Soutenance mémoire
DEFINITION DES BESOINS ENERGETIQUES
Préambule
Il est indispensable à la nature humaine pour assurer son existence de lutter contre les caprices de la nature, et à ce titre il a besoin d’utiliser toute forme d’énergie pour maîtriser son milieu ambiant afin d’atteindre des objectifs autres que ceux qui sont liés à l’existence animale, matérialisés essentiellement par les besoins primaires de l’homme. L’une des principales composantes nécessaires au processus, et utilisée par tous est sans doute l’énergie, qui se retrouve sous différentes formes en fonction de sa destination assez variée, allant de la cuisson des aliments au niveau des ménages(utilisation du bois à brûler, du charbon de bois, ou du pétrole), au transport (sous forme de carburant également liquide : essence, gas-oil, kérosène),communication(électricité pour les divers appareils relevant du domaine du multimédia), chauffage (bois, ou combustible liquide, ou électricité ou gaz), sans oublier l’électricité pour le pompage de l’eau par exemple.
Dans les pays en voie de développement, comme sur le continent africain les projets sur l’énergie solaire sont plutôt rares. Dans le cadre des travaux antérieurs nous relevons entre autres la publication de Bernard BASSEMEL [7] Expert Ingénierie Energie et Environnement au Cameroun « Méthode simple de calcul et de choix des éléments d’une installation photovoltaïque à usage domestique » en 2008, qui donne le dimensionnement du système photovoltaïque pouvant satisfaire les besoins en énergie d’une maison comportant 4 ampoules de 9 watts pendant 5h/j et 1 téléviseur de 60 watts pendant 3h/j. Cette méthode au demeurant très simple mérite toutefois d’être utilisée pour l’usage domestique en général, aussi bien en milieu urbain que rural.
En outre, d’après Bernard BASSEMEL, le monde est divisé en cinq catégories de « facteur régional d’ensoleillement », ce qui est à notre avis trop global pour permettre une distinction entre régions d’un pays. En effet, Madagascar appartient au même facteur régional d’ensoleillement (catégorie 5) que toute l’Afrique, une partie de l’Australie et certains pays du continent Américain.
Position du problème et structure de la demande
Pour mieux cerner la demande en énergie, il est sans doute préférable d’opérer d’emblée à une segmentation de la consommation entre quelques grandes catégories de consommateurs relativement homogènes surtout dans l’espace, en milieu urbain comme en milieu rural. Pour cela on adopte en général la classification suivante :
● Usages domestiques
● Usages industriels
● Besoins des commerces et services
● Besoins collectifs (services publics, administratifs, besoins communaux) .
Concernant les besoins domestiques, l’électricité sert surtout à l’éclairage et au multimédia (Radio, TV, lecteur DVD) en milieu rural, et en milieu urbain il y a lieu de prendre en compte les appareils électroménagers dont les réfrigérateurs et congélateurs. Les besoins industriels à Madagascar sont encore à l’état embryonnaire et très localisés par opposition aux usages domestiques, mais répartis sur tout le territoire, à une échelle moindre vis-à-vis de la consommation européenne. Les besoins du tertiaire, intéressant le commerce et service (magasins, banques, pharmacies, stations-services…), se situent au milieu de l’échelle Les besoins collectifs regroupent la consommation des Administrations, Ecoles Hôpitaux, abattoirs… mais aussi celle des services municipaux (voirie, assainissement, marchés, éclairage public des rues, jardins publics, pompiers), mais également celle des diverses collectivités telles que les casernes de l’armée, de la gendarmerie, etc.
Il en ressort que la demande en énergie dépend de plusieurs paramètres dont :
● la population où les besoins collectifs sont nettement différents de ceux exprimés individuellement
● le type d’habitat (immeuble, pavillon, résidence…)
● le jour ou la nuit, où l’éclairage constitue la majeure partie de la consommation
● le milieu, urbain avec une densité plus dense, et celui du monde rural caractérisé par une consommation plus modeste .
En terme quantitatif, les données que nous allons utiliser sont celles généralement admises dans toute évaluation d’ordre énergétique.
Nous avons alors porté notre choix plus sur la publication de l’« Energy Consumption Chart » [9 ] à l’issue de la Commission sur l’énergie tenue en Californie au mois de juillet 1984, à laquelle nous avons rajouté au fur et à mesure les données relatives aux nouveaux appareils et équipements de la nouvelle génération résultant de l’évolution technologique, recoupées par les moyennes des mesures effectuées in situ au consomètre durant nos fréquents déplacements pour leur installation. En outre, ces données nous placent dans le sens de la sécurité vis-à-vis de la surcharge des appareils en fonctionnement, limitant ainsi tout risque de préjudice à l’encontre de l’utilisateur.
Niveau de satisfaction
Il y a donc lieu de passer en revue le cas du milieu urbain et celui de la campagne. Toutefois, en raison de l’économie d’énergie dictée par le poids croissant de la facture d’électricité ressentie au niveau des ménages, nous recommandons et retenons pour la suite de l’étude l’utilisation systématique des lampes LED, qui offrent le double avantage d’une puissance beaucoup plus faible, et d’une plus grande durée de vie au même niveau d’éclairement.
En milieu urbain
Au niveau domestique, la consommation est destinée essentiellement à l’éclairage, multimédia électroménager d’une part, et pour les résidences et villas de standing avec utilisation d’appareils de puissance (cuisinière, four, appareils de soudure) et parfois piscine .
En milieu rural
Les besoins globaux sont nettement plus faibles, et se limitent généralement en éclairage et multimédia, pour plus de 70% de la population, ce qui privilégie le système autonome de « kit » portable, destiné essentiellement à l’éclairage et ne nécessitant aucune structure fixe pour la pose de panneau solaire. Pour cerner au mieux le concept, nous donnons ci-après un modèle standard de consommation moyenne observée.
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Table des matières
INTRODUCTION
Chapitre I. DEFINITION DES BESOINS ENERGETIQUES
I.1. Préambule
I.2. Position du problème et structure de la demande
I.3. Niveau de satisfaction
I.3.1. En milieu urbain
I.3.1.1. Habitation
I.3.1.2. Villa et résidence
I.3.1.3. Villa de standing
I.3.2. En milieu rural
I.4. La Place du solaire
I.5. Conclusion partielle
Chapitre II. DONNEES DE BASE
II.1. Préambule
II.2. Rappel d’astronomie
II.2.1. Système local de coordonnées azimutales
II.2.2. Système de coordonnées horaires
II.2.2.1. Déclinaison
II.2.2.2. Angle horaire
II.2.3. Calcul de la hauteur du soleil
II.2.4. Problème du temps
II.2.4.1. Temps solaire vrai
II.2.4.2. Temps solaire moyen et correction de l’équation du temps
II.2.4.3. Temps universel et la correction de longitude
II.2.4.4. Temps du fuseau horaire
II.2.4.5. Temps légal
II.2.5. Calcul de l’angle d’incidence du soleil sur un plan incliné et d’orientation quelconque
II.3. Les ressources solaires
II.3.1. Rayonnement direct
II.3.2. Rayonnement diffus du ciel
II.3.3. Rayonnement diffus du sol
II.3.4. Le rayonnement total
II.4. Conclusion partielle
Chapitre III. MODELISATION D’UN SYSTEME PHOTOVOLTAÏQUE
III.1. Préambule
III.2. Différents types de système photovoltaïque
III.2.1. Système autonome ou isolé
III.2.2. Système raccordé au réseau
III.3. Eléments d’un système photovoltaïque
III.3.1. Générateur photovoltaïque
III.3.2. Système de stockage
III.3.3. Système de régulation
III.3.4. Système de conversion
III.3.5. Câbles électriques et câbles de liaison
III.4. Modélisation des composantes d’un système photovoltaïque
III.4.1. Générateur photovoltaïque
III.4.1.1. Rendement
III.4.1.2. Puissance maximale d’un module photovoltaïque
III.4.2. Système de stockage
III.4.2.1. Modèle de charge
III.4.2.2. Modèle de décharge
III.4.3. Système de conversion
III.4.3.1. Rendement constant
III.4.3.2. Rendement européen
III.4.4. Système de câblage
III.4.4.1. Dimensionnement des câbles
III.4.4.2. Puissance dissipée par effet Joule entre panneaux solaires et boitier de raccordement
III.4.4.3. Puissance dissipée par effet Joule entre boitier et onduleur-chargeur
III.4.4.4. Puissance dissipée par effet Joule entre onduleur-chargeur et batteries
III.5. Modèle mathématique utilisé
III.5.1. Fenêtre charge
III.5.2. Fenêtre données
III.5.3. Fenêtre panneau
III.5.4. Fenêtre batterie
III.5.5. Fenêtre régulateur
III.5.6. Fenêtre convertisseur
III.5.7. Fenêtre câble panneaux – régulateur
III.5.8. Fenêtre câble batterie – convertisseur
III.5.9. Fusible DC
III.5.10. Disjoncteur AC
III.5.11. Fenêtre câble-batteries-régulateur
III.6. Conclusion partielle
CONCLUSION
