Voici ma question

Arrêté de création N°05/0003/MINESUP du 03/01/2005 et Arrêté d’Ouverture N°05/0037/MINESUP du 12/01/2005




3.







Rapport de Stage Industriel effectué Le 03 Juillet au 31 Août 2016 à DR/MINEE DU NORD

OPTION : ET (Electrotechnique)
Matricule : 15ISICO3ET

Rédigé par :
DAHAYA TADI
ETUDIANT A ISIC DE GAROUA

Encadreur académique : Encadreur professionnel :
Mr. VONDOU M.FOUKA HALIDOU
Enseignant à l’ISIC Inspecteur de l’ENERGIE






Je soussigné, DAHAYA TADI étudiant à l’ISIC de GAROUA, certifie que ce rapport est rédigé à l’issu du stage de académique à la DR/ MINEE NORD du 03 juillet au 31Aout 2016 sous l’encadrement de M. FOUKA HALIDOU et de M.VONDOU.



L’Etudiant L’Encadreur Professionnel L’Encadreur Académique



DAHAYA TADI FOUKA HALIDOU VONDOU














 
















Je dédie ce modeste travail à la famille TADI

















Je remercie tout d’abord l’Eternel Dieu le tout puissant pour tout le bienfait qu’il n’a cessé de manifester en ma faveur en m’accordant la santé, bonheur et vie.
J’exprime ma profonde reconnaissance à tout le personnel administratif (coordonnateur, vice coordonnateur…) de l’ISIC ainsi que les enseignants pour leur effort qu’ils ne cessent de nous fournir à fin que nous ayons une formation de qualité.
Je ne saurais oublier le Délégué Régional du MINEE Nord Monsieur MADI VONDOU de m’avoir accueilli ainsi qu’à tout son personnel particulièrement à mes encadreurs professionnel M. FOUKA HALIDOU, à M.DJAKAO PIERRE AHMADOU, M. MINLO NDJAKOMO ROGER et sans toutefois oublier les autres pour leurs soutiens et leur aides qu’ils m’ont fourni tout au long de ce stage auprès de leurs services.
Je remercie par la même occasion Monsieur VONDOU mon encadreur académique qui, malgré toutes ses occupations professionnelles m’a apporté ses conseils, son support et ses encouragements tout au long de ce stage.
Je remercie aussi tous mes camarades de la promotion qui, d’une manière ou d’une autre m’ont donné leur apport particulièrement à ABDOULAYE GARBA , DIDJATOU SOUREYA, DJAGBE ,ADAMOU, WASSOU ,HAIDAK et à tous mes ainés académiques.
Je reconnais également tous mes frères, sœurs, amis et ma femme pour leur amour et leur soutien moral.

TABLE DES MATIERES

FICHE DE CERTIFICATION DE L’AUTHENTICITE DE STAGE ……………………..1
DEDICACE…………………………………………………………………………………...2
REMERCIEMENTS………………………………………………………………………….3
LISTE DES ABREVIATIONS ET DES SIGLES………………………………………….6
I. INTRODUCTION ………………………………………………………………...…..…....8
III.I .CAS DU MINEE………………………………………………………………………………………………....10
III.2. CAS DE LA DELEGATION REGIONAL DE L’EAU ET DE L’ENERGIE……..10
III.2.1. DELEGUE REGIONAL 10
III.2.2. SERVICE DES ENERGIES 10
III.2.3.SERVICE DES PRODUITS PETROLIERS ET DU GAZ 11
III.2.4. SERVICE DE L’EAU 11
III.2.5. SERVICE DES AFFAIRES GENERALES 12
V. ACTIVITES MENEES AU SEIN DE LA DR/MINEE/NORD………………………..13
V.1. SECTEUR DE L’EAU 14
V.2 DANS LE SECTEUR DES PRODUITS PETROLIERS ET DU GAZ 14
V.3 DANS LE SECTEUR DE L’ENERGIE 15
3. ECLAIRAGE PUBLIC PAR ENERGIE SOLAIRE……………………………… ……7
3.1Generalite sur l'eclairage public par energie solaire…………… ……………….. 7
3.1.1 Eclairage de la delegation Regional du Nord…………………………………… 7
1. Introduction……………………………………………………… ………………………7
1.1 Principe de fonctionnement……………………………… ………………………….7
1.2 pannaux photovoltaique……………………………………………… ……………….7
1.2.3 protection de cellule………………………………………………… …………………7
2.1pricipaux types de regulateur de charge………………………… …………………..7
3. Batterie d'accumilateurs au plomb………………………………… ……………………7
3.1 constitution et parametre caracteristique……………………… ……………………7
3.2 groupement des modules et batteries………………………………………………….7
3.3 principe de fontionnement………………………………………… ……………………7
3.4 precaution d'exploitation…………………………………… …………………………..7
3.5 different cause de la defaillance……………………………… ………………………7
4. Onduleur……………………………………………………………………………………….7
5. luminaire ……………………………………………………………… ………………….7
5.1 choix de luminaire………………………………………………………………….….7
6. Etat de lieux…………………………………………………………………………..….7
6.1centrale au sol………………………………………………………………………….7
7. dimenssionnement………………………………………………………..…………..7
7.1 Donnes d'ensoleillement…………………………………………………………….7
7.2 principe de calcul……………………………………………………………….…….7
7.3 calcul de la puissance de module…………… ……………………………….7
7.4 calcul de la capacite de batterie……………………………… ………………..7
7.5 calcul economique……………………………………………………… ………..7
7.6 Dimenssionnement de modules et capacité de batteries………… ……..7
7.8 Optimisation technico-economique………………………………………………7
7.9 Impératif techniques…………………………………………………………………7
7.10 Localisation……………………………………………………………………………7
7.11 Protyection contre le foudre et la mise à la terre………………………………7
8. support………………………………………………………………………………….7
8.1 Cable souple HO7V-R………………………………………………………………….7
8.2 Cable souple HO7RN-F………………………………………………………………….7
8.3 Cable de liaison………………………………………………………………………7
8.4 Contacteur …………………………………………………………………………….7
8.5 Onduleurs……………………………………………………………………………….7
8.6 Douilles……………………………………………………………………………………7
9. Lampe et luminaire……………………………………………………………………..7
9.1 normes et dimenssionnement…………………………………………………….7
9.2 Critère ou recommendation…………………………………………………………7
9.3 Devis qualitatif et estimatif…………………………………………………………..7
10. Prespective et sugetion…………………………………………………………………7
11. Conclusion……………………………………………………………………………….7
IV.3-4 LES PRINCIPAUX PARTENAIRES DE LA DR/MINEE/NORD…………………….8
VI-PROBLEMES RENCONTRES LORS DU STAGE…………………………………. 9
VII. Conclusion générale………………………………………………………………….10
VIII. BIBLIOGRAPHIE………………………………………………………………………11
LISTE DES ABREVIATIONS ET DES SIGLES

ISIC : Institut.
ET ; Electrotechnique.
DR : Délégation Régionale.
MINEE : Ministère de l’Eau et l’Energie.
DAG : Direction des Affaires Générales.
DEL : Direction de l’Electricité.
DHH : Direction de l’Hydraulique et de l’Hydrologie.
DPPG : Direction des Produits Pétroliers et du Gaz.
MEADEN: Mission d’Etude pour l’Aménagement et le Développement de la Région du Nord
PIP: Budget d’Investissement Prioritaire
CGC–CAM: China Geo-Engineering in Cameroun
OMS : Organisation Mondiale de la Santé
UNICEF: United Nation International Children’s Emergency Fund
CDE : Camerounaise Des Eaux
SNV : Netherlands Développement Organisation
BIP : Budget d’Investissement Public

 
INTRODUCTION

Arrêté de Création N°05/0003/MINESUP du 03/01/2005et Arrêté d’ouverture N°05/0037/MINESUP du 12/01/2005 ;Arrêté Extension N°12/0407/MINESUP du 17aout 2012, L’ISIC est une Filière des métiers en action commercial ;Informatique de gestion ;Comptabilité et gestion des entreprises ;Commerce international ; Banque ;Secrétariat et bureautique ;Génie logistique et transport ;Maintenance des systèmes informatiques ;Electrotechnique ;Electronique Construction mécanique ; Fabrication mécanique ;Génie civil et de l’environnement. Il est sous tutelle de L’UNIVERSITE DE NGAOUNDERE qui permet aux étudiants de différents horizons d’acquérir des connaissances scientifiques, techniques, et professionnelles sur des domaines précis à savoir l’énergie et l’environnement. Le parcours de l’énergie à trois options, qui sont (i) production, transport et distribution de l’énergie, (ii) l’éclairage public et les installations domestique ; (ii) et en fin nous avons le parcours environnement qui renferme en son sein trois options à savoir (i) Etude d’impacts environnemental, (ii) Gestion des risques environnementaux et (iii) Paysage. La formation au sein de cette filière s’articule sur des cours magistraux, des travaux dirigés et pratiques assortis des stages sur le terrain. Il faut dire que l’importance de l’option Energie et Environnement n’est à plus démontrer. La protection de l’environnement est une nécessité de nos jours car elle conditionne notre survie sur terre. Nous comprenons dont que lorsque l’environnement est pollué nous sommes exposer aux diverses maladies respiratoires, cardiovasculaires, cutanées y compris celles liées à l’énergie (incendie, électrocution…). L’accès à l’énergie électrique de nos jours est un problème qui se pose avec acuité dans notre pays et plus encore dans la partie septentrionale du territoire national. Il est donc important pour nous jeunes de nous former dans ce domaine afin de pouvoir résoudre le problème sus évoqué. Dans l’optique de me spécialiser dans le domaine de l’énergie plus précisément en production ,transport, et distribution de l’énergie, le choix de la DR/MINEE/NORD à Garoua comme structure de stage se justifie par le fait qu’elle nous permettra d’avoir un aperçu global sur l’accès à l’énergie au sein de la région. Tout au long de ce stage, Nos objectifs étaient de Nous familiariser à la structure d’accueil, apprendre à faire l’analyse de qualité de l’énergie et enfin de Voir les différentes étapes de réalisation de l’électrification.
I. HISTORIQUE DE LA STRUCTURE D’ACCUEIL
Le Ministère des mines et de L’énergie est créé après la réforme du gouvernement de 1972 abritant ainsi deux grandes directions à savoir la direction des mines et géologie, et la direction de l’énergie.
En 1977, c’est la création des délégations provinciales ainsi que la sous-direction des hydrocarbures. En 1988, l’hydraulique rurale, jusque-là dévolue au ministère de l’Agriculture, du Plan, de l’Aménagement du Territoire et de la Santé publique, rejoint le ministère des Mines et de l’Energie. Le service hydrogéologique est alors érigé en Direction de l’Hydraulique rurale. On observe également un éclatement de la Direction des Mines et de la Géologie en deux directions : la Direction des Mines, des Techniques et des Nuisances industrielles et la Direction de la Géologie. La Direction de l’Energie quant à elle éclate en Direction de l’Eau et en Direction de l’Energie. En 1992, le génie rural est absorbé par l’hydraulique rurale. Et la Direction de l’Eau éclate en deux : la Direction de l’Hydraulique Rurale et la Direction de l’Eau et de l’Assainissement. En 1997, la Direction des Mines, des Techniques et des Nuisances industrielles ainsi que celle de la Géologie se mettent ensemble : la nouvelle Direction des Mines et de la Géologie est alors créée. Même scénario à la Direction de l’Eau, où la Direction de l’Hydraulique rurale fusionne avec la Direction de l’Eau et de l’Assainissement Urbain pour donner la Direction de l’Eau tout simplement. Ainsi, le ministère des Mines, de l’Eau et l’Energie, jusqu’en décembre 2004, ne compte plus que (4) directions au lieu de (6) comme ce fut le cas jusque-là. Et avec le décret n°2004/320 du 8 décembre 2004 portant organisation du gouvernement, le ministère des Mines, de l’Eau et de l’Energie devient ministère de l’Energie et de l’Eau avec 4 directions et une Division des Etudes, de la Prospective et de la Coopération (DEPC).
Les quatre Directions étant :
-la Direction des Affaires Générales (DAG) ;
-la Direction de l’Electricité (DEL) ;
-la Direction de l’Hydraulique et de l’Hydrologie (DHH) ;
-la Direction des Produits Pétroliers et du Gaz (DPPG).



A la délégation régionale du MINEE, plusieurs délégués régionaux se sont succédé :
1. NANA TCHOUNDJA JEAN (1994-1996)
2. PODJE LUC (1996-1999)
3. NJOCK JOSEPH (1999-2006)
4. TCHAPPI TIAHA ANTOINE (2006-2009)
5. PAGOU (2009-2015)
6. MADI VONDOU (2015- jusqu’à ces jours)

Situé au quartier Roumdé-Adja en face du lycée classique et Moderne de Garoua, la Délégation Régionale de l’Eau et de l’Energie a jusque-là eu comme évènement principal son inauguration et l’installation du premier Délégué Régional.
II. ORGANIGRAMME DE LA STRUCTURE D’Accueil
Nous partirons d’un bref aperçu du MINEE en général pour finir avec la DR/MINEE du Nord à Garoua en particulier.
II.1 .CAS DU MINEE
Le MINEE dont le siège est à Yaoundé a à sa tête un Ministre ayant sous son autorité des services. Pour l’accomplissement de ses missions, le Ministre de l’Eau et de l’Energie dispose :
- d’un Secrétariat Particulier ;
- de deux (02) Conseillers Techniques ;
- d’une Inspection Générale ;
- d’une Administration Centrale ;
- de Services Déconcentrés.

II.2. CAS DE LA DELEGATION REGIONAL DE L’EAU ET DE L’ENERGIE

II.2.1. DELEGUE REGIONAL
La Délégation Régionale du MINEE à Garoua a à sa tête un Délégué Régionale à savoir M.MADI VONDOU qui est chargée de :
- De la coordination des activités de la Délégation Régionale et des Délégations Départementales ;
- Du contrôle du respect de la législation et de la réglementation en matière d’assainissement liquide dans le domaine relevant de sa compétence ;
- De la préparation des projets de programme d’action et du budget y afférent, ainsi que de la mise en œuvre des opérations retenues ;
- Du contrôle du respect des standards et normes applicables aux projets exécutés dans la Région dans le secteur de l’eau et de l’énergie ;
- De l’élaboration des monographies régionales relatives au secteur de l’eau et de l’énergie;
- De la coordination de toute assistance aux Collectivités Territoriales décentralisées et aux communautés rurales en matière d’études, de construction, d’exploitation et de maintenance des ouvrages et infrastructures d’approvisionnement en eau et en énergie…

II.2.2. SERVICE DES ENERGIES

Placé sous la direction d’un Chef de Service M.FOUKA HALIDOU, le Service Régional des Energies est chargé :
- Du contrôle technique des projets et dossiers relatifs au domaine de l’électricité
- Du contrôle de l’exécution des programmes d’action dans le domaine de l’électricité ;
- Du contrôle du respect des standards et normes des installations de production, de transport et de distribution de l’électricité, en liaison avec les services déconcentrés des administrations concernées ;
- Du suivi et du contrôle de la qualité du matériel électrique et des matériaux rentrant dans la réalisation des travaux électriques ;
- De l’assistance aux Collectivités Territoriales Décentralisées et aux communautés rurales en matière d’études, de construction et d’exploitation des ouvrages et infrastructures d’approvisionnement du domaine de l’électricité ;
- De l’animation et de l’appui des instances locales de concertation en matière de gestion rationnelle, participative et durable de l’énergie électrique.
Il comprend, outre le Chef de Service, un (01) Ingénieur d’Etude.

II.2.3.SERVICE DES PRODUITS PETROLIERS ET DU GAZ

Dirigé par M. IYA MAMAI BOUBA Chef de Service, le Service Régional des Produits Pétroliers et du Gaz est chargé :
- Du contrôle technique des projets et dossiers relatifs au domaine des produits pétroliers et du gaz ;
- Du contrôle de l’exécution des programmes d’action dans ledit domaine ;
- Du contrôle de qualité des produits pétroliers et gaziers mis à la consommation du public;
- De la répression contre la manipulation et les ventes frauduleuses des produits pétroliers et du gaz, en liaison avec les administrations déconcentrées compétentes ;
- De l’instruction des dossiers d’ouverture des dépôts et des points de distribution des produits pétroliers et du gaz ;
- Du suivi des activités des exploitants et opérateurs du domaine du gazier aval dans la Région ;
- De l’animation et de l’appui des instances locales de concertation en matière de gestion rationnelle, participative et durable du domaine des produits pétroliers et du gaz etc.
Il comprend, outre le Chef de Service, un (01) Ingénieur d’Etude.

II.2.4.SERVICE DE L’EAU

Placé sous l’autorité de M. DJAKAO PIERRE AHMADOU Chef de Service, le Service de l’Eau est Chargé de :
- Des bilans des ressources en eau ;
- Du suivi et du contrôle de la qualité des ressources en eaux brutes et des eaux destinées à la consommation humaine ;
- De l’élaboration et de la mise à jour des fichiers des réseaux d’adduction d’eau, des points d’eau ruraux et des ouvrages d’assainissement ;
- du suivi des opérations de maintenance des infrastructures d'approvisionnement en eau potable et d'assainissement en milieu rural ;
- De l’appui-conseil aux Collectivités Territoriales Décentralisées en vue de l’application des normes en matière d’eau;
- De l’animation et de l’appui des instances locales de concertation en matière de gestion rationnelle, participative et durable de l’eau …
Il comprend, outre le Chef de Service, un (01) Ingénieur d’Etude
Les services sus évoqués ont à leur disposition des ingénieurs d’études d’étude exceptée le service Régional des affaires Générales.

II.2.5.SERVICE DES AFFAIRES GENERALES

Le service Régional des affaires Générales est dirigé par M. MINLO NDJAKOMO ROGER .Il est chargé de :
- la tenue des statistiques régulièrement actualisées sur les ressources humaines, matérielles et financières ;
- l’élaboration et l’exécution du budget de la Délégation;
- la gestion et la maintenance des biens meubles, immeubles et immatériels de la Délégation ;
- l’action sociale, l’appui à la vie associative et culturelle au sein de la Délégation ;
- la promotion et la mise en place, au niveau régional, du Système National d’Information Energétique et du Système National d’Information sur l’Eau et l’Assainissement liquide ;
- la collecte, la mise en forme et la diffusion des statistiques régionales en matière d’énergie, d’eau et d’assainissement liquide ;
Ce service dispose plutôt en son sein des bureaux à savoir :
 le bureau du personnel et de l’action sociale,
 le bureau du budget, du matériel et de la maintenance ;
 le bureau du courrier, de la documentation et des archives
 le bureau des statistiques.
Rappelons que ces bureaux suscités ont à leurs têtes des chefs de bureaux. N’oublions pas d’évoquer qu’à la base de cette Délégation nous rencontrons des personnels d’appui.

III. ACTIVITES MENEES AU SEIN DE LA DR/MINEE/NORD
Parlant des activités menées au sein de la DR/MINEE/NORD Nous allons les énumérez par secteur d’activités mais nous allons nous appesantir beaucoup plus sur les activités menées dans le service de l’Energie.
III.1. SECTEUR DE L’EAU
Le service de l’eau quant à lui a aussi réalisées des activités au cours de cette année mais beaucoup d’autres projets sont encore en cours de réalisation .parmi ces projets, on peut citer entre et autre :
2. LES PROJETS REALISES
Parlant des projets déjà réalisés, le service de l’eau a eu faire le suivi des travaux de réalisation des forages équipés au sein de certaines localités dans le département de la Bénoué, du Mayo Rey, Faro et Mayo Louti. Ceci est résumé dans le tableau-ci-dessous

DEPARTEMENT DE LA BENOUE
Taches Année de démarrage Localités
Forage équipé 2016 Carrefour touroua (lycée de Ngong)
Forage équipé 2016 Quartier SODECOTON (route nationale)
Forage équipé 2016 NGONKA
Forage équipé 2016 BOELI
Forage équipé 2016 EP BIBEMIRE
Forage équipé 2016 NASSARAO(CS)
Forage équipé 2016 SOUROU NDAYE
DEPARTEMENT DU MAYO REY
Forage équipé 2016 MAN BAKALANGA
Forage équipé 2016 GOR

Tableau1 : récapitulatifs projets en cours dans le département de la Bénoué et du Mayo Rey.
3. PROJET EN COURS DE REALISATION
2. DANS LE SECTEUR DES PRODUITS PETROLIERS ET DU GAZ
Tout comme les autres services, le service des produits pétroliers et du gaz mène des activités telles que le contrôle de la qualité des produits desservis à l’ensemble de la population de la région par les marqueteurs tels que Total, Mobile, Oïl Lybia, Bocom Camoco MRS, TRADEX pour ne citer que ceux-ci ; il faut dire le contrôle se fait chaque 2 mois et peut être opiné ou bien inopiné.
Nous tenons à rappeler que la Région fait face au problème de l’entrée frauduleuse du carburant venant du Nigeria voisin connu sous le vocable de «Zouazoua ». Il faut dire que le service des produits pétroliers et du gaz ne baisse pas les bras pour lutter contre cette entrée frauduleuse du « zouazoua ».Cependant, ce service organise des répressions contre la manipulation et les ventes frauduleuses des produits pétroliers et du gaz, en liaison avec les administrations déconcentrées compétentes ;
3. DANS LE SECTEUR DE L’ENERGIE
Le service de l’énergie quant à lui a aussi réalisées des activités au cours de cette année mais beaucoup d’autres projets sont encore en cours de réalisation .parmi ces projets, on peut citer entre et autre :
3.1 Généralité sur l’éclairage public par l’énergie solaire
3.1.1 Eclairage de la Délégation Régionale du Nord
1. Introduction
Malgré la grande distance qui le sépare de la terre, le soleil lui fournit une énergie importante. Cette énergie est dispersée puisse que la durée d’ensoleillement varie d’une région à une autre de la terre. Cette énergie change aussi selon les saisons et les caractéristiques climatiques du site. Le rayonnement solaire change en outre suivant les conditions météorologiques du moment (nébulosité, poussière, humidité, etc.) et la position du soleil dans le ciel (heure).On appelle ensoleillement ou rayonnement la puissance du rayonnement solaire reçue par une unité de surface : Ensoleillement moyen annuel). Il s’exprime
en Watt par mètre carré [W/m2].
On appelle irradiation l’énergie reçue pendant un intervalle de temps. Si cet intervalle de temps est le jour, elle s’exprime en Wattheure par mètre carré par jour
[Wh/m2/j].

Cartel’ effet photovoltaïque


Technologies Duré de vie Rendement (%)

Silicium monocristallin > 25 ans 16 – 18

Silicium poly cristallin 15 – 20 ans 13 - 15

L’effet photovoltaïque utilisé dans les cellules solaires permet de convertir directement l’énergie lumineuse (photons) des rayons solaires en électricité, par le biais du déplacement de charges électriques dans un matériau semi-conducteur (le silicium).
Lorsque les photons heurtent une surface mince de ce matériau, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans une direction particulière, créant ainsi un courant électrique. Le matériau semi-conducteur comporte deux parties, l’une présentant un excès d’électrons et l’autre un déficit en électrons, dites respectivement dopée de type net dopée de type p. 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
Chargée négativement. Il se crée donc entre elles un champ électrique.

1.1 Principe de fonctionnement
L’effet photovoltaïque
L’effet photovoltaïque utilisé dans les cellules solaires permet de convertir directement l’énergie lumineuse (photons) des rayons solaires en électricité, par le biais du déplacement de charges électriques dans un matériau semi-conducteur (le silicium).
Lorsque les photons heurtent une surface mince de ce matériau, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans une direction particulière, créant ainsi un courant électrique. Le matériau semi-conducteur comporte deux parties, l’une présentant un excès d’électrons et l’autre un déficit en électrons, dites respectivement dopée de type net dopée de type p.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 chargée négativement. Il se crée donc entre elles un champ électrique.
1.2. Les panneaux photovoltaïques
La cellule photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques sont des composantes électroniques qui transforment les rayons lumineux du soleil en électricité.
Ces cellules ont des puissances unitaires assez faibles (de l’ordre de 1 W).
Figure 3: Schéma équivalent d’une cellule photovoltaïque

Les modules photovoltaïques
Afin d’obtenir des modules de puissances élevées, les cellules sont associées en série ou en série / parallèle. Pour cela les connexions des pôles négatives situées sur les faces avant des cellules sont connectées aux pôles positifs situés sur les faces arrière des cellules suivantes.
Association des cellules
Afin d’obtenir des modules de puissances élevées, les cellules sont associées en série ou en série / parallèle. Pour cela les connexions des pôles négatives situées sur les faces avant des cellules sont connectées aux pôles positifs situés sur les faces arrière des cellules suivantes
Le module photovoltaïque transforme l’énergie solaire en énergie électrique. Il joue donc le rôle de générateur dans le système photovoltaïque. L’énergie produite par
un module photovoltaïque dépend du niveau de l’énergie solaire. Ainsi, durant la journée, l’énergie produite va varier en fonction de la variation de l’énergie solaire. Le module photovoltaïque est obtenu après association des cellules avec les éléments constitutifs ci-après.


Constitution d’un module
Un module est constitué des cellules associées en série/parallèle encapsulées et protégées par :
En Face avant du module
La face avant du module doit être en verre ayant les caractéristiques suivantes :
• bonne transparence
• résistance à l’impact et à l’abrasion (grêle, jet de pierres, vent de sable, nettoyage au chiffon).
• étanchéité à l’humidité.
L’enrobage des cellules ayant les caractéristiques suivantes:
• transparence (à l’avant)
• souplesse pour «enrober» les cellules et connexions.
• adéquation aux indices optiques du verre et des cellules.
Le matériau généralement utilisé est de l’Acétate d’éthylène evinil (EVA).
En Face arrière, un matériau ayant les caractéristiques suivantes :
• Protection mécanique contre le poinçonnement et les chocs (risque de mise à nu et de bris des cellules).
• étanchéité à l’humidité.
• bonne évacuation de la chaleur.
• La face arrière est généralement réalisée soit en verre (modules dits «bi-verre»)
soit en composite tedlar/alu/tedlar (plus fragile)
La Figure 1 représente symboliquement les divers éléments du système le plus général. Dans la pratique, bien sûr, les systèmes utilisent les éléments appropriés au type de charge et aux conditions locales
Un Boîtier de connexion qui permet :
• le repérage des sorties (+, -, éventuellement point milieu),
• la connexion et le passage des câbles de liaison,
• le logement des diodes de protection,
• l’étanchéité à l’humidité.
Un joint périphérique
Il évite les pénétrations d’humidité entre la face avant et la face arrière.
Un cadre
• Il permet le montage et la fixation mécanique, tout en participant si nécessaire à la rigidité du module. Il doit résister à la corrosion (inox, aluminium...) et la visserie doit être choisie afin d’éviter des problèmes de corrosion.
• Le cadre est généralement en aluminium ou en aluminium anodisé avec une visserie en matériau inoxydable.
1.3 Protections des cellules : diodes by-pass et diode anti-retour
Deux types de protection sont généralement indispensables au bon fonctionnement d’un module photovoltaïque.
• La protection par diodes parallèles (ou by-pass) a pour but

2. Régulateur de charge
Le régulateur de charge a pour fonction principale de protéger la batterie contre les charges excessives et les décharges profondes.
Au plan fonctionnel, le régulateur de charge :
• Collecte les informations relatives à l’état de charge de la batterie (tension, état de charge)
• Compare ces informations aux seuils de régulation préfixés :
• Vmin : tension de déconnexion de la charge (utilisation) : protection
Décharge profonde.
• Vmax : tension de déconnexion des modules : protection à la surcharge.
• Opère la protection de la batterie.
Le processus de régulation est consigné dans le tableau ci-dessous :
ETAT BATTERIE COMMANDE
Vb > Vmax Déconnecte les modules PV
Si 1) est vrai et Vb < Vt1 Reconnecte les modules
PV Vb < Vmin Déconnecte la charge (utilisation)
Si 3) est vrai et Vb > Vt2 Reconnecte la batterie à la charge
Avec : Vt1 la tension de reconnexion des modules.
Vt2 la tension de reconnexion des récepteurs (utilisation).
Vb la tension de la batterie.
Vmax : tension de fin de charge, Vmin : tension de fin de décharge
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Exemple de processus de régulation: cas du régulateur LEO01 à (25°C) :
Tension de déconnexion modules 14,50 V
Tension de déconnexion utilisation 11,40 V
Tension de reconnexion utilisation 12,50 V
Le régulateur Léo ne possède pas de seuil de reconnexion des modules. A Partir de la tension de déconnexion des modules, le courant des modules est diminué jusqu’à la charge complète de la batterie.

2.1 Principaux types de régulateur de charge
Il existe deux types de régulateurs de charge dans les applications photovoltaïques.

a) Régulateur parallèle ou Shunt




Schéma de principe d’un régulateur parallèle
Le régulateur shunt régule la charge de la batterie en l’interrompant par un court-circuit du générateur photovoltaïque. L’utilisation d’une diode série est indispensable entre la batterie et l’organe de commutation (transistor) afin d’éviter un court-circuit simultané de la batterie.
Hors régulation, la tension Vb de la batterie est inférieure à la tension Vlim correspondant à la tension de fin de charge de la batterie. Dans ce cas V+ <
Vref, Vs = 0 et i = 0.
Le transistor est bloqué (Ir= 0), le module débite et charge la batterie.
En régulation, le début de la régulation correspond à la condition Vb > Vlim
.Dans ce cas V+ > Vref et Vs > 0. Le transistor T conduit à Ir > 0 avec Ip = Ir + Ib.
Ir absorbe le courant de charge Ip, ce qui génère la diminution de la tension Vb de la batterie.
Avantages du régulateur shunt
• Aucune chute de tension dans l’unité de charge.
• Consommation du régulateur négligeable durant la période de non régulation.
• La défectuosité du régulateur n’entraîne pas l’interruption de la charge de la batterie.
Inconvénient
• Nécessité d’un dispositif de dissipation thermique adéquat.
b) Régulateur série
Dans le cas du régulateur série, l’organe de commutation est en série dans le circuit du générateur
Schéma de principe d’un régulateur Série
Hors régulation, la tension de la batterie Vb est inférieure à la tension Vlim. Dans ce cas, V¯ < Vref ; Vs > 0 et i > 0. Dans ces conditions le transistor est saturé. Le module débite et charge la batterie.
En régulation, on a Vb > Vlim. Dans ce cas V¯ > Vref et Vs = 0, i = 0, Ib = 0. Le
Transistor ne conduit pas Ip = 0. La tension de la batterie diminue due à l’absence de courant de charge. L’équilibre est atteint avec V¯ = Vref et Vb = Vlim.
Avantages du régulateur série
• La diode de blocage n’est pas indispensable.
Inconvénients
• Chute de tension dans l’unité de charge.
• Consommation du régulateur durant la période de non régulation.
• La défectuosité du régulateur entraîne l’interruption de charge de la batterie.
Guide pour le choix d’un régulateur de charge
Pour le choix d’un régulateur, les caractéristiques suivantes sont indispensables:
• La tension nominale : elle peut être de 12 V, 24 V, 48 V etc. en fonction de la tension du système dans lequel il sera inséré,
• Le courant de court-circuit maximal du générateur photovoltaïque,
• Le courant de fonctionnement maximal du générateur photovoltaïque,
• Le courant de charge maximal continu de la charge (récepteurs),
• La tension de circuit ouvert maximale du générateur.
En outre, les critères suivants sont indispensables pour le choix d’un régulateur de charge :
• Rendement du régulateur : le rendement caractérise les pertes au niveau du régulateur de charge. Le rendement d’un bon régulateur doit être le plus élevé possible entre 90 et 95 %,
• Protections : les protections suivantes doivent être exigées :
- Protection contre la surtension : l’entrée du générateur doit être
Protégée contre la surtension (atmosphérique),
- Inversion de polarité de la batterie : le régulateur doit être protégé
Contre l’inversion de polarité aux bornes de la batterie,
- Protection contre les courts-circuits : le régulateur doit être protégé
Contre les courts-circuits (exemple par des fusibles),
- Boîtiers : les boîtiers des régulateurs, tout en permettant une bonne dissipation de la chaleur, doivent être assez étanches.




3. Batteries d’accumulateurs au plomb
3.1. Constitution et paramètres caractéristiques

Eléments constitutifs d’une batterie au plomb
Quatre éléments sont indispensables pour le fonctionnement d’une batterie au plomb. Il s’agit d’une électrode positive, d’une électrode négative, d’un électrolyte et d’un séparateur :
• l’électrode négative est constituée de plomb spongieux (Pb),
• l’électrode positive est constituée d’oxyde de plomb (PbO2),
• l’électrolyte est une solution d’acide sulfurique (H2SO4),
• le séparateur en matière poreuse isolante a les propriétés suivantes :
* grande résistivité électrique,
* grande résistance chimique à l’acide sulfurique,
* bonne porosité aux ions.
Le séparateur a pour but d’éviter un court-circuit interne entre deux électrodes. En effet, pour des raisons d’encombrement et de réduction de la résistance interne, les plaques positives et négatives d’un accumulateur sont très proches les unes des autres (d ≤ 10 mm).
L’électrolyte est fabriqué à partir de l’acide sulfurique hautement concentré en le versant dans de l’eau purifiée
La densité nominale de l’électrolyte pour les accumulateurs au plomb est spécifiée
Selon les applications par le fabricant de batterie et par rapport à une température nominale
Les caractéristiques principales des batteries au plomb sont :
3 .2. Groupement des modules et des batteries
Pour obtenir une tension et une puissance suffisante, il est nécessaire de connecter plusieurs modules entre eux. Dans ce cas, plusieurs batteries doivent être aussi connectées entre elles.

a) Montage des modules en série
Schéma de principe d’un régulateur en parallèle
Pour obtenir une tension plus élevée que celle d’un seul module, on connecte deux ou plusieurs modules en série. Dans le cas de la connexion de deux modules en série, la borne positive (+) du premier module est connectée à la borne négative(-) du deuxième module.
Ainsi, la tension totale est : Ut = U1 + U2
Le courant total est: It = I1 = I2
b) Montage des modules en parallèle
Pour obtenir une puissance (un courant) plus élevée que celle d’un module, il faut brancher deux ou plusieurs modules en parallèle. Dans le cas de la connexion de deux modules en parallèle, la borne positive (+) du premier module est connectée à la borne positive (+) du deuxième module. Les bornes négatives (-) sont reliées entre elles.
Association de modules en parallèle
La tension totale du branchement est égale à la tension d’un module :
Ut = Um1 = Um2
Le courant total est égal à la somme des courants des deux modules :
It = Im1 + Im2
c) Montage des modules en série parallèle
Les modules peuvent être aussi connectés en série et les séries connectées en parallèle.
Ut = Um1 + Um2
= Um3 + Um4
It = Im12 + Im34
Avec : Ut = tension totale
Um1 = tension module 1
Um2 = tension module 2
It = courant total
Im1 = courant module 1
Im2 = courant module 2

Association de module série – parallèle

a) Connecter en série deux modules A75
• Courant de court-circuit d’un module A75 = 4,80 A
• Tension de circuit ouvert d’un module A75 = 21 V
UcoT = UcoM1 + UcoM2
UcoT = 21 V + 21 V = 42 V
IccT = IccM1 = IccM2 = 4,80 A
b) Connecter en parallèle deux modules A75
UcoT = UcoM1 = UcoM2 = 21 V
IccT = IccM1 + IccM2
IccT = 4,80 A + 4,80A = 9,60 A
c) Connecter quatre modules A75 en série de deux modules et les deux séries en parallèle.
UcoT = UcoM1, M2 = UcoM3, M4
UcoT = 21 V + 21 V = 42 V
IccT = IccM1, M2 + IccM3, M4
IccT = 4,8A + 4, 8 A = 9, 60 A
d) Montage des batteries en série
Pour augmenter la tension des batteries, une ou plusieurs batteries doivent être montées en série. Dans le cas de deux batteries, la borne positive (+) de la première batterie est connectée avec la borne négative (-) de la deuxième batterie.
Montage de batterie en série
La tension totale Ut est égale à UB1 + UB2.
La capacité en Ah reste la même : Ct = CB1 = CB2
Exemple :
Monter en série deux batteries de 12 V de capacité 150 Ah.
Ut = UB1 + UB2
Ut = 12 V + 12 V = 24 V
Ct = CB1 = CB2
Ct = 150 Ah
E) Montage des batteries en parallèle
Pour augmenter la capacité Ah de deux ou plusieurs batteries, on les monte en parallèle. Dans le cas de deux batteries, la borne positive (+) de la première batterie est connectée avec la borne positive (+) de la deuxième batterie. La borne négative (-) de la première batterie est connectée avec la borne négative (-) de la deuxième batterie.
36 Montage des batteries en parallèle
a) Tension nominale : multiple de 2 V (6, 12, 24 ...)
b) La capacité nominale de la batterie
La capacité d’une batterie détermine pendant combien de temps cette batterie peut être déchargée à courant constant. Ainsi une batterie de 50 Ah peut être déchargée avec un courant constant de 5 A pendant 10 heures (5 A x 10h = 50 Ah). La capacité C d’une batterie est donc le produit du courant de décharge I par le temps de décharge Tc = I. t
[Ah] = [A] [h]
Exemple : Pendant combien de temps une batterie de 100 Ah peut-elle être déchargée avec un courant constant de 10A ? Une batterie de 100 Ah peut donc être déchargée avec un courant constant de 10A pendant 10h.
NOTE :
C10 = Capacité (Ampères-heures) restituée lors d’une décharge en 10 heures.
C100 = Capacité (Ampères-heures) restituée lors d’une décharge en 100heures. Cette batterie est mieux adaptée aux conditions de charge-décharge rencontrées en utilisation photovoltaïque
c) La densité de l’électrolyte
d) Autodécharge
L’autodécharge est la perte de capacité en pourcentage de la capacité nominale lorsque la batterie n’est pas utilisée.
e) Rendement énergétique
Le rendement est le rapport entre la quantité d’énergie débitée à la décharge et la quantité d’énergie fournie lors de la charge.
Quelques définitions utiles :
• La tension de fin de charge : Est la tension d’un élément ou d’une batterie à laquelle le processus de charge est arrêté par la source chargeant.
• Tension de fin de décharge : La tension d’un élément ou d’une batterie à laquelle la décharge est terminée. Cette tension dépend du courant de décharge.
• Profondeur de décharge : DOD : Quantité de charge restituée par une batterie pleinement chargée et exprimée en pourcentage par rapport à la capacité nominale de la batterie.
• Tension de Gassing : Tension à laquelle s’enclenche le phénomène de dégagement gazeux sur chaque électrode de la batterie. Ce phénomène est corrélé à la tension. La valeur de la tension de gassing est elle-même presque uniquement dépendante de la température.
• Charge d’égalisation : La continuation de la charge d’une batterie au delà de la tension de fin de charge en vue d’obtenir l’égalisation des charges des différents éléments de la batterie.
Quelques exemples de batteries les plus utilisées pour les applications
Photovoltaïques :
• Batteries formées d’éléments stationnaires à plaque positive tubulaire
(2 V) et grande réserve d’électrolyte. Capacités courantes : de
100 à 3.000 AH. Ce type de batterie est le mieux adapté aux cycles
Journalier set saisonniers rencontrés dans les systèmes PV.
• Batteries formées d’éléments stationnaires à plaques planes (2 V)
Et grande réserve d’électrolyte. Capacités courantes : de 10 à 300
AH. Ces batteries sont moins performantes que celles ci-dessus en
Nombre de cycles (durée de vie).
• Batteries plomb étanche sans entretien (2, 6 et 12 V). Capacités courantes
: 10 à 100 AH. Ces batteries ont une aptitude au cyclage beaucoup moins élevée et ne doivent donc être spécifiées que pour des applications où la durée de vie n’est pas primordiale par rapport au coût initial.
NOTE : Les batteries dites de «démarrage» (utilisées pour les automobiles et les camions) et celles dite «de traction» (utilisées par exemple Pour les chariots élévateurs) ne sont pas du tout adaptées à un usage Photovoltaïque.

3.3. Principe de fonctionnement
En décharge
Au cours de la décharge. Il y a formation de cristaux (sulfate de plomb) sur chacune des électrodes. La densité devient faible et ceci en fonction de la quantité déchargée.
La densité de l’électrolyte décroît en fonction de la quantité déchargée.
La tension de fin de décharge est fortement liée au courant de décharge
En charge
• Durant la charge, le sulfate de plomb est transformé au niveau des plaques, en plomb (Pb) pour l’électrode négative et en oxyde de plomb (PbO2) pour l’électrode positive. Cette formation s’accompagne de la formation d’acide sulfurique. La densité augmente.
• La charge d’une batterie dans un système photovoltaïque s’effectue généralement selon la caractéristique de charge IU. La première phase s’effectue à courant «quasiment» constant jusqu’à l’atteinte de la tension de fi n de charge à partir de laquelle commence la deuxième phase de charge qui s’effectue à tension constante. Durant cette deuxième phase, le courant de charge sera réduit à niveau correspondant au maintien de la charge dans le but de conduire à une charge complète de la batterie.
Au cours de la charge de la batterie, on note :
• Que la densité croit lentement en début de charge pour remonter brusquement en fi n de charge. Cette remontée brusque de la densité est le résultat de l’homogénéisation de l’électrolyse qui fait suite à son bouillonnement causé par l’apparition d’un dégagement gazeux.
• Que le phénomène de dégagement gazeux appelé «gassing» est lié à la tension de charge qui est elle même quasiment dépendante de la température selon la formule :
(2) Vg = Vgt0 – 0,005XT
Vg = tension de gassing correspondant à la température T
Vgt0 = tension de gassing à T= 20°C
T= température actuelle en °C
Principe de fonctionnement d’une batterie au plomb
3.4. Précautions d’exploitation
Des caractéristiques fonctionnelles des batteries au plomb présentées ci-dessus découlent certaines dispositions à prendre qui sont indispensables au bon fonctionnement de ces batteries:
• La tension de fin de charge doit être fixée en tenant compte de la température :
- Soit au niveau du régulateur qui doit être équipé d’un dispositif appelé compensateur de température qui fixe automatiquement la tension de fin de charge en fonction de la température mesurée.
- Soit en prévoyant une tension fixe calculée à partir de la formule (2) ; En utilisant une température maximale du site.
• Il faudra veiller à ce que la durée du gassing ne dépasse pas 10 heures par mois.
• La fixation du seuil de tension de fin de décharge doit tenir compte du courant moyen de décharge
• Des charges d’égalisation doivent être prévues au moins deux fois par an( si le
régulateur ne dispose pas d’une activation automatique de la charge d’égalisation)pour éviter la formation prolongée de sulfate sur les plaques des batteries.

3.5. Différentes causes de la défaillance des batteries
a) Surcharge des batteries
Les surcharges des batteries engendrent non seulement la corrosion de ses plaques positives, mais aussi un dégagement excessif de gaz pouvant arracher des plaques, les matières actives qui se déposent aussi bien au fond du bac, qu’entres les séparateurs et les plaques. Les surcharges des batteries génèrent en outre une augmentation de la température de ces dernières, ce qui peut conduire à la destruction des plaques et des séparateurs.
b) Décharges profondes
Les décharges profondes sont, à côté des surcharges, les premières causes de la détérioration d’une batterie. Les résultats des décharges profondes prolongées sont entre autre la diminution de la densité de l’électrolyte, le dépôt au fond du bac de sédiments fins de cristaux de sulfate de plomb et la décoloration des plaques, ainsi que leur sulfatation.
c) Sulfatation
La sulfatation consiste en la formation sur les plaques de larges cristaux de sulfates de plomb, en lieu et place des fins cristaux qui y sont normalement présents.
Les causes de la sulfatation sont :
• la non-utilisation de la batterie durant une longue période, après sa charge complète ou partielle,
• le fonctionnement de la batterie durant des jours à un état de charge partielle, sans charge d’égalisation,
• la variation de la température dans la batterie.
Les manifestations de la sulfatation sont l’augmentation de la résistance interne de la batterie, ce qui entraîne une diminution de la décharge et une augmentation de la tension de charge.
d) Courts-circuits
Les courts-circuits des éléments sont générés par :
• la destruction des séparateurs,
• l’accumulation excessive des sédiments au fond du bac,
• la formation de structures arborescentes de plomb, de la plaque négative vers la plaque positive.
Les manifestations du court-circuit des éléments sont les suivants :
• une densité d’électrolyte faible, en dépit de la réception normale de charge,
• une perte rapide de capacité après une pleine charge,
• une tension à vide faible.
e) Autres causes de la diminution de la durée de vie des batteries
Outre les phénomènes décrits plus haut, d’autres causes que nous présentons ci-dessous peuvent contribuer à la diminution de la durée de vie des batteries.
27Il s’agit :
• des phénomènes de vibrations.
• des salissures.

4. L’onduleur
L’onduleur est alimenté directement par la batterie et débite sur des récepteurs en courant alternatif. L’onduleur transforme la tension continue des batteries en tension alternative qui alimente les récepteurs en courant alternatifs : téléviseurs, vidéo ou réfrigérateur, etc.
Les onduleurs diffèrent par la forme d’onde du courant électrique qu’ils délivrent
: carrée, sinus reconstitué,…, la forme sinusoïdale étant la norme habituelle de l’électricité fournie par le réseau électrique. Les onduleurs à onde « non sinus » génèrent des harmoniques qui peuvent endommager dans les cas extrêmes certains appareils électriques. Un convertisseur DC / AC peut être couplé soit au régulateur soit directement à la batterie, il doit alors être muni d’un dispositif anti-décharge profonde.
Les caractéristiques principales d’un onduleur sont les suivantes :
• Puissance nominale à 20°C en VA.
• Tension nominale d’entrée en Vcc.
• Plage de la tension d’entrée en V.
• Protection tension d’entrée basse en V.
• Puissance de démarrage admissible en %
• Intensité maximale admissible en A.
• Tension nominale de sortie en Vca.
• Plage de tension de sortie.
• Onde de sortie
• Fréquence nominale de sortie en Hz.
• Rendement maximal, généralement de l’ordre de 90%.
Générateur autonome DC/AC
5. Luminaires
Lorsque les réglettes seront fixées en position murale, et sauf spécifications Contraires, leur milieu dans l’axe vertical devra être placé à 1,80 m du sol. Ainsi, et de façon générale, sauf indications contraires, toutes les réglettes néon installées dans un même bâtiment devront être fixées à la même hauteur par rapport au sol.
Boites de dérivation
Pour alimenter, à partir d’une ligne principale, un nouvel équipement, il faut créer
Une ligne secondaire en dérivation. Pour le raccordement, on utilise une boite de dérivation.
Le principe de dérivation est simple, sur chaque borne il arrive 1 fil et il en repart 2(celui de la ligne principale et celui de la dérivation).Plusieurs lignes peuvent partir d’une même boite de dérivation, à condition que la ligne principale ait une section suffisante. L’installation des boites de dérivation respectera le principe du schéma ci-après.
L’ordre de connexion des boites doit être scrupuleusement respecté. Les boites seront solidement fixées aux murs. Elles seront placées suffisamment haut, si possible à environ 2,7 m du sol pour être hors de portée des enfants.
Caractéristiques des lampes et des luminaires
L’opération consiste à relever le type de lampes en place dans chacune des zones du bâtiment. Elles doivent correspondre à la marque "NF luminaires". Ce marquage atteste de la qualité du produit et de sa conformité aux normes. La marque NF est obligatoire pour l’obtention du label PROMOTELEC.
Pour chaque intervention, la sélection des lampes les mieux adaptées en fonction des applications s'opère suivant les quatre critères principaux suivants, l’ambiance lumineuse, la qualité de la lumière, l’efficacité lumineuse et la durée de fonctionnement :
- L'ambiance lumineuse
L'ambiance lumineuse varie en fonction de deux paramètres : la teinte et le niveau d'éclairement.
La teinte est définie par la température de couleur (Tcp) exprimée en degrés [K]. Cette notion de température de couleur permet de caractériser l'aspect de la lumière émise. Les teintes dites chaudes sont à dominante rouge et les teintes dites froides sont plutôt d'aspect blanc bleuté.
5.1. Le choix des lampes et luminaires
Une fois le type d’éclairage choisi, il faut sélectionner les sources et luminaires adéquats. Pour ce faire le projeteur dispose d’une assez grande liberté mais il peut lui être imposé de respecter des consignes de couleur, à respecter selon la méthode suivante.
Dans le cadre de la méthode que nous proposons :
1. vous choisissez d’abord les critères de couleur et d’éclairement à respecter selon le type de local éclairé.
2. vous choisissez ensuite le type de lampe assurant les consignes précédentes en matière de couleur.
3. vous dimensionnez ensuite l’installation selon les procédures.
- La qualité de la lumière
La qualité de la lumière est définie par l'indice de rendu des couleurs (IRC) = Ra Cet indice détermine la faculté d'une source à respecter l'aspect des couleurs (0 à 100).
Entre 80% et 85%, le rendu des couleurs satisfait à des usages quotidiens dans des logements.
Des valeurs supérieures à 85% sont préconisées pour certains locaux de travail comme les bureaux et les salles d'enseignement. Lorsque la restitution exacte des couleurs est l'un des critères fondamentaux dans le choix de l'éclairage (cas des musées par exemple), les lampes à mettre en place doivent avoir un indice de rendu des couleurs supérieur à 95%.
- L'efficacité lumineuse
L'efficacité des lampes a un impact direct sur les coûts d'installation. Le choix de lampes de meilleure efficacité peut permettre de réduire le nombre de luminaires. Pour mesurer efficacement cet impact sur un bilan financier global, il convient de prendre également en compte d'autres paramètres comme la périodicité d'entretien (nettoyage, remplacement des lampes) et le coût d'achat à l'unité des lampes choisies.
- La durée moyenne de fonctionnement
La durée moyenne correspond au temps au bout duquel, sur un échantillonnage donné,50 % des lampes testées sont hors d'usage.
. Différents types de lampes
Les lampes le plus couramment utilisées peuvent être regroupées en deux familles :
- lampes à incandescence,
- lampes fluorescentes.
Notons qu’il existe une troisième famille de lampes : les lampes à décharge. Leur domaine d’application étant l'éclairage des grands volumes (halls de gare ou d'aérogare, bâtiments industriels,...) ou encore celui de la voirie et des espaces extérieurs des villes, nous ne traiterons pas ce type de lampes dans le guide.
- Les lampes à incandescence
Il existe deux catégories de lampes à incandescence, les lampes standards, les lampes halogènes :
- LES LAMPES STANDARDS :
Les lampes standards à incandescence ou encore lampes « classiques » sont communément utilisées pour la grande majorité des applications du fait de leur faible coût d’achat .
Ce coût est à relativiser car l’efficacité lumineuse est plus faible (environ 14 [lm/W] et leur durée de vie limitée (environ 1 000 [h]). Ces défauts sont dus à l’évaporation du filament de tungstène qui est porté à une température élevée, ce qui provoque un noircissement de l’ampoule.
Enfin, il est bon de noter que les lampes à incandescence provoquent à l’allumage des courants
d’appel en pointe très élevés.
- LES LAMPES HALOGENES :
La technique employée consiste à ajouter une quantité d’halogène au gaz de l’ampoule qui permet de restituer au filament une partie du tungstène évaporé. Cela réduit donc fortement le noircissement et permet de faire fonctionner le filament à des températures plus élevées.
L’efficacité lumineuse est supérieure à celle d’une lampe classique ; elle est approximativement du double. Cette efficacité est quasiment constante durant sa période de vie. Par ailleurs, ce type de lampe offre un meilleur confort visuel, sa lumière blanche assurant un très bon rendu des couleurs (IRC(Ra) = 100).
Dans la famille des lampes halogènes, il faut distinguer trois classes de produits :
Les lampes simple enveloppe à double culot
Elles sont utilisées dans de nombreuses applications, en particulier dans les bâtiments d’habitation .Elle sont conçues pour des luminaires spéciaux qui émettent généralement un éclairage indirect par réflexion sur le plafond. Si la lampe comporte des tâches de doigts ou de gras, il faut la nettoyer avec un chiffon imbibé d’alcool avant sa mise en service.
Les lampes double enveloppe à simple culot
Ce type de lampes combine les progrès apportés par l’halogène et certains des avantages de la lampe classique. La lampe est composée d’un tube halogène incorporé dans une deuxième enveloppe constituée d’une ampoule et d’un culot standard. Parmi ses principaux avantages apportés, on notera :
- manipulation aisée (pas de précaution particulière),
- totale interchangeabilité avec des lampes classiques,
- émission de chaleur identique à celle des lampes classiques,
- performances de l'halogène.
Les lampes très basse tension
Alimentées en 12 [V] ou 24 [V], elles sont employées en éclairage général ou en éclairage d’appoint pour les hôtels et les restaurants ainsi que dans les bâtiments d'habitation et de bureaux (principalement au niveau des tables de travail pour ce dernier cas d'application.
Des fusibles à haut pouvoir de coupure doivent être employés. Avec des lampes de 24 [V], le calibrage est de 2 [A] pour 20 [W] et de 6,5 [A] pour 100 [W].
Hormis ces spécificités, leurs caractéristiques sont identiques à celles des lampes halogènes à simple enveloppe, avec en particulier la nécessité d'employer des luminaires appropriés.
- LES LAMPES FLUORESCENTES :
Les lampes fluorescentes sont constituées d’un tube de verre recouvert d'une mince pellicule constituée d'une poudre photoluminescence. Deux électrodes situées à chacune des extrémités à l'intérieur du tube émettent des décharges électriques. Ces décharges produisent des rayonnements ultraviolets qui sont transformés en lumière par la pellicule de matière fluorescente. Par rapport aux lampes à incandescence classiques, elles présentent une efficacité (jusqu'à 75 [lm/W]) et une durée de fonctionnement très supérieure (jusqu'à 8 000 [h]).
Les lampes fluorescentes doivent être couplées à une alimentation électrique (le ballast) et à un dispositif d’amorçage (le starter). Certains modèles dans la famille des lampes compactes intègrent ces deux dispositifs.
Deux types de ballasts peuvent être mis en place :
- le ballast électromagnétique classique couplé avec un starter à électrodes ou avec un starter électronique. Le starter électronique offre les avantages suivant par rapport à un starter à électrodes :
- durée de vie des lampes augmentée d’environ 30% assurée par un préchauffage des électrodes,
- nombre d’allumages élevé (environ 100 000),
- allumage franc sans effet de papillonnement,
- absence de clignotement de la lampe en fin de vie.
Son prix plus élevé, pour un starter à électrodes doit être pris en compte dans le choix de cette solution qui convient plus particulièrement aux locaux où le confort et l’absence de perturbation électromagnétique sont nécessaires. Elle convient également pour les lieux où la maintenance des installations s’avère difficile et coûteuse à cause d’un accès aux luminaires peu aisé.
Le ballast électromagnétique nécessite un condensateur de compensation de l’énergie réactive.
- le ballast électronique HF (Hautes Fréquences > 25 [kHz]) qui offre les avantages suivant par rapport à un ballast électromagnétique :
. Durée de vie des lampes augmentée jusqu'à 50%,
. Arrêt automatique de la lampe en fin de vie,
. Absence de starter et de condensateur de compensation,
. Économie d'énergie par la possibilité de gradation du flux lumineux émis (au moyen d'un potentiomètre, d'une cellule photoélectrique,...).
Il convient plus particulièrement aux locaux où le confort et l'absence de perturbation électromagnétique sont nécessaires et où la maintenance est difficile, ainsi que dans tous les lieux où un réglage du niveau d'éclairage peut être mis en place (salles de réunion, de restauration, salle d'accueil,...).
Dans la catégorie des lampes fluorescentes, on distingue les tubes fluorescents et les lampes compactes.
. Les tubes fluorescents
Les tubes fluorescents couvrent un large domaine d'applications. Ils sont utilisés dans l'ensemble des secteurs du bâtiment traité par ce guide du fait des avantages proposés :
. Efficacité lumineuse importante : de 56 [lm/W] pour la gamme standard à 75 [lm/W] pour la gamme à haut rendement,
. Bon rendu des couleurs (IRC(Ra) entre 85% et 95%),
. Large gamme de teintes (entre 3 et 5 gammes de teintes proposées pour les tubes à haut rendement et les tubes standards).
Ils nécessitent néanmoins un luminaire spécifique qui incorpore les dispositifs d'allumage(le starter) et d'alimentation du tube (le ballast). Par conséquent, il est nécessaire de prendre en compte la périodicité de remplacement de ces "accessoires" pour ce type d'éclairage.
TABLEAU 1
RECOMMANDATIONS TYPES (Association Française de l’Eclairage [A.F.E.], et PROMOTELEC pour l’essentiel)
locaux couleur éclairement


Bureaux bureau classique 85 4 000 500
bureau paysager 85 4 000 750
dessin technique 90 4 000 - 5 000 950
salle de conférence 80 3 000 - 4 000 300
informatique 85 4 000 20 - 500
TABLEAU 2
B DONNEES TYPES SUR LES SOURCES
type de source puissance
[W] efficacité
[lm/W] T. de
couleur [K] IRC durée de vie
[h]
INCANDESCENCE
standard 15 - 1000 8 - 18 2600 - 2900 100 1000
halogène basse tension 50 - 2000 8 - 18 3000 100 2000
halogène très basse tension 15 - 100 8 - 18 3000 100 2000 - 4000
FLUORESCENCE
tubes fluorescents 18/36/58 8 - 18 2700 - 6500 66-98 8000 -12000
fluo compactes de substitution 5-23 8 - 18 2700 - 3000 85 8000
fluo compactes d’intégration 5-55 8 - 18 2700 - 4000 85 8000 -12000

6. ETAT DE LIEU
6.1 Les centrales au sol
Dans ce type de construction, une structure ad hoc sert à orienter et à fixer les modules dans une direction optimale par rapport au soleil. Plusieurs centrales de ce type existent, dépassant 1 MWc. Dans les PED, c'est qui apparaît comme le champion de centrales alimentant un village isolé, une usine de dessalement, etc. certaines avec des systèmes de poursuite de la trajectoire du soleil ; ce qui se justifie par la plus grande proportion de rayonnement direct dans ces régions. A cause des problèmes d’ombres portées, le besoin de surface au sol représente environ 3 fois la surface de captage pour des sheds et 4 fois avec des systèmes de suivi (sun-tracking) .
A) Modules recommandés pour centrales au sol
Les critères de choix des modules ne vont évidemment pas avoir la même importance en fonction du coût du foncier, du pays dans lequel on se trouve, et donc du gisement disponible, et des conditions de vente de l’électricité photovoltaïque. Cependant, pour optimiser la rentabilité de l’investissement, deux critères de choix se dégagent :
B) Faible coût
Compte tenu de tarif d’achat souvent moins avantageux pour des installations au sol, la question du coût devient prépondérante. Ainsi, tous les fabricants de modules les moins chers peuvent être envisagés pour équiper une centrale au sol. Le premier d’entre eux est First Solar, qui en plus de produire les modules (CdTe) les moins chers du monde (coût de production usine : 0,75 $/Wc), atteint maintenant des rendements de conversion moyens de 11,5%. La technologie amorphe est également envisageable mais compte tenu des coûts du BOS14, un seuil de rendement de 10% doit être atteint pour espérer être compétitif avec les autres technologies. Avec l’arrivée de fabricants chinois sur le marché, le silicium cristallin n’est bien sûr pas en reste. Il est même largement dominant.

C) Haut rendement
La stratégie opposée à celle du bas coût et celle des modules au silicium monocristallin à très haut rendement (VHEc-Si). L’objectif est ici de réduire au maximum la part relative du BOS lié à la surface. Ainsi, les produits de SunPower (modules à 18%) sont très bien adaptés à cette logique. Pour un système de tracking, cette solution sera bien souvent la plus économique étant donné le coût au m² d’un système de tracking.
D) Structures
Les centrales photovoltaïques au sol sont, dans la mesure du possible, composées d’éléments pré-montés qui sont assemblés sur place. Les modules sont fixés par groupes de 4 à 8 sur des cadres ou des profilés qui sont ensuite posés sur les structures qui assurent la fixation et la bonne orientation des modules. Les structures doivent supporter la charge statique du poids des modules et, selon l’inclinaison une surcharge de neige ou de glace. En outre, elles doivent résister aux forces du vent qui peuvent être considérables en fonction de la disposition et de la grandeur des surfaces inclinées souvent très exposées.
Le seul document existant actuellement est la norme qui est applicable aux constructions et fournit une base de calcul relative à la charge statique du vent, avec quelques indications concernant les effets dynamiques. Une étude aérodynamique complète ou des essais en soufflerie ne sont envisageables que pour de très grandes unités. Les modules, avec cadre sont généralement fixés par boulonnage, ceux sans cadres sont fixés par des profils ad hoc ou col

E) Foncier
Les centrales au sol sont principalement implantées sur des terrains dont le potentiel faible permet de les installer sans susciter des réactions hostiles (terrains non agricoles, sols pollués, friches industrielles, etc.…).

F) Aménagement terrain, accès, fermeture, grillage
Le coût d’un grillage classique de 2 m de hauteur est d’environ 6550F/m posé. Ce simple grillage nous paraissant insuffisant (et le sera sûrement aussi pour l’assureur), nous préférons envisager une clôture dotée d’un système de détection (coupure, démontage, tentative d’escalade); son prix est d’environ 529250F/m posé.
Concernant l’accès du terrain, nous considérons un chemin de goudron recouvert de gravier dont le coût est d’environ 26200F/m². Le chemin fait 3 m de large et sa longueur est égale à la moitié du périmètre du terrain.
Afin de prévenir les propagations d’incendie, il est recommandé d’avoir à l’intérieur de la clôture une bande de gravier de 4 m. Le coût du gravier est d’environ 3275F/m².
7. Dimensionnement
Le dimensionnement d’un générateur PV a pour but de déterminer l’optimum technico-économique entre la puissance crête du champ de panneaux solaires et la capacité de batterie associée à partir des besoins électriques de l’utilisateur d’une part, des données d’ensoleillement du site d’autre part et du prix et de la qualité des composants dont on peut disposer sur le marché.
La détermination de la taille des composants doit permettre de garantir une fourniture d’énergie tout au long de l’année ou éventuellement sur une période déterminée.

7.1 Données d’ensoleillement.
Les données d’ensoleillement pour une région déterminée sont généralement disponibles mois par mois6 dans les atlas solaires et correspondent à l’irradiation globale quotidienne moyenne sur un plan horizontal. Les unités sont exprimées soit en cal/cm2 ou Langleys 7, soit en kWh/m2 sachant que les valeurs de l’ensoleillement sont évidemment fonction de la latitude mais aussi des conditions climatiques locales et des masques naturels ou artificiels.
Pour déterminer l’énergie incidente heure par heure et mois par mois sur le plan des panneaux, on effectue le calcul à partir des données d’ensoleillement sur un plan horizontal8 et de l’inclinaison donnée aux panneaux solaires.
Si les panneaux doivent rester fixes, l’inclina