Développement d’un système hybride de génération d’énergie en site isolé pour la télécommunication. Réalisation d’un régulateur de charge solaire

Table des matières

1. Introduction

1.1. CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE DANS LE MONDE ET EN AFRIQUE

1.1.1. Contextes et problématiques

1.1.1.1. Consommation énergétique dans le monde

1.1.1.2. Situation énergétique en Afrique

1.1.1.3. Capacité en termes d’énergie renouvelable en Afrique

1.2. DÉFINITIONS ET GÉNÉRALITÉS SUR LES ÉNERGIES RENOUVELABLES

1.2.1. Croissance de l’exploitation des énergies renouvelables

1.2.2. Production de l’électricité par les énergies renouvelables

1.2.2.1. Production de l’énergie électrique d’origine solaire

1.2.2.3. Production de l’énergie électrique d’origine biomasse

1.2.2.4. Production de l’énergie électrique d’origine hydraulique

1.2.2.5. Production de l’énergie électrique d’origine géothermique

1.2.2.6. Production de l’énergie électrique d’origine marine

1.3. SYSTÈME HYBRIDE

1.3.1. Définition des systèmes hybrides

1.3.2. État de l’art d’un SEH

1.3.3. Principaux composants d’un système d’énergie hybride (SEH)

1.3.3.1. Composants auxiliaires

1.3.3.1.1. Système de supervision

1.3.3.1.2. Convertisseurs

1.3.3.1.3. Charges

1.3.4. Architectures des systèmes d’énergies hybrides (SEH)

1.3.4.1. Architecture à bus continu (CC)

1.3.4.2. Architecture à bus alternatif (CA)

1.3.4.3. Architecture mixte à bus continu/Alternatif (CC/CA)

1.3.5. Dimensionnement des systèmes d’énergies hybrides (SEH)

1.4. SITUATION ÉNERGÉTIQUE AUX COMORES

1.4.1. Caractéristiques géographiques et humaines des Comores

1.4.2. Problèmes d’électricité en Union des Comores

1.4.3. Contexte énergétique des Comores

1.4.4. Production énergétique des Comores

1.4.5. État des lieux sur l’énergie aux Comores

1.4.5.1. Répartition des ressources

1.4.5.2. Produits pétroliers

1.4.5.3. Consommation des produits pétroliers

2. Modélisation des générateurs à énergie renouvelables

2.1. Modélisation du générateur PV

2.1.1. Système de production et de conversion du générateur PV

2.1.2. Modélisation d’une cellule et d’un module (panneau) PV

2.1.3. Modélisation d’une cellule PV

2.1.4. Modélisation du Module (panneau) PV

2.1.4.1. Influence de la température sur le rendement des cellules

2.1.4.2. Influence du rayonnement sur les cellules

2.1.4.3. Principe de la recherche du point de puissance maximale (MPPT)

2.1.4.3.1. Définition

2.2. Modélisation du générateur éolien

2.2.1. Historique de l’éolien

2.2.2. Généralités sur les systèmes éoliens

2.2.3. Caractéristiques des éoliennes

2.2.3.1. Éolienne à axe horizontal

2.2.3.2. Éolienne à axe vertical

2.2.4. Système de production d'électricité éolienne

2.2.4.1. Principaux composants d’un système éolien

2.2.4.1.1. La turbine

2.2.4.1.2. Le système électromécanique

2.2.4.1.3. Le système d’interconnexion

2.2.4.1.4. Le système de contrôle

2.2.5. Puissance énergétique d’une éolienne

2.2.6. Puissance énergétique disponible

2.2.7. Potentiel énergétique éolien (théorème de Betz)

2.2.8. Puissance éolienne moyenne utilisable

3. Dimensionnement d’un système énergétique

3.1. CHOIX DU SITE À ÉTUDIER

3.1.1. Présentation du modèle

3.1.2. Choix du paramètre du modèle

3.1.3. Choix des équipements électriques à alimenter

3.2. LA CHARGE À ALIMENTER

3.3. Type de besoins

3.3.1. Le système de générateur éolien

3.3.1.1. Source d’énergie éolienne

3.3.1.2. Étude technico-économique du système éolien

3.3.2. Système du générateur PV

3.3.2.1. Source d’énergie PV

3.3.2.2. Étude technico-économique du système PV

3.3.3. Système du générateur diesel

3.3.4. Système de convertisseur de puissance

3.3.5. Système de stockage électrique

3.3.5.1. Étude technico-économique Système de stockage électrique

4. Résultats et discussion

4.1. RÉSULTATS PAR OPTIMISATION

4.1.1. Configuration du système

4.1.2. Configuration choisie (PV/Éolien/GE/Stockage)

4.1.3. Architecture possible

4.1.3.1. Résultats détaillés sur les coûts des composants du SEH

4.1.3.1.1. Répartition des coûts de l’installation

4.1.3.1.2. Bilan des coûts

4.1.3.2. Production et la consommation électrique du système

4.1.3.2.1. Production du système PV/Éolien/GE/Stockage

4.1.3.2.1.1. Production du Générateur PV

4.1.3.2.1.2. Production du Générateur Éolien

4.1.3.2.1.3. La production du générateur Diesel

4.1.3.2.1.4. La production des batteries de stockage

4.1.3.2.1.5. Convertisseur

4.1.3.3. Émissions des Gaz

4.2. RÉSULTATS PAR SENSIBILITÉ

4.2.1. Configurations du SEH en fonction du prix du carburant

4.2.2. Évaluation des différents coûts du système

4.2.2.1. Évaluation des coûts de l’énergie produit

4.2.2.2. Évaluation du coût net total actuel du système

4.2.2.3. Évaluation des Coûts total annuel du système

5. Réalisation d’un régulateur de charge

5.1. Présentation d’Arduino

5.1.1. Histoire d’Arduino

5.1.2. Logiciel Arduino ou Arduino IDE

5.1.3. Description de la carte Arduino utilisé et du module GSM

5.1.3.1. L’Arduino

5.1.3.2. Le module GSM

5.2. Logiciel de simulation et de CAO

5.2.1. Proteus (ISIS et ARES)

5.3. Caractéristiques électriques d’un régulateur de charge solaire

5.3.1. Description de la réalisation

5.3.2. Principe de fonctionnement

5.3.3. Synoptique et électrique du régulateur

5.4. La Réalisation pratique et les résultats obtenus

5.4.1. Liste des composants utilisés

5.4.2. Résultats obtenus

5.4.2.1. Difficultés rencontrées lors de la réalisation

5.4.2.2. Remarque

Objectifs et thèmes de recherche

Ce travail vise à développer un système hybride de génération d’énergie (solaire, éolien, diesel, stockage) pour alimenter des sites de télécommunication isolés aux Comores, afin de pallier les problèmes récurrents de coupures d'électricité. L'étude combine une analyse technico-économique par simulation (logiciel HOMER) et la conception pratique d'un régulateur de charge basé sur Arduino pour optimiser la gestion énergétique des batteries.

• Analyse du mix énergétique mondial et de la situation spécifique aux Comores.
• Modélisation mathématique des générateurs photovoltaïques et éoliens.
• Dimensionnement optimisé d'un système hybride pour pylônes de télécommunication.
• Évaluation technico-économique des coûts d'installation et d'exploitation.
• Conception et réalisation d'un régulateur de charge intelligent avec module GSM.

Auszug aus dem Buch

Résumé des chapitres

1. INTRODUCTION GÉNÉRALE : Présentation du contexte énergétique mondial, de l'importance des énergies renouvelables et de la problématique spécifique de l'électrification des sites isolés aux Comores.

2. MODÈLE MATHÉMATIQUE DES GÉNÉRATEURS À ÉNERGIES RENOUVELABLES : Description des modèles théoriques et mathématiques permettant de simuler le fonctionnement des générateurs photovoltaïques et éoliens.

3. DIMENSIONNEMENT D’UN SYSTÈME ÉNERGÉTIQUE POUR L’ALIMENTATION ÉLECTRIQUE DES PYLONES DE TÉLÉCOMMUNICATION : Analyse des données locales (gisement solaire et éolien) et présentation de la configuration hybride choisie pour le site cible.

4. RÉSULTATS ET DISCUSSION DE LA SIMULATION : Analyse des résultats de simulation obtenus via HOMER, incluant l'optimisation des coûts, la production annuelle et les émissions de gaz.

5. RÉALISATION D’UN RÉGULATEUR DE CHARGE : Détails sur la conception et la mise en œuvre pratique d'un régulateur de charge à base d'Arduino pour la gestion des batteries et la supervision GSM.

Mots-clés

Système hybride, Énergies renouvelables, Photovoltaïque, Éolien, Comores, Télécommunication, HOMER, Dimensionnement, Arduino, Régulateur de charge, Stockage, Optimisation, Électrification rurale, Gestion de batterie, GSM.

Foire aux questions

Quel est l'objectif principal de cette recherche ?

L'objectif est de concevoir un système hybride de génération d'énergie pour assurer une alimentation électrique continue et fiable des sites de télécommunication isolés aux Comores, en réduisant la dépendance aux générateurs diesel.

Quelles sources d'énergie sont combinées dans le système ?

Le système combine l'énergie solaire photovoltaïque, l'énergie éolienne, un groupe électrogène diesel et un système de stockage par batteries.

Quelle est la problématique centrale abordée ?

La recherche traite de l'accès difficile à l'électricité dans les zones rurales et isolées des Comores, ainsi que des coûts élevés et de l'instabilité de l'approvisionnement en énergie fossile pour les réseaux de télécommunication.

Quels outils scientifiques sont utilisés ?

Le logiciel HOMER est utilisé pour l'optimisation et la simulation technico-économique, tandis qu'Arduino et Proteus sont mobilisés pour la conception et la réalisation du régulateur de charge.

Quels sont les principaux composants du régulateur de charge réalisé ?

Le régulateur est basé sur un microcontrôleur Arduino Uno, incluant un afficheur LCD, des capteurs de tension/courant/température et un module GSM pour la supervision à distance par SMS.

Quels sont les résultats économiques de la simulation ?

La simulation démontre que le mix hybride permet d'optimiser les coûts opérationnels et de réduire significativement l'utilisation de carburant tout en garantissant la pérennité du service énergétique sur une durée de vie de 25 ans.

Pourquoi le choix de la Grande Comore comme site d'étude ?

La Grande Comore possède le meilleur gisement solaire et éolien de l'archipel, ce qui en fait le site le plus approprié pour le déploiement d'une infrastructure renouvelable hybride performante.

Comment le module GSM améliore-t-il la gestion du système ?

Il permet une supervision en temps réel en envoyant des alertes par SMS sur l'état des batteries, signalant le début de la charge, la fin de la charge ou une décharge critique, permettant ainsi une intervention rapide.