Étude de l’Extension Innovante de la Centrale Photovoltaïque OKP à 24 MWc

Cette étude présente une solution d’extension innovante de la centrale photovoltaïque OKP à 24 MWc. Grâce à une simulation avec PVSyst, des choix technologiques récents et une analyse technico-économique détaillée, le projet démontre une rentabilité supérieure à la construction d’une nouvelle centrale, tout en contribuant au programme national algérien des énergies renouvelables.

Chapitre III :

Etude d’augmentation de la puissance de la centrale

Figure III.29 : Schéma unifilaire centrale PV Souk-Ahras (Extension Variante classique).

On remarque que le PVSyst n’affiche aucun message qui indique une imperfection dans la conception conformément à la méthode de conception de la centrale existante, une vérification de cette conception par la méthode de dimensionnement analytique manuelle est la suivante :

Ø La conception des champs à base des calculs (Méthode analytique)

La conception de l’extension à base des calculs théoriques se fait comme suit :

1- Calcule du nombre de panneaux

N = P_T / P_PV = 9009 / 250 = 36036 panneaux

2- Compatibilité en tension

a) Nombre de modules PV en série

U_min = 450 V

N_Smin = U_min / (U_mpp × 0.85) = 450 / (30.2 × 0.85) = 17.53 ≈ 18

U_max = 820 V

N_Smax = U_max / (U_mpp × 1.15) = 820 / (30.2 × 1.15) = 23.61 ≈ 23

b) Vérification de la compatibilité en tension

On calcule la tension max que peut fournir une chaine PV composé de 23 modules en série par l’expression suivante :

N_Smax × U_mpp × 1.15 = 23 × 30.2 × 1.15 = 997.17 V < U_{ond max} = 1000 V

Cette tension est inférieure à la tension maximale admissible à l’entrée de l’onduleur.

3- Compatibilité en puissance (courant)

a) Nombre de chaine en parallèle

N_P = I_max / (I_cc × 1.25) = 2016 / (8.84 × 1.25) = 182.44 ≈ 182 chaînes en parallèle

b) Vérification de la compatibilité en puissance

On calcule la puissance max que peut fournir un sous champ PV composé de 211 chaînes en parallèle avec 23 modules en série par chaîne avec l’expression suivante :

P_branchemt = N_Smax × N_P × P_PV = 23 × 211 × 250 = 1046.5 KW < P_ond = 1100 KW

0.7 < P_ond / P_branchemt = 1000 / 1100 = 0.909 < 1.2

Cette puissance est inférieure à la puissance maximale admissible à l’entrée de l’onduleur.

Pour avoir le nombre d’onduleur nécessaire on doit diviser la puissance totale par la puissance fournie par un sous champ, soit :

N_onduleurs = P_T / P_branchemt = 9009 / 1046.5 ≈ 9 onduleurs

Mais cette variante de conception est irréalisable à cause de :

• Indisponibilité sur le marché des matériaux utilisés auparavant dans la conception initiale de la centrale à savoir le panneau YINGLI YL250P-29b et l’onduleur TBEA TC 1000KS.
• La limitation de la puissance du panneau à 250Wc nécessitant un nombre plus grand de panneau qui va occuper une surface importante pour les 9MWc de l’extension.
• L’évolution de la technologie photovoltaïque et l’amélioration des rendements des équipements.

À partir de ces contraintes le recours à une autre variante innovante d’extension est indispensable.

III.1.1.1. Variante innovante (matériels avec une nouvelle technologie)

Vue la nécessité et l’importance du projet d’extension de la centrale OKP à 24 MWc dans le programme national des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique, un choix judicieux d’une technologie récente des modules PV ainsi que pour les onduleurs est indispensable pour l’étude technico-économique.

Ø Choix des équipements pour la variante

1. Choix du module photovoltaïque

Aujourd’hui, il existe plusieurs marques de panneaux solaires photovoltaïques. Donc pour choisir le meilleur par rapport à un projet spécifié, il y a plusieurs critères :

• Les classements internationaux des constructeurs des panneaux PV :

En la matière, la référence absolue est le classement de “Bancabilité” établi par Bloomberg. Le géant de l’information financière effectue un classement trimestriel et décerne une note allant de C (la moins bonne note) à AAA (la meilleure) aux fabricants de panneaux solaires les plus “bankable”.

La note décernée par Bloomberg témoigne non seulement de la qualité des produits proposés par une marque, mais aussi (et c’est très important) de sa bonne santé financière. En effet, Bloomberg analyse le financement de très grands projets de parcs photovoltaïques par les banques.

• Les retours d’expériences des installateurs et particuliers :

Pour connaître :

• Les performances des panneaux en conditions réelles
• Leur facilité de pose et d’entretien

En plus, d’autres critères principaux doivent être pris en considération :

• Fiabilité des garanties
• Type des cellules
• Taux de rendement
• Puissance
• Lieu de fabrication

Nous avons donné le choix du panneau solaire « Jinko Solar » pour les raisons suivantes :

• Jinko est tout simplement le plus gros producteur de panneaux solaires au monde. Véritable mastodonte de l’industrie, il a produit en 2019 pas moins de 14.2 GW !
• Il propose du matériel de très bonne qualité à forte valeur ajoutée technologique et à des prix abordables.
• La marque a même reçu en 2020 la deuxième meilleure note (AA) au classement Bloomberg, ce qui en fait l’un des acteurs les plus fiables du marché !
• L’avancée technologique et le savoir-faire de Jinko ne sont plus à démontrer.

Selon les critères déjà mentionnés, on a choisi un seul type de panneau photovoltaïque polycristallin. C’est le modèle JINKOSOLAR (JKM 400M-72-V) avec 400W de puissance, voir l’Annexe I pour toutes les caractéristiques du panneau PV.

Figure III.30 : Panneau utilisé dans la variante innovante (JKM 400M-72-V).

Choix de l’onduleur

L’onduleur est une pièce essentielle de notre installation solaire. Choisir le bon modèle d’onduleur est donc primordial. Alors pour faire le bon choix on doit prendre en compte ces critères :

• Les caractéristiques techniques de l’onduleur (puissance et rendement)
• La garantie et la durée de vie
• Les fonctionnalités
• Le meilleur prix

Selon les critères de choix mentionnés, on a choisi onduleur triphasé avec la référence SUNGROW (SG 1250). L’onduleur est d’une puissance de 1260 kW, conformément en puissance à celui de la centrale existante. (Annexe II)

Figure 31 : Onduleur utilisé dans la variante innovante (SUNGROW SG1250).

Dimensionnement photovoltaïque de l’extension OKP 9MWc

La conception de l’extension à base des calculs théoriques se fait comme suit :

1- Calcule du nombre de panneaux

N = P_T / P_PV = 9000000 / 400 = 22500 panneaux

2- Compatibilité en tension

a) Nombre de modules PV en série

N_Smin = U_min / (U_mpp × 0.85) = 520 / (41.70 × 0.85) = 14.67 ≈ 15

N_Smax = U_max / (U_mpp × 1.15) = 850 / (41.70 × 1.15) = 17.73 ≈ 18

b) Vérification de la compatibilité en tension

On calcule la tension max que peut fournir une chaine PV composé de 19 modules en série par l’expression suivante :

N_Smax × U_mpp × 1.15 = 18 × 41.70 × 1.15 = 863.19 V < U_{ond max} = 1000 V

Cette tension est inférieure à la tension maximale admissible à l’entrée de l’onduleur.

3- Compatibilité en puissance (courant)

a) Nombre de chaine en parallèle

N_P = I_max / (I_cc × 1.25) = 2222 / (10.36 × 1.25) = 171.58 ≈ 172 chaînes en parallèle

b) Vérification de la compatibilité en puissance

On calcule la puissance max que peut fournir un sous champ PV composé de 172 chaînes en parallèle avec 18 modules en série par chaîne avec l’expression suivante :

P_branchemt = N_Smax × N_P × P_PV = 18 × 172 × 400 = 1238.4 KW < P_ond = 1260 KW

0.7 < P_ond / P_branchemt = 1260 / 1238.4 = 1.017 < 1.2

Cette puissance est inférieure à la puissance maximale admissible à l’entrée de l’onduleur.

Pour avoir le nombre d’onduleur nécessaire on doit diviser la puissance totale par la puissance fournie par un sous champ, soit :

N_onduleurs = P_T / P_branchemt = 9000 / 1238.4 ≈ 7 onduleurs

Simulation de la variante innovante d’extension

Après avoir défini le site et les données météorologiques du projet, nous pouvons procéder à la création du projet. Les paramètres de base qui doivent être définis pour toute variante, sont l’orientation des panneaux solaires, le type des modules PV ainsi que les onduleurs. Prenant en compte que le paramètre d’orientation a été déjà défini et vérifié dans la partie de la centrale existante. Sous dessous le système avec la conception réalisé :

Figure III.32 : Tableau de bord du système par la simulation de la variante innovante.

Figure III.33 : Schéma unifilaire centrale P- V89S-ouk-Ahras (Extension Variante innovante).

Après la validation du système on lance la simulation pour faire une analyse des résultats.

Analyse des résultats Première page : résumé du projet

Figure III.34 : Première page du rapport.

Deuxième page : principaux résultats

Pour notre système : trois quantités pertinentes sont maintenant définies :

• L’énergie produite : Le résultat de base de notre système
• Productible : L’énergie produite divisée par la puissance nominale de l’installation (Pnom à STC). Il s’agit d’un indicateur du potentiel du système, compte tenu des conditions d’irradiation (orientation, emplacement du site, conditions météorologiques).
• Indice de performance PR : C’est un indicateur de la qualité du système lui-même, indépendamment de l’irradiance entrante. Nous en donnons la définition ci-dessous.

Figure III.35 : Résumé des résultats.

Troisième page : diagramme des pertes par flèche et diagramme d’entrée/sortie quotidien

Figure III.36 : Diagramme des pertes par flèche.

Le « diagramme d’entrée/sortie quotidien » affiche, pour chaque jour simulé, l’énergie injectée dans le réseau en fonction de l’irradiation incidente globale dans le plan du collecteur. Pour un système connecté au réseau bien dimensionné, il s’agit d’une ligne droite qui sature légèrement pour les grandes valeurs d’irradiation. Cette légère courbure est un effet de la température. Si certains points (jours) s’écartent à des irradiations élevées, cela indique des conditions de surcharge.

Figure III.37 : Diagramme d’entrée/sortie quotidien.

III.1.1. Cout de réalisation

Le tableau suivant représente les détails de la partie la plus importante de la facture qui est les équipements FOB :

Tableau III.4 : La facture des équipements FOB.

Ci-dessous un tableau récapitulatif de la facture totale calculé dans le but d’avoir un plus de 12 MWc injecté au réseau national à l’aide d’une nouvelle centrale photovoltaïque ainsi que par l’extension de la centrale OKP :

Chapitre III : Etude d’augmentation de la puissance de la centrale

Tableau III.5 : Tableau récapitulatif des prix.

Commentaire :

Le coût total d’un projet d’une nouvelle centrale photovoltaïque de 12 MWc est donc estimé à vingt millions six cent vingt-deux mille trois cent quatre-vingt-dix-neuf virgule soixante-cinq de dollar avec des frais locaux estimés à cent quatre-vingt-un millions quatre cent trente et un mille quatre cent trente-quatre virgule cinquante-huit de dinar, par contre pour le projet de l’extension on a arrivé à une moindre somme de treize millions cinq cent quatre-vingt-deux mille sept cent treize virgule quatre-vingt-quinze de dollar plus un montant de cent quatre-vingt-dix-sept millions six cent mille sept cent vingt-six virgule quatre-vingt-dix-neuf de dinar comme des charges locales, ce qui donne une profite de 34.14 % du coût de la nouvelle centrale qu’on peut gagner si on procède avec ce projet d’extension de OKP.

Tableau III.6 : Devis quantitatif de la 2ème Ligne 30 KV d’injection conformément aux bordereaux des prix Groupe Sonelgaz.

Commentaire :

Néanmoins que notre variante innovante exige la création d’une deuxième ligne d’injection 30KV (6 KM en aérien) où son coût de réalisation doit être inclus dans le montant total de l’extension de la nouvelle centrale OKP 24MWc qui s’élève à : 220,462,726 DA pour les charges locales. Cette augmentation ne fait pas partie de la comparaison car elle est obligatoire dans les deux cas de projet.

III.1. Discussion Des Résultats

Figure III.38 : Comparaison entre les résultats des variantes.

Commentaire :

• La figure A (PR) représente l’efficacité globale du système par rapport à ce qu’on pourrait en attendre selon la puissance installée, il est synonyme du rendement du système, on remarque que le PR pour la variante classique est de 83,5%, par contre pour la variante innovante et avec l’utilisation des équipements récents on a atteint un rendement de 84,3%, ce qui est une valeur très satisfaisante pour un système photovoltaïque.
• La figure B résume les pertes influençant la production mensuelle du système PV à savoir : les pertes ohmiques du câblage, pertes dues à la température du champ, pertes dues à la qualité des modules…etc., ainsi que l’énergie utile produite à la sortie de l’onduleur. On remarque que la moyenne d’énergie disponible est de 5.43 kWh/kWc/jour pour les deux variantes, contrairement à la moyenne d’énergie utile produite qui est plus importante dans la variante innovante (4,57 kWh/kWc/jour) par rapport à celle de la variante classique (4.53 kWh/kWc/jour) avec une augmentation de 0,9 % due à l’efficacité des nouvelles technologies utilisé dans cette variante.
• La figure C représente le « diagramme d’entrée/sortie quotidien » qui affiche l’énergie injectée dans le réseau en fonction de l’irradiation incidente globale par jour dans le plan du collecteur. Il s’agit d’une ligne plus proche à une droite qui sature légèrement pour les grandes valeurs d’irradiation pour la nouvelle variante, ce qui confirme que notre système connecté au réseau sous cette variante est bien dimensionné.

III.2. Conclusion

L’étude technico-économique de l’extension de la centrale photovoltaïque Oued El Kebrit (OKP) à 24 MWc montre l’efficacité de l’utilisation de PVSyst comme outil de simulation et la validité de la solution proposée, ainsi que la contribution dans le PNEREE avec un coût relativement amoindri par rapport à la création d’une nouvelle centrale.

Conclusion Générale

Aujourd’hui, l’énergie photovoltaïque est devenue progressivement une source d’énergie à part entière. Elle est sollicitée de plus en plus pour produire de l’énergie électrique. C’est d’abord parce que cette énergie solaire photovoltaïque est une énergie propre, silencieuse, disponible et gratuite ; mais aussi car la demande d’énergie électrique ne cesse d’augmenter.

Cependant, l’énergie produite par le photovoltaïque est difficile à exploiter, cela est dû à la non linéarité de la caractéristique statique, ce qui nous ramène à la présentation des notions fondamentales concernant le principe de l’effet photovoltaïque, le potentiel solaire et les différentes technologies des équipements solaires.

On a vu aussi dans le premier chapitre que l’électricité produite par le photovoltaïque est de nature continue. Avec le développement de l’électronique de puissance, cette énergie peut être transformée par le biais d’un convertisseur pour l’adapter aux caractéristiques du réseau électrique.

Dans un deuxième volet on a entamé le programme national algérien de l’énergie renouvelable et l’efficacité énergétique pour voir quelle valeur ajoutée que notre projet va apporter pour ce programme, ainsi que l’étude de cas de la centrale photovoltaïque Oued El Kebrit qui représente l’axe du projet.

Le logiciel de simulation que nous avons utilisé PVSyst répond correctement aux choix des composants constituants notre installation, plusieurs résultats sont obtenus avec meilleurs perspectives.

En dernière phase une étude économique de ce projet d’extension été faite comme une comparaison avec un projet similaire d’une nouvelle centrale en basant sur l’étude économique originale de la centrale existante faite par des experts économistes, a fait apparaitre la marge des coûts qu’on peut gagner avec le bon réflexe mais aussi faire satisfaire notre objectif de contribuer au programme national par 12 MWc d’origine photovoltaïque.

Notre proposition d’augmentation de la puissance de la centrale OKP à 24 MWc a été salué par des responsables de SONELGAZ (cadres SKTM) signalant que l’efficacité et la faisabilité de l’idée est subordonné à la réhabilitation et la remise à niveau de l’étage 30 KV de poste El Aouinet qui sera prise en compte dans les prochains programmes d’investissement selon la direction régionale Est de la société algérienne de distribution électricité et gaz (RDE/SADEG).

Finalement, on peut dire qu’un projet d’extension d’une centrale photovoltaïque peuvent jouer un rôle très important en apportant une solution réellement économique pour couvrir les besoins énergétiques par rapport à la réalisation d’une nouvelle centrale avec la même puissance délivrée.

Comme suite et perspectives, plusieurs travaux futurs pourraient être poursuivis à partir de nos résultats et de nos recherches. En particulier l’hybridation du système par l’adjonction d’autres sources de production.