine de l’énergie solaire vue que le soleil est bien un atout naturel pour nous en Afrique et au Bénin particulièrement. De plus, l’énergie solaire est sans pollutions et n’a aucun impact négatif sur l’environnement. C’est dans cette optique que le présent mémoire propose l’étude et le dimensionnement d’une centrale photovoltaïque de 100 MW au profit de la SBEE afin que cette dernière arrive à juguler le déficit énergétique actuel.

Après les recherches et enquêtes pour l’emplacement pouvant arbitrer cette géante centrale photovoltaïque, nous avons pu sélectionner la commune de Comé où nous avons trouvé un espace disponible situé au bord de la voie inter Etats Cotonou-Lomé entre le village Gadomé et Comé côté gauche, avant le poste douanier. Une superficie de 15km², le long de la voie d’une part et vers le sud d’autre part, un peu avant les villages tels qu’Atitouèdomé et Saradi.

Nous remercions par ailleurs les autorités locales de la commune de Comé sans lesquelles notre projet n’aurait pas trouvé un emplacement pour sa réalisation.

Pour bien aborder et traiter convenablement notre thème intitulé : « Réduction du déficit énergétique de la SBEE par l’installation d’une

centrale photovoltaïque de 100 MW : Etude et dimensionnement», nous avons architecturé le travail en six chapitres comme suit :

Le chapitre 1 présente le cadre d’accueil de notre stage, la Direction Générale de la SBEE précisément la Direction des Etude et du Développement (DED).

Quant au chapitre 2, il fait une brève généralité sur les dispositifs photovoltaïques. Ensuite, vient le chapitre 3 qui nous permet de faire l’étude statistique concernant le déficit énergétique avec les données liées au besoin, à la demande, au nombre d’abonnés et aux différentes prévisions à l’horizon 2020. Cela nous permet en effet, d’avoir une idée nette et précise sur l’état comateux de l’autonomie énergétique du Bénin et l’urgence de créer des sources d’énergie renouvelable telles que le solaire. Le chapitre 4 s’occupe du dimensionnement proprement dit des différents éléments constitutifs de la centrale. Le chapitre 5 est consacré à la gestion de l’énergie produite par le biais d’un poste d’évacuation. Et enfin le chapitre 6 fait une évaluation du devis et étudie la rentabilité du projet.

CHAPITRE 1 PRESENTATION DU LIEU DE STAGE

1.1 Présentation de la Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) 1.1.1 Mission et attributions de la SBEE

La Société Béninoise d’Energie Electrique (SBEE) a pour mission d’assurer la production, le transport et surtout la distribution de l’énergie électrique sur l’ensemble du territoire national. Elle a pour obligation de satisfaire de façon absolue aux exigences de ses abonnés. Parmi ces exigences, on a : la disponibilité, la bonne qualité et l’acquisition à moindre coût de l’énergie électrique. Pour une meilleure prestation à sa clientèle, la SBEE se doit de respecter certaines attributions telles que :

 renforcer sa capacité de production locale ;

 redynamiser son réseau pour une meilleure stabilité [7] ;

 protéger ses installations avec efficacité.

1.1.2 Organisation hiérarchique de la SBEE

L’organisation hiérarchique de la SBEE est régie l’organigramme de la figure 1.1

Figure 1.1 Organigramme de la Société Béninoise d’Energie Electrique.

Conseil d’administration

Direction Générale

Cellule Gouvernance d’entreprise et de contrôle de gestion

Direction Commerciale &

de la Clientèle Direction de la

Production &

des Mouvements

d’Energie

Direction des Etudes & de développent

Direction de la Compatibilité &

du Budget

Direction des Ressources

Humaines

Direction Informatique

Direction du Patrimoine et de la prévention des risques et des affaires juridiques

Direction des Exploitations

Personne responsable des marchés publics Cellule Gestion des Risques

Direction Audit Interne Contrôle Général

Cellule Formation

Direction Générale Adjointe

Secrétaire Général

Cellules Réduction des pertes

1.2 Présentation de la Direction des Etudes et du Développement (DED) 1.2.1 Mission et attributions de la DED

La Direction des Etudes et du Développement (DED) a pour mission de concevoir les grandes innovations et le développement technique de l’entreprise (SBEE).

Elle est tenue de :

 assurer l’élaboration de la stratégie d’innovation de l’entreprise ;

 veiller à la recherche du développement au sein de l’entreprise ;

 assurer le pilotage des projets sectoriels et études liés au développement de l’activité de la société.

La Direction des Etudes et de Développement assure donc :

 la recherche de financement des projets élaborés ;

 le suivi technique et financier des projets ;

 la planification des ouvrages pour un développement du système électrique à moyen et à long terme à moindre coût.

 l’élaboration des études de planification à moyen et long terme afin d’assurer l’adéquation entre l’offre et la demande d’électricité à moindre coût ;

 la maîtrise d’ouvrage et la surveillance des projets d’électricité ;

 les études environnementales et sociales des projets d’investissement retenus ;

1.2.2 Organisation

La Direction des Etudes et du Développement comprend :

 le service de la Gestion des Projets ;

 le Service des Etudes et planification des réseaux [7];

 le Service de la Statistique ;

 le Service Environnemental et social.

1.2.2.1 Service Gestion des Projets

Ce service est animé par des chargés de projet. Tout chargé de projet a rang de Chef section durant la durée du projet qu’il suit.

Le service Gestion des Projets est chargé de :

 élaborer les fiches de projet sur la base des études de projet effectuées par le service d’étude ;

 rédiger les requêtes pour la recherche de financement ;

 participer aux différentes négociations pour mobiliser les financements ;

 élaborer les termes de références et cahiers de charges pour les projets d’études et de travaux ;

 préparer, lancer et étudier les appels d’offres des marchés d’études et de travaux ;

 en collaboration avec les ingénieurs du Service d’Etudes, analyser et valider les études de faisabilité et les études techniques détaillées qui lui sont soumises ;

 assurer le suivi technique et financier des projets ;

 élaborer et gérer les contrats et marchés des projets d’études et de travaux ;

 organiser et participer aux visites et réunions de chantier et élaborer les comptes rendus y afférents ;

 élaborer les rapports périodiques d’activités sur les projets ;

 assister les structures de Passation des Marchés Publics dans l’élaboration des dossiers d’appel d’offres et de consultation restreinte pour les études et travaux ;

 participer aux travaux de dépouillement et d’évaluation des offres ;

 participer aux réceptions provisoires et définitives des ouvrages ;

 organiser des tournées de contrôle et de suivi physiques des projets.

1.2.2.2 Service Etudes et Planification des réseaux

Ce service est animé par des Chargés d’étude. Tout Chargé d’étude a rang de Chef Section.

Ce service est chargé de :

 développer le Système d’Information Géographique (SIG) ;

 numériser au GPS les plans de réseaux électriques HTA de la société ;

 modéliser les réseaux électriques avec les outils de modélisation ;

 simuler les modèles de réseaux et faire des propositions d’amélioration techniques des réseaux ;

 réaliser les études prospectives de développement des réseaux ;

 élaborer des plans directeurs dans le domaine de production, du transport et de la distribution ;

 établir les plans d’investissement à moyen et long terme [7];

 actualiser les plans des réseaux ;

 gérer l’observation de l’offre et de la demande ;

 étudier le schéma de protection de la société et faire des recommandations ;

 définir un plan d’équipement optimal en fonction des simulations ;

 en collaboration avec les ingénieurs chargés de projets, analyser et valider les études de faisabilité et les études techniques détaillées des projets en cours d’exécution.

1.2.2.3 Service de la Statistique

Le service de la statistique est chargé de :

 définir et tenir à jour la liste des données statistiques ;

 collecter, traiter et analyser les données statistiques de base

nécessaires à la formulation des objectifs et à la réalisation de toute étude au sein de la société ;

 traiter les données statistiques aux fins de l’identification des objectifs et de la définition des stratégies de la société ;

 calculer les ratios ;

 veillez à l’édition et la publication des rapports statistiques annuels de la société ;

 tenir à jour les tableaux de bord des projets ;

 tenir un répertoire de tous les projets initiés, élaborés, exécutés ou en cours d’exécution au niveau de la société ;

 assurer le suivi des Plans de Travail Annuel (PTA), Plan de Consommation de Crédit (PCC) et projets inscrits au Plan d’Investissements Publics (PIP).

1.2.2.4 Service Environnemental et Social Le Service Environnemental et Social est chargé de :

 classifier les projets d’électrification en faisant l’étude d’identification et de catégorisation ;

 élaborer les termes de référence (TdR) de l’Etude d’impact environnemental et social ;

 faire les études d’impact environnemental et social ;

 formuler les obligations et contraintes environnementales et sociales dans les TdR et contrats ;

 veillez au respect des normes environnementales lors de l’exécution des projets ;

 faire le suivi du plan de Gestion Environnementale et Sociale ;

 évaluer l’impact environnemental et social des projets exécutés.

Conclusion

Nous ne pouvons jamais élaborer ce travail sans l’accueil chaleureux que la SBEE nous a réservé pour notre stage, c’est pourquoi nous avons consacré ce premier chapitre à la présentation de cette structure, la principale détenant le pouvoir énergétique de notre pays en ses mains.

CHAPITRE 2 : GENERALITE SUR LES DISPOSITIFS PHOTOVOLTAIQUES

Introduction

Un dispositif photovoltaïque est un système formé de plusieurs éléments physico-chimiques ayant pour rôle de capter les rayons solaires et de les transformer en énergie électrique utilisable. Dans ce chapitre, nous avons étudié les éléments constitutifs et leurs rôles, l’architecture électrique et le fonctionnement d’un dispositif photovoltaïque.

2.1 L’effet photovoltaïque et l’énergie solaire [1]

Une cellule photovoltaïque (PV) est constituée d’un semi-conducteur qui capte l’énergie lumineuse et la transforme directement en énergie électrique. Le principe de fonctionnement des cellules PV est basé sur l’effet photovoltaïque.

Découvert en 1839 par le français Alexandre Edmond Becquerel, l’effet PV permet de convertir directement l’énergie lumineuse des rayons solaires en électricité par le biais de la production et du transport dans un matériau semi- conducteur de charges électriques positives et négatives sous l’effet de la lumière. Ce matériau comporte deux parties, l’une présentant un excès d’électrons, on dit qu’elle est dopée de type N et l’autre un déficit d’électrons, on dit qu’elle est dopée de type P. Lorsque la première est mise en contact avec la seconde, les électrons en excès dans le matériau N diffusent dans le matériau P. La zone initialement dopée N devient chargée positivement et la zone initialement dopée P devient chargée négativement. Il se crée entre elles un champ électrique qui tend à repousser les électrons vers la zone N et les trous vers la zone P. Ceci conduit à la formation d’une jonction PN. La figure 2.1

présente le principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique [1].

Figure2.1: Principe de conversion de l’énergie solaire en énergie électrique.

Le schéma du circuit équivalent d’une cellule PV est donné à la figure 2.2

Figure 2.2: Circuit équivalent d’une cellule PV

Une cellule PV comporte donc une résistance série (Rs) et une résistance parallèle (Rp). Ces résistances sont des paramètres importants pour la caractéristique courant-tension de la cellule PV. [1].

De la figure 2.2, la loi des nœuds nous permet d’écrire la relation suivante :

I

L

= I

D

+ I

R

+ I

(2.1)

− Détermination des courants ID , IR ,I et IL

Le courant de jonction ID est donné par la relation :

I

D

= I

0

(e

^{q(V+Rs.InKT )}

− 1)

(2.2)

Le courant dans la résistance Rp est donné par la relation :

I

R

=

^{V +Rs.I}

Rp

(2.3) A partir de l’équation (2.1), on obtient l’expression du courant I :

I = I

L

−I

D

− I

R (2.4) En remplaçant dans (2.4) les équations (2.2) et (2.3), l’équation caractéristique devient :

I = I

L

−I

0

(e

^{q(V+Rs.InKT )}

− 1) −

^V+Rs.I

Rp (2.5)

Le photo-courant IL de la cellule est donné par la relation :

I

L

= I

cc

. (

^𝐺

1000

)

(2.6) I : le courant fourni par la cellule [A]

V : la tension fournie par la cellule [V]

I0 : courant de saturation de la jonction [A]

K : constante de Boltzmann (1,381.10^-23 J/K)

T : température de la cellule en Kelvin G : l’éclairement [W/m²]

q : la charge d’électron e =1,6.10^-19 Coulomb Icc : courant de court-circuit [A]

Rp : la résistance parallèle de la cellule [Ω]

Rs : la résistance série de la cellule [Ω]

n : le « facteur de qualité » de la diode, il prend une valeur entre 1 et 2 En supposant que la résistance parallèle est infinie (Rp = ∞), l’équation (2.5) devient :

I = I

L

−I

0

(e

^{q(V+Rs.InKT )}

− 1)

(2.7)

− Calcul du courant de court-circuit.

Le courant de court-circuit est le courant pour lequel la tension aux bornes de la cellule est nulle. Dans le cas idéal (Rs = 0 et Rp = ∞), ce courant n’est en réalité rien d’autre que le photo-courant IL. Dans le cas contraire, en annulant la

tension Vdans l’équation 2.5 on obtient :

I

cc

= I

L

−I

0

(e

^{q(Rs.IccnKT )}

− 1) −

^Rs.Icc

Rp (2.8) Pour la plupart des cellules PV (dont la résistance série est faible), on peut négliger le terme :

I0(e^{q(Rs.IccnKT )}− 1) devant IL, l’expression approchée du courant de court-circuit est alors :

I

cc

=

^IL

(1+^Rs

Rp) (2.9)

− Calcul de la tension de circuit-ouvert.

La tension de circuit ouvert (Vco)est la tension pour laquelle le courant débité par la cellule PV est nul. Elle se calcul par la relation suivante :

0 = I

L

− I

0

(e

^q(nKTVc0)

− 1) −

^Vc0

Rp (2.10) Dans le cas idéal, sa valeur est légèrement inférieure à :

V

co

= (

^q

nKT

).ln(

^IL

I₀

+ 1)

(2.11)

− Détermination de la puissance maximale, du facteur de forme et du rendement.

 Puissance maximale

La puissance des modules PV s’exprime en Watt-crête. Elle représente la puissance que peut fournir un module lorsqu’il est fermé sur sa charge optimale sous un éclairement de 1000 W/m² et une température de 25 °C. La puissance maximale (Pm = Vmp × Imp) s’obtient en optimisant le produit courant- tension, soit :

^Imp

V_mp

= − (

_dV^dI

)

(2.12) Pour obtenir les coordonnées (Vmp, Imp) au point de puissance maximale de la cellule PV sans avoir à passer par la résolution de l’équation 2.12, il existe d’autres modèles simplifiés et validés [6].

Modèle 1 :

V

mp

= V

co

− 3×

^nKT

q (2.13) Modèle 2 : ^Vmp

V_co

= 1−

^1+lnx_2+lnx

×

^{ln (1+lnx)}_lnx (2.14)

où x =

^I_I^cc

o

 Facteur de forme

On appelle facteur de forme FF, le rapport entre la puissance maximale pouvant être extraite d’une cellule PV sous les conditions de mesures standardisées et la puissance (Vco × Icc) spécifiée par le fabricant.

FF =

^Vmp×Imp

V_co×I_cc (2.15)

 Rendement

Le rendement des cellules PV désigne le rendement de conversion en puissance. Il est défini comme étant le rapport entre la puissance maximale délivrée par la cellule et la puissance lumineuse incidente (Pin).La puissance lumineuse incidente est égale au produit de l’éclairement par la surface totale des cellules PV.

η =

^Pm

P_in

=

^FF.Vco.Icc

P_in (2.16) Le rendement peut être amélioré en augmentant le facteur de forme, le courant de court- circuit et la tension de circuit ouvert du module PV.

2.2 Les éléments constitutifs d’un dispositif photovoltaïque

On distingue généralement deux types de dispositifs photovoltaïques à savoir les dispositifs(PV) à batterie et sans batterie. Pour notre travail, nous utiliserons un système PV avec batterie parce que nous devons stocker l’énergie produite.

Les éléments constitutifs de ce genre de système PV sont :

 le champ de modules qui capte les rayons solaires et fournit l’énergie électrique. Il est constitué de plusieurs cellules PV montées en série et/ou en parallèle selon l’usage. Le champ et le module PV sont représentés à la figure ci-dessous ;

Figure 2.3 Cellule et champ PV

 les batteries ont pour rôle de stocker l’énergie électrique ;

Nous avons à la figure suivante un exemple type de parc batteries.

Figure 2.4 Parc batteries

 les diodes anti-retour évitent la décharge des batteries par les modules PV en temps de faible ensoleillement. Les diodes by-pass peuvent isoler un sous réseau de cellules lorsque l’éclairement n’est pas homogène, évitant ainsi la destruction des cellules mal

éclairées. Ces deux genres de diodes représentées à la figure 2.4 forment une protection pour le système PV ;

Figure 2.5 : diode anti-retour et diode by-pass

 les régulateurs de charge protègent les batteries contre les surcharges d’énergie générée par les modules PV et les fortes décharges. La figure 2.5 détaille le principe de fonctionnement des régulateurs de

Figure 2.6 Régulateur de fonctionnement de la batterie.

 les onduleurs permettent de convertir la tension continue stockée dans les batteries en tension alternative.

La figure 2.6 suivante illustre clairement les éléments constitutifs d’un dispositif PV.

Figure 2.7 les différents éléments constitutifs d’un dispositif PV.

Le bloc A est le champ PV.

Le bloc B est le parc des régulateurs.

Le bloc C est le parc des batteries.

Le bloc D est le parc des onduleurs.

Le bloc E est le poste de transformation.

Le bloc F est le poste d’évacuation.

2.3 Dimensionnement d’un dispositif photovoltaïque.

Plusieurs étapes interviennent dans le dimensionnement d’un ouvrage photovoltaïque. L’ensoleillement du site et le bilan énergétique des besoins déterminent la rigueur dans le dimensionnement comprenant certaines étapes primordiales dont :

Etape1 : Calcul du besoin électrique (Wh/j) Etape2 : Détermination de l’ensoleillement

Etape3 : Détermination de la capacité de stockage requise (Ah) Etape4 : Calcul du champ photovoltaïque requis.

2.4 Généralité sur le soleil

 Le rayonnement

Par ses rayons, le soleil envoie sur la terre de l’énergie thermique. Le

monochromatiques dont la longueur d’onde est comprise dans une bande de 0,22 à 10 micron (µm).En moyenne, la puissance de réception du rayonnement solaire à la surface de la terre est de 1,37 kilowatt par mètre carré (kW/m²) mais seulement une énergie ne dépassant pas 1,2 KW/m² arrive en réalité à la surface de la terre. Les paramètres tels que la rotation et l’inclinaison de la terre, font que l’énergie envoyée à la surface terrestre varie en fonction de l’heure, de la latitude, de la localité mais aussi de la saison. Cette variation est représentée sur la figure ci- dessous.

Figure 2.8 Analyse spectrale du rayonnement solaire

 Intensité

Sur une surface quelconque située à la surface de la terre, l’intensité du rayonnement solaire reçu est appelée irradiation ou éclairement. La position du module photovoltaïque est un paramètre essentiel pour cette irradiation. L’intensité du rayonnement est maximale si le plan du

module PV est perpendiculaire aux rayons, c’est le midi solaire. La figure qui suit, explique l’effet de l’inclinaison du module PV sur l’intensité du rayonnement solaire. On peut maximiser l’énergie captée en faisant suivre le midi solaire par un suiveur, mais le facteur coût devient aussi important.

Figure 2.8 Intensité du rayonnement solaire reçu par un module PV horizontal et incliné au mois de février

 Mouvement Terre-Soleil

La terre effectue deux mouvements, le premier sur elle-même pendant 24 heures : c’est la rotation et le second autour du soleil pendant 365 jours et six heures : c’est la révolution. La distance entre la terre et le soleil est environ 149.450.000 Km. L’axe de rotation de la terre par rapport à la normale au plan écliptique est de 23 degrés 27 minutes.

Tout observateur fixe à la surface de la terre verra donc le soleil tourner autour de cette dernière, ce qui explique la variation de l’intensité du rayonnement solaire selon les heures de la journée.

Figure 2.9 Géométrie plane du système Terre-Soleil

Figure 2.10 Géométrie spatiale du système Terre-Soleil.

 Position du soleil

La position du soleil est donnée par l’angle d’altitude Y et d’azimut Y. Elle dépend de la date, du moment de la journée et de la position géographique de l’observateur.

Figure 2.11 Position du soleil observée d’après l’origine O

2.5 Orientation et inclinaison des panneaux.

L’orientation et l’inclinaison des panneaux sont des paramètres très sensibles dans une installation PV car elles influent considérablement sur la quantité d’énergie captée. Idéalement, la localisation doit être orientée à nos latitudes plein sud [9].

Le système présente un rendement satisfaisant entre l’ouest et l’est avec un degré d’inclinaison compris entre 10 et 30 degrés. L’inclinaison moyenne au Bénin est 15 degrés.

2.6 Avantages et inconvénients du photovoltaïque o Avantages

L’énergie PV présente plusieurs avantages parmi lesquels on peut citer :

− la production de cette électricité est propre, elle n’est pas toxique ;

− les centrales PV sont flexibles et peuvent être élargies à n’importe quel moment pour répondre aux besoins en matière d’électricité ;

− les centrales PV sont particulièrement attractives pour les sites urbains, à cause leur petite taille, et leur opération silencieuse ;

− la lumière du soleil étant disponible partout, l’énergie PV est exploitable partout.

o Inconvénients

On note aussi quelques inconvénients de l’énergie PV parmi lesquels on peut citer :

− la fabrication du module PV relève de la haute technologie et requiert des investissements d’un coût élevé ;

− la production de l’énergie dépend de l’ensoleillement et de la température qui sont toujours variables ;

− la pollution à la fabrication.

Conclusion.

Dans ce chapitre, nous avons étudié le principe de fonctionnement d’un dispositif PV, ses éléments constitutifs et les différentes propriétés du système terre-soleil ainsi que les grandes étapes de dimensionnement d’une centrale PV. Un accent particulier est mis aussi sur les avantages et inconvénients que présentent les dispositifs PV.

CHAPITRE 3 : ETAT DE L’ART SUR LA CAPACITE ENERGETIQUE GLOBALE DU BENIN

Introduction

La production énergétique au Benin n’est presque pas une réalité.

L’importation estimée en 2013 à 99,22% demeure malheureusement la seule politique d’approvisionnement de notre pays. Nous avons utilisé le rapport statistique annuel fourni par le service statistique de la SBEE en 2013, puisque c’est le plus récent pour les données d’élaboration de ce chapitre à la fin duquel nous avons montré pourquoi l’énergie solaire est devenue une obligation pour notre pays.

3.1 Importation et production d’énergie.

La quantité d’énergie produite et achetée par la SBEE en 2013 est de 1 073 809 MWH contre 1 073 476 MWh en 2012. Elle enregistre ainsi une hausse de 5,45% contre 5,54% une année plus tôt. [2]

La SBEE a assuré par ces propres moyens 0,72% de la demande globale en énergie électrique de ses clients. Elle demeure dépendante de la CEB à 99,22%.

La répartition de la production par source se présente comme l’indique le tableau 3.1.

Tableau 3.1 Répartition de la production d’énergie par source

RUBRIQUE

2011 2012 VARIATION Energie

en MWH

Part en

%

Energie en MWH

Part en %

(1) en

% (2)

en % Centrales

thermiques

12818 1,26 7985 0,74 37,91 -

Yéripao (hydraulique)

0 0,00 384 0.03 - -

Achat 1.005.454 98.74

1.065.476

99,22 5,97 -

Total 1.018.272 100 1.073.809 100 5.45 - (1) Evolution 2012/2011

(2)Evolution 2013/2012

3.1.1 Bilan de l’énergie électrique importée par la SBEE.

L’énergie importée de la CEB par la SBEE en 2013 a connu une hausse de 2,73%

par rapport à celle de 2012. Soit 1.094.663,059MWh contre 1.065.476,409 MWh. Cette progression est liée à une plus forte demande en énergie électrique et à l’amélioration du contrat de fourniture d’énergie avec la CEB.

Les exportations d’énergie de la SBEE ont participé diversement à la consommation de l’énergie importée dans les proportions ci-après :

ATLANTIQUE/LITTORALE/OUEME 77,63%

MONO/COUFFO 5,13%

ZOU/COLLINE 7,91% [2]

BORGOU (Malanville et Parakou) 6.13%

Il ressort donc de ces chiffres que le Bénin est totalement tributaire des autres pays en matière d’énergie électrique.

3.1.2 Bilan de l’énergie électrique produite par la SBEE.

L’énergie auto produite par l’ensemble de nos unités s’élève à 4505,618MWH en 2013 contre 8332,263MWH en 2012 soit une baisse de 54,07%. Cette baisse est due à l’interconnexion de Natitingou dans l’Atacora-Donga en mai 2010 avec le réseau de la CEB ainsi que la résiliation de contrats de production avec Aggreko et MRI principaux producteurs d’énergie au Bénin depuis 2006. La production d’énergie en MWH par Exploitations Régionales est consignée dans le tableau 3.2.

Tableau 3.2 a Bilan de la distribution d’énergie par région de 2010 à 2012

RUBRIQUE 2010 2011 2012

ATLANTIQUE/OUEME 5,27 4,27 5,03 MONO/COUFO -6,15 16,56 1,51 ZOU/COLINES 0,69 8,55 10,15 BORGOU/ALLIBORI 1,23 7,31 9,14 ATACORA/DONGA 11,22 11,07 5,47

TOATL 4,76 5,54 5,54

Tableau 3.2 b La production en MWh par exploitation régionales

RUBRIQUE

2011 2012 2013 VARIATION

Energie en MWH

Part en

%

Energie en MWH

Part en %

Energie en MWH

Part en

%

(1) en

% (2) en

% Centrale

AKPAKPA 0 0,0 0 0,0 0 0,0 - -

AGGREKO

0 0,0 0 0,0 0 0,0

- -

MRI

0 0,0

0 0,0

0 0,0

- -

OUEME (centrale CIFF

P/N) 1650 12,87 1682 20,19 966 21,44 1,93 -42,58 ZOU/COLLINE

(OUESSE) 236 1,84 0 0,0 0 0,0 -100 0,0

BORGOU

9014 70,33 5741 68,90 1238 27,47 -36,31 -78,44 ATACORA

1918 14,96 909 10,91 2302 51,10 -52,59 153,22 TOTAL

12818 100 12818 100 4405 100 -34,99 -45,93

(1) Evolution 2012/2011 (2)Evolution 2013/2012

Nous constatons une large régression du taux de production dans la plupart des centrales de la SBEE à cause des nouvelles interconnexions. Ceci montre que la demande augmente considérablement alors que la production diminue de façon drastique.

3.2 Les prévisions à l’horizon 2020

3.2.1 Prévision de la demande d’énergie BT et MT

Les différentes prévisions relatives à la demande énergétique BT et MT sont indiquées dans le tableau 3.3.

Tableau 3.3 Prévision de la demande d’énergie en GWH 2014-2020 Année 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 ATLANTIQUE 1177 1317 1406 1500 1620 1752 1856 BT 794 888 1023 1122 1147 1263 1365

MT 378 429 382 379 474 489 490

OUEME 207 215 252 264 317 326 360

BT 160 164 211 217 265 275 312

MT 48 51 41 46 52 51 48

MONO 91 86 95 114 115 139 153

BT 54 50 65 72 82 86 96

MT 37 36 30 42 33 53 57

ZOU 121 131 152 175 165 184 214

BT 68 80 104 113 108 117 127

MT 54 51 47 62 57 67 86

BORGOU 94 104 112 132 151 168 177

BT 74 80 15 111 125 131 139

MT 20 24 15 21 26 37 38

ATACORA 36 41 40 47 56 62 73

BT 25 28 32 38 47 53 60

MT 11 13 9 9 9 9 13

TOTAL SBEE 1722 1894 2057 2233 2424 2631 2832 BT 1174 1290 1532 1674 1773 1925 2099

MT 548 604 525 659 651 706 733

EVOLUTION 10% 10% 9% 9% 9% 9% 8%

3.2.2 Prévision de l’offre d’énergie BT et MT

Les différentes prévisions relatives à l’offre d’énergie BT et MT sont indiquées dans le tableau 3.4. Rappelons que ces données sont tirées du rapport d’activité de l’année 2013 de la SBEE. [2]

Tableau 3.4 Prévision de l’offre d’énergie en GWH 2014-2020

Année 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

ATLANTIQUE 795 876 923 957 974 1065 1225

BT 666 732 801 841 834 920 1069

MT 129 144 122 115 140 145 156

OUEME 208 212 239 239 279 288 343

BT 167 168 205 203 249 250 304

MT 42 44 34 36 39 39 39

MONO 73 67 76 84 88 99 118

BT 58 53 65 69 76 80 95

MT 15 15 12 16 12 19 22

ZOU 142 149 160 179 164 183 231

BT 71 83 102 106 99 107 125

MT 71 66 58 73 65 76 106

BORGOU 80 87 93 104 114 124 141

BT 70 75 86 94 102 108 123

MT 10 12 7 10 12 17 18

ATACORA 46 51 53 60 71 80 99

BT 41 46 50 57 68 77 94

MT 5 5 3 3 3 3 5

TOTAL SBEE 1343 1441 1309 1623 1690 1840 2156

BT 1072 1256 1336 1370 1419 1541 1810

3.2.3 Calcul des prévisions relatives au déficit (BT) à l’horizon 2020.

Le déficit étant la différence entre la demande et l’offre d’énergie, nous avons calculé le déficit énergétique du Bénin à l’horizon 2020 à partir des prévisions de l’offre et de la demande énumérées ci-haut. Ce calcul est fait seulement pour les basses tensions et consigné dans le tableau 3.5 qui suit.

Tableau 3.5 Déficit énergétique (BT) du Bénin à l’horizon 2020.

Année 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

Déficit (BT) en GWh

102 134 296 304 354 384 289

3.2.4 Prévision du nombre d’abonnés BT et MT

Les prévisions relatives au nombre d’abonnés à l’horizon 2020 sont consignées dans le tableau 3.5 (Source : rapport d’activité de la SBEE, année 2013)

Tableau 3.6 Prévision du nombre d’abonnés entre 2013 et 2020

ANNEES 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020

LITORAL 1+2 247095 284159 326783 375801 432171 496996 571546 6572789 ATLANTIQUE 111057 127716 14873 168904 194240 223376 256882 295415 OUEME-

PLATEAU

110116 126633 145628 167473 192593 221482 254705 292911

MONO- COUFFO

40699 46803 53824 61898 71182 81839 94138 108259

ZOU- COLLINE

56345 64797 74517 85694 98548 113331 130330 149870

BORGOU- ALIBORI

44960 51704 59460 68379 78636 90431 103995 119595

ATACORA- DONGA

22733 26141 30064 34573 39759 45723 52582 60469

TOTAL 633005 727956 837149 962721 1107130 1273199 1464179 1683806

3.3 Bilan des données statistiques et justification de la puissance produite (100 MW).

D’après analyse des différentes données statistiques relatives à la demande, à la production et aux nombres d’abonnés, suivies des prévisions à l’horizon 2020, on remarque que le Bénin est totalement dépendant de l’extérieur. Le plus grave c’est que nous n’avons aucune politique d’auto production sinon, elle est très faible (de l’ordre de 0,72%) en 2013. Il urge que nous trouvions une solution définitive car les prévisions nous mettent dans des conditions plus compliquées. C’est face à tout ceci que le présent travail propose l’étude d’une centrale photovoltaïque de grande puissance. Les problèmes liés à la disponibilité de l’espace et surtout au coût de réalisation du projet font que nous avons opté pour une puissance de 100 MW. Notons que cette puissance est importante vu l’état comateux de l’autonomie de notre pays.

L’emplacement est un paramètre très important dans la construction d’une centrale photovoltaïque de cette puissance (100MW). Après plusieurs efforts de recherche et de prospection puisque plusieurs facteurs devraient rentrer dans ce choix à savoir : l’état du sol, la grande disponibilité, le taux d’ensoleillement et surtout la bonne collaboration avec les autorités locales ; notre choix a trouvé place dans la commune de COME située à 60km de Cotonou.

Les données météorologiques de cette localité nous sont données par l’ASECNA et consignées dans le tableau 3.6. Nous remarquons tout de même que cette localité présente un bon taux d’ensoleillement, véritable atout pour notre ouvrage.

Tableau 3.6 Données météorologiques mensuelles de la commune de Comé (2000-2015)

Mois J F M A M J J A S O N D An Unité

Irradia

tion 5,66 5,87 5,94 5,64 4,99 4,78 4,62 4,56 4,71 5,24 5,37 5,48 5,32 kWh/m

2.j Eclaire

ment 226 235 233 224 210 182 184 180 186 205 213 220 287 W /m² Tempé

rature Ambia nte

29,4 31,5 32,9 30,6 31,8 29,5 28,8 27,6 27,7 27,8 29,7 29,6 30,3 °C

Source : ASECNA

Conclusion.

La dépendance énergétique du Bénin n’est plus un sujet discutable mais un vrai souci auquel il faudra trouver inévitablement des solutions. L’énergie solaire est l’une de ces solutions et la centrale photovoltaïque faisant objet d’étude sera élaborée dans la commune de Comé.

CHAPITRE 4 : GESTION DE LA PRODUCTION DE L’ENERGIE DE LA CENTRALE Introduction.

L’énergie produite par une centrale ne doit pas rester stockée à l’intérieur de celle-ci. L’électrotechnicien doit donc penser obligatoirement à une gestion rigoureuse du transport et de la distribution de sa production. Dans le cas présent, l’énergie produite par la centrale va subir deux jeux d’évacuations à savoir :

− D’un départ HTA de 20KV pour l’alimentation locale de la commune de COME et ses environs4

− De quatre départs HTB de 63KV qui subiront des transports jusqu’aux lieux de distribution où besoin se fait sentir selon les demandes de la SBEE.

4.1 Dimensionnement du poste de transformation.

La figure 4.1 suivante illustre le principe de transformation du niveau de tension BT/HTA suivant la norme C 13-100 « Installation électrique à haute tension ».

Figure 4.1 Principe de transformation du niveau de tension BT/HTA.

Nous avons utilisé deux types de transformateurs. Un transformateur de tension T1 qui élève la tension de sortie de l’onduleur à la valeur normalisée de 20KV et un deuxième transformateur T2 qui élève la tension de sortie de l’onduleur à 63 KV. La sortie de 20KV servira à alimenter la commune de COME les villes environnantes. Nous avons enfin envisagé quatre sorties de 63KV chacune destinées à être tirées et évacuées après par la SBEE selon ses besoin

 Calcul des caractéristiques des transformateurs.

 Pour le transformateur T1 2x40MW 400/63KV

𝐼𝑝

₁

=

^40𝑥106

√3𝑥400

= 57,8 𝐾𝐴 et Is

1

= 366,57 A

. En divisant le courant Ip1 par le courant de sortie d’un onduleur, on trouve le nombre d’onduleurs à associer pour ce genre de transformateur. On trouve donc 68 onduleurs. Nous retenons donc deux transformateurs de 40 MW.

 Pour le transformateur T2 20MW 400/20KV

𝐼𝑝

₂

=

^20𝑥106

√3𝑥400

= 28,9 𝐾𝐴 et Is

2

= 577,7A

En divisant le courant Ip2 par le courant de sortie d’un onduleur, on trouve le nombre d’onduleurs à associer pour ce genre de transformateur. On trouve donc 34 onduleurs. Par conséquent, on a un seul transformateur de 20 MW.

Pour ce qui concerne les disjoncteurs, nous avons fait le dimensionnement d’un disjoncteur de tête par onduleur vu que le courant de sortie de chaque onduleur est trop grand (894 A). On a prévu un disjoncteur normalisé de 1250A. Donc avons finalement 170 disjoncteurs.

Les caractéristiques des transformateurs de puissance et du disjoncteur HTA choisis sont consignées dans tableau 4.1

Tableau 4.1 : Les caractéristiques des transformateurs et des disjoncteurs.

Transformateur de puissance de 40 MW

S Type Code Up Us Ip1 Is1

40

MVA SPT40000000 0792140 380 V / 400 V 63 kV 60 KA 370 A

Transformateur de puissance de 20 MW

S Type Code Up Us Ip2 Is2

20

MVA SPT20000000 0698120 380 V / 400 V 20 kV 30K A 590 A Disjoncteur HTA

Type / Code

Tension assignée

Courant

assigné Fréquence Pouvoir de coupure

Pouvoir de fermeture COMPACT

/ FXT400 400 V 1250 A 50 Hz 8 kA eff 20 kAc

S : puissance apparente ; Up: tension au primaire ; Us : tension au secondaire ; Ip: courant au primaire ; Is: courant au secondaire.

4.2 Choix des éléments constitutifs du poste d’évacuation.

Les éléments constitutifs du poste d’évacuation sont listés comme suit :

 Les transformateurs dimensionnés ci-dessus à savoir :

− Le transformateur de tension T1 qui va élever la tension de sortie de l’onduleur à 20 KV qui va servir la population locale de Comé et ses environs.

− Le transformateur T2 qui élève la tension de sortie de l’onduleur à 63KV destinée au transport vers les zones les plus éloignées de la centrale où besoin se fait sentir.

 Cinq (05) pylônes haute tension qui serviront de départ.

 Les disjoncteurs dimensionnés ci-dessus.

 Les câbles haut- tension qui serviront de liaison entre le transformateur et les pylônes.

 Les câbles de garde, le parafoudre et les sectionneurs

4.3 Lieu d’implantation du poste d’évacuation et estimation de la surface occupée par la centrale.

Le vaste étendu de terre réservé à la réalisation de la centrale est composé de deux types de sol : une partie où le sol est sablonneux et une deuxième partie où le sol est de la terre rouge, caillouteuse et dure. Le poste d’évacuation sera construit sur une partie où le sol est rouge, dur et caillouteux pour beaucoup plus de sécurité.

Par ailleurs, il est nécessaire de noter que les modules PV occupent la grande partie de la centrale. Nous avons donc calculé la surface totale occupée par les

modules PV puis estimé celle occupée globalement par les batteries, les onduleurs et les autres éléments de la centrale.

Nous avons utilisé des modules de dimensions : longueur= 1,315m et largeur= 0,544m, donc la surface d’un module est s= 0,71536m². Ayant utilisé au total 850500 modules, la surface totale occupée par les l’ensemble revient à S= 622140,75 m² soit 62,21 hectares. Avec les allées entre les modules, les parcs des batteries, des onduleurs et autres nous avons estimé la surface totale de la centrale à 100 hectares.

Conclusion.

Dans ce chapitre, nous avons fait l’étude générale des postes électriques et en particulier les postes d’évacuation. Nous avons ensuite fait le choix des éléments constitutifs du poste d’évacuation de notre centrale, nous avons aussi localisé l’endroit précis convenable pour ce poste sur le terrain réservé à l’ouvrage.

CHAPITRE 5 : DIMENSIONNEMENT DU SYSTEME PHOVOLTAIQUE

Introduction.

Le présent chapitre est consacré au dimensionnement proprement dit du dispositif photovoltaïque devant délivrer 100 MW puisque les études statistiques faites, prouvent que cette puissance sera totalement utile pour la SBEE. On déterminera le nombre, le type et la disposition de tous les éléments constitutifs tels que les modules, les batteries, les transformateurs, les onduleurs etc. En vue de réduire le déficit énergétique du Bénin et de rendre autonome un tant soit peu la SBEE, il existe plusieurs sources de production telles que l’éolienne, l’hydraulique, le photovoltaïque, la biomasse le thermique et le nucléaire qui est un vrai luxe pour le Bénin car trop coûteux et ayant besoin de la plus grande sécurité. Nous avons porté notre choix sur l’énergie photovoltaïque car elle est la plus facile dans ce sens qu’elle utilise directement les rayons solaires. Elle n’a pas de pollution sonore ni atmosphérique sur l’environnement et sa maintenance est encore beaucoup plus facile.

5.1 Dimensionnement du système photovoltaïque.

Le souci majeur du dimensionnement d’un dispositif PV est de bien calculer les éléments constitutifs afin d’obtenir un système qui soit fonctionnel de façon durable et répondant aux normes. Le rayonnement solaire subit une variation selon les saisons de l’année et la latitude. Ceci n’est pas sans influence sur les conditions météorologiques de l’emplacement abritant le système PV. Il faut aussi noter que les batteries s’abiment et pourraient se gâter après une décharge profonde. Le dimensionnement est donc fait dans les conditions les plus défavorables du site.

5.1.1 Choix et calcul des caractéristiques des constituants 5.1.1.1 Dimensionnement et choix des modules PV

 Choix

Après consultation de la base de données du logiciel PV/SYST et des différentes enquêtes concernant le prix des modules PV sur le marché, nous avons choisi des modules de puissances crête Pc = 120Wc et de dimensions : Longueur = 1,315m

Largeur = 0,544m.

Nous avons choisi ces modules à cause de leur poids plus léger et de leur prix très abordable par rapport aux autres modules de la base de données consultée.

 Calcul et détermination du nombre de modules

Pour évaluer le nombre de modules PV à utiliser, nous devons tenir compte de la puissance maximale générée par le module PV, de la puissance maximale que nous voulons produire et du rendement de conversion en puissance de l’onduleur solaire. Le rendement de conversion en puissance des onduleurs solaires actuels varie généralement entre 93 % et 98 %. Notons que plus le rendement est élevé, plus le coût de l’onduleur est élevé et moins, on utilise de modules PV. Le nombre de modules PV est donné par la relation :

N

m

=

_r×P^{Pmax _AC}

max _md (5.1)

où :

 Pmax_AC : puissance maximale à produire

 Pmax_md : puissance maximale générée par le module PV

 r : rendement de conversion en puissance de l’onduleur