Les énergies renouvelables. Cas de l'énergie solaire:

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1 Consultant Individuel Les énergies renouvelables. Cas de l'énergie solaire: Exposé d une méthode simple de calcul et de choix des équipements solaires pour une application domestique Bernard BASSEMEL Expert Ingénierie Energie et Environnement Consultant Individuel BP 6583 Douala Cameroun Tél E.mail.<bassemel_bernard@yahoo.fr>

2 1- Contexte En Afrique au Sud du Sahara en particulier et dans les pays en voie de développement en général les enseignements, programmes et projets sur l énergie solaire sont rares voire inexistantes Les acteurs de ce secteur (administrations, entreprises de production, bureaux d études) n ont pas suffisamment d informations ni de programmes de formations sur les énergies nouvelles et renouvelables. Les problèmes d énergies sont d actualités et préoccupent actuellement la planète entière Les investisseurs et autres acteurs de ce secteur, les experts, les organismes, les administrations, les ONG et les universitaires sont de plus en plus interpellés pour donner des avis et trouver des solutions L une des solutions pour résoudre la crise économique et sociale en Afrique est de faciliter l accès à l énergie (eau, électricité, gaz) à toutes les populations vivant tant en zones rurales qu en zones urbaines Pour développer les industries en Afrique, il faut produire et exporter les énergies renouvelables. Le continent à tous les moyens mais il faut une volonté politique forte Les pays de l Afrique du Nord et l Afrique du Sud sont assez avancer dans ce domaine. Certains pays de l Afrique de l Ouest et le Cameroun et la Guinée Equatoriale commencent à suivre, mais on encore beaucoup à faire. Dans les

3 2- Objectifs Sensibiliser, informer et former dans pays en voie de développement, les Communauté éducative, les Industriels, Administrateurs, Leaders d opinions, Consommateurs et usagers du secteur, le NEPAD, l UNESCO, l AIEA, toutes la chaîne des responsables des ministères des enseignements secondaires et supérieurs, des forces armées, de la santé et de l administrations territoriales, les ONG sur cette forme d énergie propre, non polluante et sans besoin d entretien: Electricité verte Fournir aux enseignants, élèves et étudiants, cadre et agents des administrations, ingénieurs et techniciens des entreprises et bureaux d études, agriculteurs, éleveurs, pêcheurs, organismes religieux, décideurs financiers des pays en voie de développement, un support technique complet pour: préparer les projets d éclairage sur l énergie, calculer et le choisir simplement les équipements d une installation photovoltaïque à usage domestique Fournir un support technique et pratique d aide à la préparation, la réalisation des enseignements sur l énergie solaire d une part et la diffusion des cours et programmes

4 Plan de l exposé Plan de l exposé Différents types de générateurs de production du courant électrique Schéma de principe d un système photovoltaïque Fiches techniques et fonctions des différents éléments d une alimentation en courant électrique à énergie solaire Méthode de BASSEMEL pour la conception d un système photovoltaïque pour une application domestique: Cas d une petite maison au Cameroun Domaines d applications des systèmes photovoltaïques Nécessité d insertion du chapitre sur les systèmes photovoltaïques dans le programme de formation des élèves et étudiants (Minesec, Minsup, Minrest, Unesco, Minee, Gicam, Syndustricam, PNUD, Chambre de commerce, Mincom, PM, PR) Besoin en recherche et développement Feuilles de calcul des éléments des systèmes photovoltaïques Exercices d applications

5 2. Schéma de principe d un système photovoltaïque 2.1 Schéma unifilaire d un système photovoltaïque Ampoules, Télé, Radio, Réfrigérateu r, Pompe à eau Ampoules, Ventilateur, Téléviseur / Radio, Téléphone portable, Réfrigérateur, Moulin à écraser, Pompe à eau Réseau électrique

6 3. Fiches techniques et fonctions des différents éléments d une alimentation en courant électrique à énergie solaire 3.1 Fonctions des différents éléments d une alimentation en courant électrique à énergie solaire 3.2 Panneaux solaires 3.3 Batteries 3.4 régulateurs des systèmes PV 3.5 Onduleur ou Convertisseur CC/CA 3.6 Ampoules à faible consommation d énergie 3.7 Réfrigérateur à faible consommation d énergie

7 3. 1 Fonctions des différents éléments d un système photovoltaïque La lumière du soleil est le véritable carburant d un système photovoltaïque Le module solaire converti directement la lumière du soleil en courant continu Le régulateur du système fait la liaison entre les modules solaires, les batteries et les consommateurs. Protège la batterie contre les surcharges et décharges profondes Accumulateur de batteries stocke l énergie électrique produite par les panneaux solaires Onduleur transforme le courant continu en courant alternatif Les récepteurs et consommateurs: appareils à économie d énergie et dispositifs fonctionnant à l électricité La structure support permet une fixation sûre et efficace des modules solaires Le Générateur de courant de sécurité fournit un complément d énergie si les besoins en énergie sont plus importants ou pendant de longues périodes de faible ensoleillement Emplacement: les modules solaires doivent être placé dans les zones les plus ensoleillés et si possible sans ombre Entretien: les systèmes photovoltaïques sont un moyen simple et efficace de produire l électricité. Les composants nécessitent peu d entretien. Il est conseillé de contrôler régulièrement l état de la batterie et des câbles

8 3.2 Types de panneaux solaires fabriqués par Siemens

9 4. Méthode de BASSEMEL: conception d un système photovoltaïque pour une application domestique Cas d une petite maison au Cameroun équipée de: - 04 ampoules de 9 Watts / 12Vcc qui fonctionneront 5 heures par jour et - 01 téléviseur de 60 Watts / 230 Vca qui fonctionnera 3 heures par jour 4.1 Calcul des besoins quotidiens en énergie électrique des récepteurs 4.2 Facteur régional d ensoleillement 4.3 Choix du type et calcul du nombre de panneaux solaires nécessaires pour produire la quantité d énergie quotidienne indispensable à l alimentation des récepteurs 4.4 Choix du type et calcul du nombre de batteries 4.5 Choix du régulateur et du convertisseur 4.6 Liste du matériel solaire pour l éclairage et l utilisation du téléviseur dans la petite maison 4.7 Coût du Projet d éclairage par énergie solaire de la petite maison 4.8 Schéma de l application

10 4.1 Calcul des besoins quotidiens en énergie des récepteurs Récepteurs à Courant Continu Types de récepteurs Puissance unitaire du récepteur: P1r en W Nombre d'heures d'utilisation par jour: Temps (T) en heures (h) Nombre de récepteurs: Nr Energie quotidienne consommée par les récepteurs Wh Ampoules Besoins quotidiens en énergie CC: W11 = P1r X T x Nr 9 x 4 x Récepteur à Courant alternatif Téléviseur Besoins quotidiens en énergie CA: W12= P2r X T x Nr 60 x 3 x Besoins quotidiens en énergie en CC et CA: W1 = W11 + W Perte du système: Wp = 30% de W1 360 X 30% 108 Besoins quotidiens en énergie des récepteurs : WT = W1 + Wp

11 4.2 Facteur régional d ensoleillement La carte de la page suivante montre que la terre est divisée en cinq catégories à différents facteurs régionaux d ensoleillement Asie, Afrique : Catégorie 5 Europe centrale : Catégorie 4, 3 et 2 Etats Unis: Catégorie 6, 5, 4 Canada et URSS: Catégorie 2 Les facteurs régionaux prennent en compte la durée Les facteurs régionaux prennent en compte la durée quotidienne du rayonnement du soleil et les températures locales annuelles

12 4.2.1 Facteur Régional d ensoleillement au Cameroun En observant la carte ci-dessous, nous voyons que le facteur régional d ensoleillement au Cameroun est 5

13 4.3- Choix du type et calcul du nombre de panneaux solaires nécessaires pour produire la quantité d énergie quotidienne indispensable à l alimentation des récepteurs Grandeurs fixes: Facteur régional, Types de panneaux et batterie, autonomie du système Facteur régional au Cameroun: Fr = 5 Type de panneaux solaires utilisés pour notre installation et disponible sur le marché Puissance (P1p) d un panneau solaire = 50 W Tension (Ucc1) d un panneau solaire = Tension (Ucc) d utilisation en CC = 12 V Quantité d énergie quotidienne (Wj1) produite par un panneau solaire de 50W Wj1 = P1p x Fr 50 x 5 Wj1 = 250 Wh Nombre de panneaux solaires (Np) de 50W nécessaires pour alimenter les récepteurs de notre maison Np = WT / Wj1 468 / 250 Np = 2

14 4.4 Choix du type et calcul du nombre de batteries Type de batteries utilisées pour notre installation et disponible sur le marché Capacité (Cb1) d'une batterie = 100 Ah Tension (Ub1) d'une batterie = 12 V Nous constatons que: Ub1= Ucc1= Ucc Autonomie du système en nombres de jours: Nja = 3 Définition: une rame de batteries est un ensemble de batteries connectées entre elles. Une rame de batteries est toujours constituée de batteries identiques Capacité utile de la rame de batteries Cu = WT / Ucc 468 / 12 Cu = 39 Ah Perte à l intérieur de la rame batteries Cp = 30% de Cu 39 x 30% Cp = 11,7 Ah Capacité de sécurité de la rame de batteries Cs = (Cu + Cp) x 30% ( ,7) x 30% Cs = 15,21 Ah Capacité totale de la rame de batteries Ct = (Cu + Cp + Cs) x Nja ( ,7 + 15,21) x 3 Ct = 197,73 Ah Nombre de batteries (Nb) nécessaires pour constituer la rame de batteries Nb = Ct / Cb1 197,73 / 100 Nb = 2

15 4.5 Choix du Régulateur et du Convertisseur Choix du Régulateur Il est fonction de deux grandeurs: le courant maximal produit par l ensemble des panneaux solaires et la tension d utilisation aux bornes de la rame de batteries Calcul du courant maximal (I) I produit par les 2 panneaux solaires de 50 W I = PT/Ucc = Puissance totale des panneaux solaires (PT) / Tension d utilisation (U) I = P1p X 2 = 50 X 2 = 8,33 Nous choisissons un régulateur de 12A-12V Choix du Convertisseur Il est fonction de trois grandeurs: a) La Puissance (PT) de l ensemble des panneaux solaires b) La tension de sortie des panneaux solaires en DC (Direct Courant) c) La tension d utilisation des récepteurs en AC (Alternatif Courant) Le téléviseur fonctionne en 220 V Nous choisissons un convertisseur DC/AC -100 W 12Vcc/220ac

16 4. 6 Liste du matériel solaire pour l éclairage et l utilisation du téléviseur dans la petite maison 2 modules solaires de 50W - 12Vcc 2 batteries de 100Ah - 12Vcc 1 régulateur de 12Vcc - 12A 1 convertisseur DC/AC -100 W - 12Vcc/220ac 4 ampoules à économie d'énergie 9W - 12Vcc Accessoires: 100m de Câbles, 4 interrupteurs, structures supports, boite de connexion, matériel de fixation

17 4.7 Coût du Projet d éclairage par énergie solaire de la petite maison Le Coût du Projet d éclairage par énergie solaire de la petite maison au Cameroun est égal au Prix des équipements solaires au Cameroun + Frais de transport et d installation Désignation des équipements solaires Prix Unit. Fcfa Unité Prix Unit. Fcfa Modules solaires de 50W - 12Vcc Batteries étanches de 100Ah - 12Vcc Régulateur de 12Vcc - 12A Lampes à économie d énergie 9W 12Vcc Convertisseur DC/AC -100 W 12Vcc/220ac Accessoires: 100m de Câbles, 4 interrupteurs, structures supports, etc FF Frais de transport, d installation et de mise en service Total

18 5. Domaines d applications 5.1 Système à courant continu avec un module solaire et une batterie : Eclairage de domicile, Ecoles, Dispensaires, télécommunications etc. 5.2 Système à courant continu avec plusieurs modules solaires et une rame de batteries: habitations, Ecoles, dispensaires, Maisons communautaires, télécommunications et informatiques 5.3 Système à courant continu sans batterie: Pompage d eau 5.4 Fonctionnement en parallèle avec le secteur : Alimentation du secteur (réseau électrique national ou régional) sans batteries

19 6. Nécessité d insertion du chapitre sur les systèmes photovoltaïques dans le programme de formation des élèves et étudiants en Afrique Sud-saharienne Classes de 4 ème et 3 ème de l enseignement général Cours de technologie Classes de 2 ème 3 ème et 4 ème année toutes séries d enseignement technique industrielle et commerciale Classes de 2 nd, 1 ère et T le toutes séries d enseignement général, technique industrielle et commerciale Cycle BTS / DUT / ENSET / FAC de Sciences / Ecole Polytechnique / Grandes Ecoles Scientifiques et commerciales Administrations, Organismes et Acteurs à/ impliqués: AIEA; Unesco, niversité et Grandes Ecoles, Minesec, Minsup, Minrest, Unesco, Minee, Gicam, PNUD, Mipromalo, Mindit, MINDEF.

20 7. Besoin en recherche et développement Outil logiciel d aide à la conception d un système photovoltaïque Conception et réalisation des régulateurs des systèmes PV Etude, adaptation et insertion dans certaines matières scientifiques du programme scolaire Facilitation administrative et législative en vue d attirer les IDE pour: 1. l électrification des régions éloignés du réseau électrique national 2. L implantation des usines de production du matériel solaire: Panneaux, Batteries, Régulateurs, Lampes, Réfrigérateur, Téléviseur, Radio Suppression des droits de douane sur les importations du matériel solaire Création d un fonds pour l électrification rurale par les énergies renouvelables Lancement d un programme prioritaire d électrification par énergie solaire de villages avant la fin de l année 2011

21 8. Feuilles de calcul des éléments des systèmes photovoltaïques Domicile ou Ecole sans téléviseur Domicile ou Ecole avec téléviseur Dispensaire, Eglise, Maison communautaire Lycée, Hôpital de district, Complexe de spectacle

22 Annexes : Extrait du Catalogue SIEMENS Solar

23 Merci pour votre attention