analyse technico-économique d'un système hybride éolien

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  • UNIVERSIT DE MONTRAL

    ANALYSE TECHNICO-CONOMIQUE DUN SYSTME HYBRIDE OLIEN-

    PHOTOVOLTAQUE EN COMPARAISON AVEC LES SYSTMES

    PHOTOVOLTAQUE ET OLIEN SEULS

    JOSANNE BLANGER-GRAVEL

    DPARTEMENT DE GNIE CHIMIQUE

    COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL

    MMOIRE PRSENT EN VUE DE LOBTENTION

    DU DIPLME DE MATRISE S SCIENCES APPLIQUES

    (GNIE MTALLURGIQUE)

    DCEMBRE 2011

    Josanne Blanger-Gravel, 2011.

  • UNIVERSIT DE MONTRAL

    COLE POLYTECHNIQUE DE MONTRAL

    Ce mmoire intitul:

    ANALYSE TECHNICO-CONOMIQUE DUN SYSTME HYBRIDE OLIEN-

    PHOTOVOLTAQUE EN COMPARAISON AVEC LES SYSTMES PHOTOVOLTAQUE

    ET OLIEN SEULS

    prsent par : BLANGER-GRAVEL Josanne

    en vue de lobtention du diplme de : Matrise s sciences appliques

    a t dment accept par le jury dexamen constitu de :

    Mme DESCHNES Louise, Ph.D., prsidente

    M. SAVADOGO Oumarou, D. dtat, membre et directeur de recherche

    M. MASCLE Christian, Doctorat s Sciences, membre et codirecteur de recherche

    M. DESCHNES Daniel, M.Sc.A., membre

  • iii

    DDICACE

    mes jeunes frres et surs,

    Joe, Alexandra, Marc-Antoine et Jrmy,

    qui sont mon inspiration, ma force.

    Et Raphal,

    mon soutien et ma motivation,

    sans qui ce mmoire naurait jamais abouti.

  • iv

    REMERCIEMENTS

    Tout dabord, un grand merci Professeur Savadogo, mon directeur de recherche, pour son

    humour, sa grande gnrosit et pour sa comprhension et son appui dans mes dmarches tout au

    long de la matrise.

    Merci Professeur Mascle, co-directeur de recherche, pour ses relectures et les discussions

    intressantes.

    Je remercie aussi les autres membres du jury davoir accept linvitation.

    Merci Raphal, pour ton soutien indispensable. Merci davoir mis mon service tes comptences

    en programmation, ce qui ma fait pargner beaucoup de temps.

    Merci mes frres et surs, surtout les plus vieux qui malgr leur jeune ge ont compris

    limportance de ma dmarche et mont encourage, dfendue et soutenue tout au long de mes

    tudes. Merci Joe ! Merci Alexe ! Merci Marco !

    Je remercie les gens du bureau pour leurs encouragements, merci Shant, Franois-Xavier,

    Nima, Michel, Jonathan et Marie. Merci mes collgues, anciens collgues et amis : Ricardo,

    Kelvin, Shirley, Rodrigo, Rmi et Antoine pour avoir pris le temps de prendre des nouvelles

    rgulirement et pour vos encouragements, votre support. Parmi vous, merci tous ceux qui se

    sont proposs pour maider terminer ce mmoire.

    Merci tous ceux que jaurais oubli et qui ont particip la russite de ce mmoire.

  • v

    RSUM

    Vu la grande superficie du territoire qubcois, de nombreuses habitations sont isoles ou une

    distance importante du rseau lectrique, donc les cots de raccordement au rseau sont gonfls

    et souvent, le raccordement est tout simplement impossible. Les systmes autonomes sont donc

    intressants pour alimenter en lectricit les habitants de ces rgions. Lutilisation de gnratrices

    carburant aux nergies fossiles est la solution actuelle. Les systmes seuls, olien ou

    photovoltaque, ncessitent beaucoup daccumulateurs pour pallier lintermittence des

    gisements. Les systmes hybrides autonomes avec des panneaux solaires photovoltaques et des

    oliennes sont donc une solution potentielle limitant lintermittence des ressources. Lanalyse de

    diverses combinaisons de systmes est ralise en situation hors rseau et connecte au rseau.

    Lhypothse principale de ce travail est que si un systme photovoltaque est joint un systme

    olien hors rseau au Qubec, cela permet de diminuer les moments sans apport dnergie, donc

    on diminue les possibilits dintermittence du systme. Ainsi, la quantit daccumulateurs

    ncessaires peut tre diminue. Cette diminution du nombre daccumulateurs et de la taille des

    systmes installs se traduit en conomies pour lensemble du systme. Lobjectif tait de

    comparer des systmes hybrides oliens-photovoltaques avec des systmes photovoltaque ou

    olien seuls pour un site hors rseau au Qubec et par rapport d'autres sites ailleurs dans le

    monde. Par une comparaison, la situation actuelle (disel et connecte au rseau) a aussi t

    tudie. Dans un premier temps, les systmes seuls sont tudis. Lanalyse des diffrentes

    combinaisons de systmes hybrides hors rseau et connecte au rseau est effectue. Loriginalit

    du projet provient dans laddition dun systme photovoltaque un systme olien dans un

    contexte qubcois et hors rseau.

    Globalement, les systmes seuls, oliens ou photovoltaques, sont une option moins viable que

    loption des systmes combins utilisant ces deux nergies. En gnral, pour le cas des systmes

    autonomes, il est conomiquement rentable dajouter des oliennes aux systmes avec gnratrice

    disel. Si les cots des quipements ou du disel voluent, lajout de panneaux solaires ces

    systmes sera justifi. Quand les cots dlectricit auront lgrement augments et que les cots

    de rachat de llectricit par le rseau seront intressants, lajout de panneaux solaires,

    doliennes et de gnratrices disel au systme sera rentable pour le particulier dans le cas de

    systmes connects au rseau.

  • vi

    ABSTRACT

    Given Quebecs vastness, numerous homes are located in remote areas or considerably far away

    from the electric grid. Tying these homes to the grid is often very expensive or even impossible.

    Stand-alone systems are thus prime candidates to provide the energy requirements for the

    inhabitants of isolated locations. Currently, fossil fuel generators are the most widespread

    solutions. Wind- or photovoltaic-only systems require large amounts of batteries to compensate

    for the intermittence of resource availability. Stand-alone hybrid systems that combine both wind

    turbines and photovoltaic solar panels address this issue. Various combinations of both stand-

    alone and grid-connected systems are analysed.

    The premise of this work is that the addition of photovoltaic panels to a stand-alone wind-turbine

    system (in Quebec) will increase the systems robustness to resource intermittence thereby

    reducing the number of required accumulators. This reduction coupled with the resulting

    reduction in overall system size would lead to monetary savings. The objective was to compare

    hybrid wind and photovoltaic systems with wind- and photovoltaic-only systems for a number of

    off-grid sites in Quebec and abroad. The results are compared with the current -- diesel and grid-

    connected situation. This works contribution lies in the study of the coupling of photovoltaic

    systems with wind turbine systems in off-grid Quebec areas.

    Overall, wind- or photovoltaic-only systems are less viable that hybrid systems that use both

    technologies. For stand-alone systems, it is usually cost effective to add wind-turbines to diesel

    generator systems. If equipment or fuel costs were to increase, it would then become cost-

    effective to also add solar panels. When the grid power price will have increased and sellback

    prices become worthwhile, adding solar panels, wind turbines and diesel generators to even grid-

    tied systems will become cost-effective.

  • vii

    TABLE DES MATIRES

    DDICACE................................................................................................................................... III

    REMERCIEMENTS ..................................................................................................................... IV

    RSUM........................................................................................................................................ V

    ABSTRACT ..................................................................................................................................VI

    TABLE DES MATIRES ...........................................................................................................VII

    LISTE DES TABLEAUX.............................................................................................................XI

    LISTE DES FIGURES...............................................................................................................XIV

    LISTE DES SIGLES ET ABRVIATIONS ............................................................................XVII

    LISTE DES ANNEXES.......................................................................................................... XVIII

    INTRODUCTION........................................................................................................................... 1

    CHAPITRE 1 REVUE DE LITTRATURE ............................................................................. 4

    1.1 Les systmes hybrides ......................................................................................................4

    1.2 Situation qubcoise du photovoltaque et des habitations isoles ..................................6

    1.2.1 Habitations en milieu isol...........................................................................................6

    1.2.2 nergie fournie par les diffrentes technologies de panneaux solaires ........................6

    1.3 Dimensionnement.............................................................................................................6

    1.3.1 Systme photovoltaque ...............................................................................................7

    1.3.2 Systme olien..............................................................................................................7

    1.3.3 Systme avec gnratrice au disel ..............................................................................7

    1.3.4 Systmes hybrides ........................................................................................................7

    1.4 Dveloppement durable et analyses de cycle de vie ........................................................8

    1.4.1 ACV des systmes seuls...............................................................................................9

    1.4.2 ACV des diffrentes technologies................................................................................9

  • viii

    1.4.3 ACV des diffrentes sources dnergie ......................................................................11

    1.4.4 Aspects communs entre les diffrentes tudes ...........................................................14

    1.4.5 Conclusions gnrales des ACV ................................................................................15

    1.4.6 Analyse conomique ..................................................................................................16

    1.4.7 Analyse de laspect social ..........................................................................................17

    CHAPITRE 2 PRSENTATION DES LOGICIELS............................................................... 18

    2.1 Survol des diffrents logiciels ........................................................................................18

    2.1.1 Logiciels pour le photovoltaque................................................................................18

    2.1.2 Logiciels pour lolien ...............................................................................................19

    2.1.3 Logiciels pour les nergies renouvelables..................................................................19

    2.2 Paramtres pour le choix des logiciels ...........................................................................19

    2.2.1 Langue........................................................................................................................20

    2.2.2 Accessibilit tous.....................................................................................................20

    2.2.3 Plusieurs technologies disponibles.............................................................................21

    2.2.4 Systmes hors rseau..................................................................................................22

    2.2.5 Simulation de systmes dans plusieurs pays ..............................................................22

    2.2.6 valuation des cots...................................................................................................22

    2.2.7 Optimisation des systmes .........................................................................................22

    2.3 Logiciels choisis .............................................................................................................22

    2.4 Prsentation de HOMER................................................................................................27

    2.4.1 Principales caractristiques ........................................................................................28

    2.4.2 Interfaces ....................................................................................................................29

    2.4.3 Donnes entrer.........................................................................................................33

    2.4.4 Rsultats pouvant tre obtenus ...................................................................................35

  • ix

    2.4.5 Options possibles........................................................................................................37

    2.5 Prsentation de RETScreen ............................................................................................39

    2.5.1 Principales caractristiques ........................................................................................39

    2.5.2 Interfaces ....................................................................................................................41

    2.5.3 Donnes entrer.........................................................................................................43

    2.5.4 Rsultats pouvant tre obtenus ...................................................................................45

    CHAPITRE 3 MTHODOLOGIE........................................................................................... 46

    3.1 Dmarche gnrale du projet..........................................................................................46

    3.2 Stratgie pour ltude des systmes seuls ......................................................................47

    3.3 Stratgie pour ltude des systmes hybrides.................................................................47

    3.4 Mthodologies spcifiques aux simulations...................................................................48

    3.5 Mthodologie pour le systme photovoltaque ..............................................................48

    3.6 Mthodologie pour le systme olien.............................................................................49

    3.7 Mthodologie pour le systme disel .............................................................................49

    3.8 Rsultats analyser ........................................................................................................49

    CHAPITRE 4 PRSENTATION DES DONNES UTILISES ............................................ 50

    4.1 Demande nergtique globale dune rsidence au Qubec ............................................50

    4.1.1 Profil de consommation par mois pour lanne .........................................................50

    4.1.2 Profils journaliers .......................................................................................................51

    4.1.3 Rpartition de la demande nergtique pour le secteur rsidentiel ............................53

    4.2 valuation de la demande nergtique en lectricit pour une rsidence moyenne ......54

    4.2.1 Comparaison des donnes de gisement solaire RETScreen et HOMER ...................55

    CHAPITRE 5 VALIDATION DES SIMULATIONS ET EFFET DU GISEMENT SUR LA

    CONSOMMATION...................................................................................................................... 56

    5.1 Validation des donnes densoleillement de RETScreen et dHOMER ........................56

  • x

    5.2 Validation des simulations avec la consommation totale Saint-Hubert ......................57

    5.2.1 Comparaison des calculs manuels et des simulations pour le dimensionnement ......58

    5.2.2 Comparaison entre Saint-Hubert et un lieu trs ensoleill.........................................61

    5.2.3 Comparaison entre Saint-Hubert et un lieu trs venteux............................................66

    5.2.4 Validation avec les fichiers disponibles dans HOMER ou RETScreen .....................69

    CHAPITRE 6 TUDE COMPARATIVE DES SYSTMES SEULS, HYBRIDES

    AUTONOMES ET HYBRIDES CONNECTES AU RSEAU................................................... 70

    6.1 tudes des systmes seuls avec HOMER et RETScreen ...............................................70

    6.1.1 Systmes seuls avec HOMER ....................................................................................70

    6.1.2 Comparaison des rsultats des systmes seuls de HOMER et RETScreen................72

    6.2 Systmes hybrides ..........................................................................................................76

    6.2.1 Systmes hybrides avec analyses de sensibilit avec consommation totale ..............76

    6.2.2 Comparaison des systmes sans gnratrice avec ceux connects au rseau et

    analyses de sensibilit ............................................................................................................88

    6.2.3 Comparaison des systmes hybrides avec systmes connects au rseau et analyses

    de sensibilit ...........................................................................................................................95

    CHAPITRE 7 RSULTATS GNRAUX DES ANALYSES ET DES SIMULATIONS .... 98

    CONCLUSION ........................................................................................................................... 100

    LISTE DES RFRENCES ....................................................................................................... 103

    ANNEXES .................................................................................................................................. 106

  • xi

    LISTE DES TABLEAUX

    Tableau 2.1 Paramtres pour le choix des logiciels In my backyard ..........................................23

    Tableau 2.2 Paramtres pour le choix des logiciels EnergyPeriscope ........................................24

    Tableau 2.3 Paramtres pour le choix de logiciels Hybrid2 .......................................................25

    Tableau 2.4 Paramtres pour le choix des logiciels HOMER.....................................................26

    Tableau 2.5 Paramtres pour le choix des logiciels RETScreen.................................................27

    Tableau 4.1 Consommation dnergie par utilisation finale en pourcentage entre 1990 et 2007 ..53

    Tableau 5.1 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation totale de 48,88 kWh/j ........................................................................57

    Tableau 5.2 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation sans chauffage de 19,5 kWh/j............................................................57

    Tableau 5.3 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation sans chauffage et avec appareils efficaces de 11,7 kWh/j.................57

    Tableau 5.4 Comparaison des calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-

    Hubert avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme photovoltaque ...59

    Tableau 5.5 Comparaison de calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-Hubert

    avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme olien .............................60

    Tableau 5.6 Comparaison de calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-Hubert

    avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme disel ..............................60

    Tableau 5.7 Moyenne densoleillement pour Saint-Hubert et Djibo .............................................61

    Tableau 5.8 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation moyenne dune rsidence pour le systme photovoltaque ...........................61

    Tableau 5.9 Dtail des cots dopration pour le systme photovoltaque Djibo pour une

    rsidence moyenne .................................................................................................................62

    Tableau 5.10 Dtail des cots dopration pour le systme photovoltaque Saint-Hubert pour

    une rsidence moyenne ..........................................................................................................62

  • xii

    Tableau 5.11 Calculs dexcs dnergie pour Saint-Hubert pour le systme photovoltaque pour

    une rsidence moyenne ..........................................................................................................63

    Tableau 5.12 Calculs dexcs dnergie pour Djibo pour le systme photovoltaque pour une

    rsidence moyenne .................................................................................................................64

    Tableau 5.13 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage dune rsidence pour le systme photovoltaque ..................65

    Tableau 5.14 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage et avec lutilisation dappareils efficaces dune rsidence pour

    le systme photovoltaque ......................................................................................................66

    Tableau 5.15 Moyenne de gisement olien pour Saint-Hubert et Drogden ...................................66

    Tableau 5.16 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation moyenne dune rsidence pour le systme olien..........................................67

    Tableau 5.17 Dtail des cots dopration pour le systme olien Drogden pour une rsidence

    moyenne .................................................................................................................................67

    Tableau 5.18 Dtail des cots dopration pour le systme olien Drogden pour une rsidence

    moyenne .................................................................................................................................67

    Tableau 5.19 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage dune rsidence pour le systme olien.................................68

    Tableau 5.20 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage et avec lutilisation dappareils efficaces dune rsidence pour

    le systme olien ....................................................................................................................69

    Tableau 6.1 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 48,88kWh/j......................................................................................70

    Tableau 6.2 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 19,5kWh/j........................................................................................71

    Tableau 6.3 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 11,7kWh/j........................................................................................71

  • xiii

    Tableau 6.4 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    batteries ..................................................................................................................................77

    Tableau 6.5 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    oliennes.................................................................................................................................78

    Tableau 6.6 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    panneaux.................................................................................................................................79

    Tableau 6.7 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot du

    disel.......................................................................................................................................81

    Tableau 6.8 Analyse graphique du cot des panneaux en fonction du cot du disel selon

    lvolution du cot des oliennes en conservant le cot des batteries fixe ............................83

    Tableau 6.9 Analyse graphique du cot des panneaux en fonction du cot du disel selon

    lvolution du cot des batteries en conservant le cot des oliennes fixe ............................84

  • xiv

    LISTE DES FIGURES

    Figure 1.1 Schma typique du dveloppement durable ...................................................................8

    Figure 2.1 Modle conceptuel de HOMER....................................................................................28

    Figure 2.2 Interface HOMER Fichier vierge ..............................................................................30

    Figure 2.3 Interface HOMER quipements ajouter .................................................................31

    Figure 2.4 Interface HOMER quipements slectionns ...........................................................31

    Figure 2.5 Interface HOMER Ressources...................................................................................32

    Figure 2.6 Interface HOMER Fichier complt..........................................................................32

    Figure 2.7 Interface HOMER Rsultats des calculs....................................................................33

    Figure 2.8 Donnes fournir..........................................................................................................34

    Figure 2.9 Rsultats obtenus aprs simulation ...............................................................................35

    Figure 2.10 Rsum des rsultats ...................................................................................................36

    Figure 2.11 Fentre des rsultats dtaills .....................................................................................37

    Figure 2.12 Donnes pour les analyses de sensibilit ....................................................................38

    Figure 2.13 Fentre des valeurs entrer pour les analyses de sensibilit ......................................39

    Figure 2.14 Interface RETScreen...................................................................................................42

    Figure 2.15 Interface RETScreen Onglet dmarrer ..............................................................43

    Figure 4.1 Profils de consommation pour lanne, identifis par mois..........................................50

    Figure 4.2 Consommation journalire moyenne par mois .............................................................51

    Figure 4.3 Profils journaliers Janvier avril ...............................................................................52

    Figure 4.4 Profils journaliers Mai septembre ...........................................................................52

    Figure 4.5 Profils journaliers Octobre dcembre .....................................................................53

    Figure 6.1 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme

    photovoltaque seul Saint-Hubert ........................................................................................73

  • xv

    Figure 6.2 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme olien

    seul Saint-Hubert .................................................................................................................74

    Figure 6.3 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme disel

    seul Saint-Hubert .................................................................................................................75

    Figure 6.4 Analyse des systmes hors rseau pour la consommation dune maison moyenne avec

    les cots valus initialement .................................................................................................76

    Figure 6.5 Analyse graphique du cot des oliennes en fonction du cot du disel en conservant

    le cot des panneaux et des batteries fixe ..............................................................................85

    Figure 6.6 Analyse graphique du cot des batteries en fonction du cot du disel en conservant le

    cot des panneaux et des oliennes fixe .................................................................................86

    Figure 6.7 Analyse graphique du cot des oliennes en fonction du cot du disel en conservant

    le cot batteries fixe avec le cot des panneaux 50 % ........................................................87

    Figure 6.8 Analyse graphique du cot des batteries en fonction du cot du disel en conservant le

    cot oliennes fixe avec le cot des panneaux 50 %...........................................................87

    Figure 6.9 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes photovoltaques connects rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement ..........................88

    Figure 6.10 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes photovoltaques connects rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement .............89

    Figure 6.11 Rsultats tabuls de lanalyse du systme photovoltaque seul optimal connect au

    rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement ..89

    Figure 6.12 Rsultats graphiques de lanalyse du systme photovoltaque seul optimal connect

    au rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    ................................................................................................................................................90

    Figure 6.13 Analyse de la distance du rseau pour le seuil de rentabilit du systme

    photovoltaque en comparaison avec le systme connect au rseau ....................................91

    Figure 6.14 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes oliens connects rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement..........................92

  • xvi

    Figure 6.15 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes oliens connects au rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement..........................92

    Figure 6.16 Rsultats tabuls de lanalyse du systme olien seul optimal connect au rseau pour

    la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement ......................93

    Figure 6.17 Rsultats graphiques de lanalyse du systme olien seul optimal connect au rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement .............94

    Figure 6.18 Analyse de la distance du rseau pour le seuil de rentabilit du systme olien en

    comparaison avec le systme connect au rseau ..................................................................94

    Figure 6.19 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes, sans gnratrice disel, connects rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement .............95

    Figure 6.20 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes, sans gnratrice disel, connects

    rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement ..96

    Figure 6.21 Analyse des systmes connects rseau pour la consommation dune maison

    moyenne avec les cots valus initialement .........................................................................96

    Figure 6.22 Analyse de sensibilit sur le cot de rachat de llectricit et le prix de llectricit

    pour des systmes connects rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les

    cots valus initialement ......................................................................................................97

  • xvii

    LISTE DES SIGLES ET ABRVIATIONS

    ACV Analyse du cycle de vie

    CO2 Dioxyde de carbone

    COE Cost of Energy (cot de revient de lnergie)

    NPC Net Present Cost (cot la prsente valeur actuelle)

    NREL National Renewable Energy Laboratory

    PV Photovoltaque

    RNCREQ Regroupement national des conseils rgionaux de lenvironnement

  • xviii

    LISTE DES ANNEXES

    ANNEXE 1 Prsentation de HOMER ..............................................................................106

    ANNEXE 2 Mthodologie pour le photovoltaque avec Homer ......................................122

    ANNEXE 3 Mthodologie pour lolien avec Homer ......................................................139

    ANNEXE 4 Mthodologie pour le disel avec Homer .....................................................155

    ANNEXE 5 Donnes entres pour le photovoltaque .......................................................165

    ANNEXE 6 Donnes entres pour lolien.......................................................................179

    ANNEXE 7 Donnes entres pour le disel......................................................................192

  • 1

    INTRODUCTION

    Au Qubec, bon nombre dhabitations se situent en territoire isol ou une distance significative

    du rseau lectrique. Les cots de raccordement au rseau sont importants et parfois, le

    raccordement est tout simplement impossible. Cest pourquoi les systmes autonomes sont

    intressants pour rpondre aux besoins nergtiques des habitants de ces rgions. Lutilisation de

    gnratrices carburant aux nergies fossiles reprsente la situation gnrale actuelle malgr

    quelques avances qui ont t faites en utilisant des systmes hybrides avec une gnratrice disel

    et des oliennes, il nest reste pas moins que les systmes utilisent beaucoup de carburant fossile.

    Les systmes seuls, olien ou photovoltaque, ncessitent beaucoup daccumulateurs pour pallier

    lintermittence des gisements. Les systmes hybrides autonomes avec des panneaux solaires

    photovoltaques et des oliennes sannoncent donc comme une solution limitant lintermittence

    des ressources. Diffrentes combinaisons de systmes sont analyses dans ce mmoire la fois en

    situation hors rseau et connecte au rseau. Dans cette introduction sont exposs lhypothse

    principale et sa vrification, les questions de recherche, les objectifs gnraux et spcifiques,

    loriginalit du projet et le contenu du mmoire.

    Hypothse principale. Je suppose que lajout dun systme photovoltaque un systme olien

    hors rseau au Qubec permet de diminuer lintermittence du systme et donc, de diminuer la

    quantit daccumulateurs ncessaires la fiabilit du systme ou de rduire la dimension des

    systmes olien et photovoltaque installs. Cette diminution du nombre daccumulateurs et de la

    taille des systmes installs permet de raliser des conomies qui justifieraient le surcot

    engendr par lajout du systme photovoltaque au systme olien.

    Vrification de lhypothse principale. Ainsi, lhypothse sera rfute si lajout dun systme

    photovoltaque un systme olien ne permet pas de raliser des conomies sur le systme

    install.

    Questions de recherche. Voici les deux questions de recherche principales et une question

    secondaire :

    Est-ce quen rgion isole au Qubec, les systmes hybrides oliens-photovoltaques sont

    conomiquement et techniquement viables en comparaison avec les systmes

    photovoltaque et olien seuls?

  • 2

    Est-ce ce que ces mmes systmes sont viables en comparaison avec la situation actuelle

    gnratrice diesel ou le rseau ?

    Quels logiciels sont reconnus et facilement accessibles (cot, facilit dutilisation, champ

    dapplication) pour raliser de telles tudes ?

    Objectifs gnraux. Comparer des systmes hybrides oliens-photovoltaques avec des systmes

    photovoltaque ou olien seuls pour certains sites hors rseau au Qubec et par rapport d'autres

    sites ailleurs dans le monde. La comparaison avec la situation actuelle sera aussi effectue (diesel

    et rseau). Pour ce faire, dans un premier temps, les systmes seuls sont tudis. Par la suite,

    diffrentes combinaisons de systmes hybrides hors rseau sont analyses. Finalement, les

    diffrentes combinaisons de systmes sont tudies avec la situation connecte au rseau.

    Tches spcifiques. Les tches spcifiques du projet sont les suivantes :

    1. Identifier au moins deux logiciels ncessaires pour la ralisation du projet,

    2. Slectionner les sites pour ltude (un au Qubec, un avec gisement solaire lev et un

    avec gisement olien lev),

    3. Dfinir et modliser les diffrentes composantes des systmes comparer,

    4. Effectuer la comparaison en tenant compte du ct technique et conomique,

    5. Faire une analyse comparative entre les donnes fournies par les deux logiciels.

    Originalit du projet. Loriginalit du projet rside dans lajout dun systme photovoltaque

    un systme olien dans un contexte qubcois et hors rseau. De plus, des mthodologies pour le

    dimensionnement des systmes sont dfinies pour chacun des systmes seuls avec le logiciel

    principal utilis. Des exemples de calculs sont aussi fournis.

    Contenu du mmoire. Tout dabord, une revue de littrature est prsente; elle comprend une

    brve discussion sur lavantage des systmes hybrides, un tat de la situation au Qubec pour les

    habitations hors rseau et sur les technologies solaires, elle traite du manque de littrature sur le

    dimensionnement pratique des quipements des diffrents systmes et finalement, elle intgre

    une courte tude mettant en relation les systmes tudis et le dveloppement durable ainsi

    quune prsentation de diffrentes analyses du cycle de vie environnementales ralises au cours

    des dernires annes. Viennent ensuite les chapitres prsentant les logiciels, les mthodologies

  • 3

    pour le dimensionnement et les donnes utilises pour ltude. Le cur du travail est expos dans

    les sections traitant de la validation, de lanalyse et de la discussion des rsultats dans les

    chapitres : validation des simulations et effet du gisement sur la consommation, tude

    comparative des systmes seuls, hybrides autonomes et hybrides connects au rseau et rsultats

    gnraux des analyses et des simulations. Finalement, la conclusion fait un retour sur les

    hypothses, les objectifs et les questions de recherche.

  • 4

    CHAPITRE 1 REVUE DE LITTRATURE

    La revue de littrature est spare en trois chapitres : revue de littrature, prsentation des

    logiciels et prsentation des donnes. Dans cette section, il est question de la revue de littrature

    gnrale sur les systmes dnergies renouvelables hors rseau souvent coupls avec des

    gnratrices disel. Lavantage de lutilisation des systmes hybrides est discut et la situation

    particulire du Qubec est dfinie. Le manque de littrature pour le dimensionnement est aussi

    discut et finalement, une analyse rapide des systmes est faite selon le dveloppement durable et

    lanalyse du cycle de vie. Bien que dans cette tude, il ne sera trait que des aspects techniques

    (dimensionnement) et conomiques, jai cru bon de faire une brve recherche sur lensemble des

    aspects conomique, social et environnemental, les deux derniers ntant pas traits dans ce

    rapport tant donn que lanalyse de chacun de ces aspects est une tude complte en soit et

    ncessite des connaissances et comptences spcifiques leur domaine pour tre ralise.

    1.1 Les systmes hybrides

    Lnergie solaire et lnergie olienne sont des ressources intermittentes (Deshmukh &

    Deshmukh, 2008). Pour crer un systme hors rseau fiable, ces systmes oliens ou

    photovoltaques ncessitent une grande quantit daccumulateurs (batteries) trs coteux (Ai,

    Yang, Shen, & Liao, 2003) et qui doivent gnralement tre remplacs avant la fin de vie des

    installations. Linstallation des systmes oliens seuls ou photovoltaques seuls engendre souvent

    un surdimensionnement des oliennes ou de la surface photovoltaque ncessaires (Tina,

    Gagliano, & Raiti, 2006) et ceci occasionne souvent des surcots inutiles.

    De plus gnralement, une installation photovoltaque seule nest pas rentable au Qubec vu les

    conditions densoleillement et les conditions climatiques. Ces conditions dpendent grandement

    de la localisation du site choisi. Cependant, les performances nergtiques des panneaux

    dpendent grandement des technologies utilises. Certaines technologies sont sensibles la

    lumire diffuse - cellules au silicium amorphe, cellules de Grtzel (dye sensitized cells)

    contrairement aux technologies cristallines qui sont trs sensibles langle dincidence des

    rayons lumineux. Les technologies sensibles la lumire diffuse offrent plus dnergie par watt-

    crte (unit de rfrence normalis pour les panneaux solaires) sans ncessiter un systme actif

    dorientation des panneaux. Ces panneaux offrent une bonne alternative aux pays nordiques.

  • 5

    De nombreux pays nordiques dont lAllemagne et le Japon utilisent lnergie photovoltaque pour

    rpondre certains de leurs besoins en nergie et sont mme des leaders dans le domaine. Bien

    que lhiver lapport en nergie soit rduit, lt offre beaucoup dnergie vu les longues journes

    densoleillement (Ross & Royer, 1999). Il est donc intressant de coupler cette source dnergie

    avec lnergie olienne qui offre un apport important en hiver puisque statistiquement lhiver les

    vents sont plus importants. Donc, selon le site, la combinaison de deux sources dnergies

    intermittentes, notamment la combinaison du solaire photovoltaque et de lolien qui sont des

    nergies complmentaires (Ekren & Ekren, 2008), permet de rduire la priode qui est sans

    apport dnergie (Celik, 2002) et cette combinaison permet ainsi de rduire la quantit

    daccumulateurs ncessaire au systme. Si les rendements du systme hybride hors rseau sont

    bons, le surcot occasionn par lajout dun systme photovoltaque un systme olien peut tre

    compens par les conomies ralises suite la rduction du nombre daccumulateurs ncessaires

    ou suite la rduction du nombre doliennes ou de panneaux solaires ncessaires.

    De plus, les systmes autonomes peuvent tre justifis lors de cots levs de raccordement au

    rseau lectrique ou lorsque les cots dentretien du rseau seraient trop importants ou encore

    lorsque le raccordement est tout simplement impossible ou non souhait. Les systmes hybrides

    offrent une alternative verte aux gnratrices qui salimentent au diesel pour rpondre aux

    diffrents besoins des rgions loignes (Funabashi, Senjyu, Hayashi, Yona, & Urasaki, 2007).

    Selon les articles crits ces dernires annes, on remarque que les projets sur les systmes

    hybrides photovoltaque et olien hors rseau augmentent de faon notoire. Plusieurs dentre eux

    ont lieu en Afrique - Algrie (Himri, Boudghene Stambouli, Draoui, & Himri, 2008) ou en Asie -

    Chine (Hongxing, Wei, & Chengzhi, 2008), en Australie (Dalton, Lockington, & Baldock, 2008)

    et en Europe - Grce (Kaldellis, Kavadias, & Koronakis, 2007).

    Aussi, de nombreux logiciels ont t dvelopps (Ai et al., 2003) afin de modliser et de

    dimensionner les systmes dnergies renouvelables. Il existe cependant trs peu dtudes qui

    portent sur des systmes hybrides hors rseau en Amrique du Nord et encore moins pour le

    Qubec.

  • 6

    1.2 Situation qubcoise du photovoltaque et des habitations isoles

    1.2.1 Habitations en milieu isol

    Le territoire qubcois est immense de nombreux endroits ne sont pas couverts par le rseau

    lectrique dHydro-Qubec. On estime 40 000 habitations ou units dhbergement en milieu

    isol (RNCREQ, 2009) pour lesquels lapprovisionnement en lectricit se fait avec des

    gnratrices partir dnergies fossiles soit propane, disel ou mazout. Lutilisation de ces

    carburants a de nombreux dsavantages, leur prix ne cesse de saccrotre tant donn que la

    ressource est porte disparatre et les cots de transport et dentretien sont levs. Ces

    carburants sont aussi une source de gaz effet de serre, en plus de prsenter des risques pour la

    scurit, la sant publique ou pour les cosystmes surtout lors de la manutention et du transport,

    mais aussi pendant leur utilisation (fuite de gaz, ventilation inadquate, etc.).

    1.2.2 nergie fournie par les diffrentes technologies de panneaux solaires

    Une tude faite par CanmetEnergy (Poissant) Varennes apporte des conclusions intressantes

    sur les diffrents types de panneaux solaires photovoltaques utiliss et lnergie fournie par watt-

    crte (Wc) install de ces panneaux. Les panneaux tudis sont : un au silicium cristallin de BP

    Solar, un au silicium cristallin de Sunpower, une triple-jonction de silicium amorphe de Unisolar

    et une htrojonction de silicium de Sanyo. Sur une anne complte, ils offrent pratiquement la

    mme quantit dnergie en Wh/Wc, ils fournissent respectivement : 1542 Wh/Wc, 1541 Wh/Wc,

    1570 Wh/Wc et 1549 Wh/Wc. Seul le silicium amorphe offre un peu plus dnergie que les autres

    puisquil est sensible au rayonnement diffus.

    1.3 Dimensionnement

    Il est difficile de trouver dans la littrature comment dimensionner les diffrents appareils pour

    les systmes autonomes avec une approche pratique. La plupart des ouvrages portent sur la

    thorie de base des technologies, mais rarement sur le dimensionnement prcis des quipements

    de base (panneaux solaires, oliennes ou gnratrices) et encore moins des appareils accessoires

    (banque de batteries, onduleurs, rgulateurs). Les articles quant eux ne fournissement pas ces

    informations, mais plutt des informations trs spcifiques sur ltude ralise. Peu de rsultats

    concrets sont prsents puisque les informations fournies par les rfrences ne sont pas

  • 7

    suffisantes afin bien mettre ces tudes en contexte et en faire une comparaison valide avec la

    prsente tude.

    1.3.1 Systme photovoltaque

    Pour le systme solaire photovoltaque, un ouvrage incontournable est nergie solaire

    photovoltaque dAnne Labouret (Labouret & Villoz, 2005). Les informations pour le

    dimensionnement sont prcises et sont indiques pour tous les quipements et appareils du

    systme et des exemples sont fournis ce qui aide grandement la comprhension. Les autres

    ouvrages portent beaucoup sur la base thorique des panneaux et leur constitution (Bernard,

    2004). Un dernier livre intressant est le livre canadien Photovoltaics in Cold Climates (Ross &

    Royer, 1999) qui prsente des cas rels dutilisation en pays nordiques.

    1.3.2 Systme olien

    La littrature pour les systmes oliens est surtout oriente vers les oliennes de grandes

    puissances et les systmes connects au rseau (Rapin & Nol, 2010) (Fox, 2009) (Dubois,

    2009). Elle est aussi trs thorique et porte souvent sur le dimensionnement des ples ou de

    lolienne elle-mme dfaut de prsenter comment dimensionner partir dquipements dj

    existants et avec divers types et formats de donnes de gisement olien (Mathew, 2006), (Le

    Gourirs, 1980), (Cunty, 2001), (Manwell, McGowan, & Rogers, 2009).

    1.3.3 Systme avec gnratrice au disel

    La littrature pour les systmes disel au niveau du dimensionnement est dficiente.

    Heureusement que les diffrents manufacturiers de gnratrice au disel ont des pistes de

    dimensionnement sur leurs sites internet. Encore une fois, les ouvrages traitent plutt de la

    conception des appareils au lieu du dimensionnement pour une application particulire.

    1.3.4 Systmes hybrides

    Au niveau des systmes hybrides, les ouvrages sont encore plus rares. tant donn que peu existe

    pour les systmes seuls, il est donc normal de trouver que la littrature pour les systmes hybrides

    est encore plus mince. Le problme est le mme que pour les systmes seuls, le dimensionnement

    pratique nest pas discut dans les ouvrages (Patel, 2006).

  • 8

    1.4 Dveloppement durable et analyses de cycle de vie

    La prise de conscience de notre dveloppement incontrl est de plus en plus forte. LHomme

    devient sensible son environnement physique et humain. Dornavant, le dveloppement se doit

    dtre responsable : la faisabilit technique et conomique ne suffit plus justifier les dcisions.

    Une vision plus globale se dveloppe est sintgre aux dcisions des gouvernements, des

    industriels et des consommateurs.

    Pour tre durable, le dveloppement se doit denglober les aspects conomiques,

    environnementaux et sociaux, mais plus important encore est leur interaction ; ils doivent tre

    intgrs simultanment. Le dveloppement durable est la fois viable, vivable et quitable

    comme le suggre la reprsentation, trs frquente (Cabral, 2007) (Jacquet & Tubiana, 2006), qui

    est faite du dveloppement durable la Figure 1.1.

    La viabilit du dveloppement regroupe les aspects environnementaux et conomiques alors que

    la qualit dtre vivable intgre les concepts denvironnement et de socit et finalement, le fait

    dtre quitable respecte lconomie et la socit.

    La difficult du dveloppement durable est de trouver lharmonie entre ces trois ples, tous les

    aspects sont dgale importance, alors la solution idale est difficilement atteignable.

    Figure 1.1 Schma typique du dveloppement durable

  • 9

    Certains dcrivent laspect social comme lobjectif atteindre (Cabral, 2007), lenvironnement

    comme une contrainte due aux ressources limites de notre plante et lconomie comme le

    moyen datteindre les objectifs.

    1.4.1 ACV des systmes seuls

    Les analyses sur un seul systme, comme lanalyse du cycle de vie dune installation olienne

    dtermine, prsentent de nombreux avantages (Vestas Wind Systems A/S, 2006). Elles

    permettent de connatre les points faibles sur tout le cycle de vie. Ces points faibles peuvent tre

    autant les tapes qui ont le plus dimpact pour une phase donne ou les phases qui ont le plus

    dimpact sur tout le cycle de vie. En connaissant ces points faibles, il est facile de cerner les

    phases ou les tapes qui ont le plus besoin damlioration et dainsi amliorer le produit ou le

    service efficacement en mettant les efforts l o cest ncessaire et payant. Par exemple, pour les

    oliennes, la phase de production est trs importante au niveau de tous les indicateurs

    environnementaux, il faut donc travailler amliorer en priorit cet aspect. loppos, la phase

    dopration est ngligeable pour tous les indicateurs, alors il nest pas criant dapporter des

    changements cette phase. Suivant la mme logique, il est inutile de faire des recherches pour

    amliorer la phase dutilisation pour les systmes photovoltaques puisque leurs missions sont

    pratiquement nulles, mais la phase de production ncessite normment de travail puisquelle est

    trs coteuse en nergie et qui, la plupart du temps, nest pas dorigines renouvelables.

    1.4.2 ACV des diffrentes technologies

    Les analyses peuvent aussi servir pour comparer les diffrentes technologies offertes, par

    exemple pour llaboration dun systme photovoltaque, on peut choisir diffrentes technologies

    de panneaux solaires : panneaux utilisant des cellules de silicium amorphe ou de silicium

    cristallin ou encore utilisant les cellules couches minces.

    La production du silicium polycristallin est un exemple de processus trs nergivore et mrite

    dtre amlior. On utilise du silicium cristallin rcupr de la production de silicium pour

    llectronique ou issu des mmes procds, cependant la puret de ce silicium est inutilement

    leve pour lapplication photovoltaque. De plus en plus, la demande face aux panneaux solaires

    justifie la production de silicium spcifique pour lapplication photovoltaque et de nombreux

    fabricants ont dvelopp un silicium pour le domaine solaire qui a de plus gros grains et qui est

  • 10

    souvent nomm multicristallin afin dtre diffrenci du silicium polycristallin grains fins

    connus dans llectronique.

    De plus, pour obtenir le mme matriau, il est possible dutiliser des techniques de fabrication

    diffrentes. Pour faire un choix clair sur ces technologies, il convient de les comparer dans des

    analyses de cycle de vie. Ces analyses permettent dobtenir du financement pour la recherche

    pour les technologies qui offrent les meilleurs rsultats et permettent aussi de prendre des

    dcisions autant en industrie quau niveau politique pour favoriser lune ou lautre des

    technologies.

    Des tudes ont t ralises sur les diffrentes technologies de panneaux solaires. Certaines

    portaient principalement sur le recyclage et la disposition des modules la fin de leur vie utile

    (Shibasaki, Warburg, & Eyerer, 2005; Urashima, Izumina, Arita, & Matsumoto, 2003) et dautres

    sur lanalyse de cycle de vie en utilisant les nouvelles informations introduites sur les nergies

    photovoltaques dans la banque de donnes Ecoinvent (Jungbluth, 2005; Jungbluth, Dones, &

    Frischknecht, 2008). Cette dernire tude est bien intressante, mais elle prsente des lacunes qui,

    selon moi, sont trs importantes. Tout dabord, les panneaux solaires sont trs bien dfinis et

    modliss pour ltude et ce, mme au niveau des attaches et des structures ncessaires aux

    panneaux, cependant les modules ne forment pas eux seuls le systme. Il doit y avoir aussi un

    convertisseur, un contrleur et une banque de batteries. Le convertisseur est en partie modlis

    dans ltude, mais pas compltement alors que le contrleur et les batteries sont totalement

    absents. premire vue, le contrleur et le convertisseur nont probablement pas un impact trs

    significatif, mais les batteries, elles ne sont pas ngligeables. Les batteries les plus communes

    sont gnralement au plomb. Si leur utilisation est peut-tre sans danger ou sans impact

    important, leur disposition la fin de leur vie utile reprsente un impact rel. De plus, cette tude

    utilise un score unique issu de lanalyse de cycle de vie aux fins de comparaison. Lors de

    lanalyse de limpact, on obtient des rsultats par catgories dimpact et on peut obtenir par la

    suite, des rsultats par catgories de dommages. Lobtention des rsultats par catgorie de

    dommages est faite partir de modles mathmatiques de caractrisation et des mcanismes

    environnementaux. Ce sont des corrlations mathmatiques et scientifiques qui conduisent ces

    rsultats. Le score unique est obtenu par une normalisation, un groupement et une pondration

    des rsultats par catgories de dommages. Le groupement et la pondration sont faits en utilisant

    des jugements de valeur (par exemple, la sant humaine serait plus importante que les

  • 11

    changements climatiques), donc ce nest plus une dmarche scientifique et reproductible mon

    avis. Selon moi, le score unique nest pas ncessaire la comparaison et peut mme insrer un

    biais dans ltude.

    1.4.3 ACV des diffrentes sources dnergie

    La comparaison de systmes utilisant diffrentes sources dnergie est de plus en plus utilise au

    niveau national pour connatre quel type dnergie est le plus intressant au niveau

    environnemental pour un pays ou pour une rgion donne. Les besoins en nergie sont croissants

    et les problmes environnementaux ne cessent aussi de saccrotre, il est donc important de

    trouver des sources dnergies renouvelables ou qui causent le moins de dommages

    lenvironnement. Ces analyses sont trs importantes puisquelles ont des rpercussions grande

    chelle. Il est aussi trs important de trouver des solutions adaptes la ralit de la rgion. Les

    solutions ne sont pas absolues et interchangeables, elles dpendent de nombreux paramtres

    propres la rgion. Ces paramtres sont varis; ce peut tre la disponibilit des ressources autant

    que lacceptation sociale de la technologie. Par exemple, au Qubec, les centrales nuclaires et

    les centrales thermiques au gaz naturel sont trs mal perues par le public alors quil est demble

    plus favorable aux technologies comme les panneaux solaires et les oliennes. Ces dernires

    technologies sont mme encourages par les gouvernements, par exemple la filire de lolien est

    favorise au Qubec pour complmenter lhydrolectricit.

    1.4.3.1 Analyse faite pour les nergies renouvelables entre elles et les nergies fossiles

    La plupart des pays utilisent des nergies fossiles pour combler leurs besoins en nergie, le

    Qubec et le Canada sont des exceptions notables vu leur trs grande proportion dutilisation

    dnergies renouvelables notamment de lhydrolectricit (Qubec 97 % (Hydro-Qubec) et

    Canada 59 % (Ressources naturelles Canada, 2006)). Depuis la prise de conscience des divers

    problmes environnementaux et de la prise de conscience de la diminution des rserves

    dnergies fossiles, les pays tendent augmenter la proportion des nergies renouvelables pour la

    production dlectricit. Par exemple, la Pologne stait donn des objectifs pour atteindre

    certaines proportions dnergies renouvelables pour leur rseau comme 2,5 % en 2002 (objectif

    russi) et de 7,5 % et 14 % pour lanne 2010 et 2020 respectivement (Goralczyk, 2003). Ces

    objectifs ont donn lieu des nouvelles politiques et lgislations gouvernementales. Pour ce faire,

  • 12

    des analyses de cycle de vie sur les diffrentes options ont t ralises. Afin de choisir les

    nergies les mieux adaptes pour le pays, des tudes environnementales et conomiques

    permettent de trouver les solutions optimales, donc les solutions qui ont de bonnes

    performances : elles sont techniquement viables, elles cotent moins cher et offrent de bons

    rsultats environnementaux.

    1.4.3.2 Analyse faite avec les systmes connects au rseau

    La plupart des analyses de cycle de vie ralises ont t faites pour des systmes connects au

    rseau. Parmi elles, une tude japonaise relate quau niveau des missions de gaz effet de serre

    values sur tout le cycle de vie, toutes les nergies renouvelables offrent une meilleure

    performance, de plusieurs ordres de grandeur, que les nergies fossiles (Hondo, 2005). Seule

    lnergie nuclaire parmi les nergies non renouvelables est en mesure doffrir une performance

    similaire aux nergies renouvelables. Le pouvoir calorifique de ce combustible est norme. De

    relativement petites quantits donnent normment dnergie. Mme si les dchets sont

    dangereux, ils sont matriss, donc on les entrepose simplement dans un milieu scuritaire. Alors

    mme sils sont hautement toxiques pour lHomme, vu quil ny a pas dexposition lHomme

    ou la nature, le nuclaire est trs propre du point de vue de lACV. De la mme faon, mme si

    les panneaux solaires contiennent des matriaux toxiques, sils sont simplement enfouis sous

    forme de panneaux, on considre quils ont un impact minime sur lenvironnement puisque les

    produits toxiques ninteragissent pas avec la nature. De plus, le danger potentiel de lutilisation

    de la centrale nuclaire nest pas tenu en compte de la mme faon que les dangers dexplosion

    du diesel ne sont pas grs lors de lutilisation des gnratrices dans lACV. Dans le contexte

    japonais, lhydrolectricit offre la meilleure performance, ensuite la gothermie et lnergie

    olienne suivent et finalement, lnergie photovoltaque offre la pire performance des nergies

    renouvelables. Selon cette tude, elle est mme pire que lnergie nuclaire pour ce qui est des

    gaz effet de serre. Cependant, les technologies photovoltaques font preuve de grands progrs.

    Dans le contexte qubcois prsent, le rseau est dj aliment majoritairement par une nergie

    renouvelable soit lhydrolectricit. Lhydrolectricit est la meilleure solution parmi les nergies

    renouvelables si lon tient compte des missions de gaz effet de serre (Hondo, 2005). Les autres

    types dnergies renouvelables, comme lolien par exemple, ne sont que des systmes

    complmentaires au rseau. Pour linstant, il serait donc absurde de vouloir augmenter la

  • 13

    proportion des autres nergies renouvelables dlivres au rseau puisque le Qubec dtient dj

    une solution trs performante. Seules laugmentation de la demande nergtique et lutilisation de

    tout le potentiel hydrolectrique pourront ventuellement justifier lajout de nouveaux systmes

    utilisant dautres nergies. En bref, si les systmes photovoltaques, oliens et hybrides ne sont

    pas pour les rseaux, ils pourront cependant amliorer la situation des systmes hors rseau qui

    utilisent principalement des gnratrices diesel.

    Il y a une diffrence notable entre la situation des systmes connects au rseau et celle des

    systmes hors rseau : la banque de batteries. Pour une situation connecte au rseau,

    lintermittence de la source dnergie olienne ou photovoltaque est absorbe par le rseau. Le

    rseau, normalement constitu de plusieurs sources distinctes dnergie, utilisera simplement plus

    dune autre source en cas darrt dapprovisionnement de lune dentre elles. Par contre, pour un

    systme hors rseau, il ny a que lnergie dune source si cest un systme simple (olien ou

    photovoltaque) et de deux sources pour les systmes hybrides (olien et photovoltaque). Vu

    lintermittence de ces sources, il est ncessaire davoir des accumulateurs plus simplement

    appels dans ce cas-ci, des banques de batteries. Elles permettent demmagasiner lnergie

    excdentaire pour la rutiliser lors dinterruption dapprovisionnement en nergie. Pour un

    systme simple, leur nombre est important et cest pourquoi plusieurs proposent les systmes

    hybrides qui diminuent les chances ou les moments dinterruption dnergie et qui permettent

    ainsi dutiliser moins de batteries. Les batteries sont le point faible des systmes hors rseau, elles

    ont une dure de vie plus courte que le systme et elles sont trs sensibles des tempratures trs

    leves et trs basses, ce qui tend diminuer de faon encore plus importante leur dure de vie.

    1.4.3.3 Analyse des gros systmes

    En plus, quil existe une diffrence entre la situation hors rseau et la situation connecte au

    rseau, il existe aussi une diffrence entre les petits systmes et les gros systmes. Plusieurs petits

    systmes de quelques dizaines de kilowatts peuvent tre quivalents en apport dnergie un gros

    systme de centaines de mgawatts, mais au niveau environnemental, les nombreux petits

    systmes risquent dtre plus dommageables. Chacun des petits ncessite sont propre petit rseau

    donc contrleur, convertisseur et banque de batteries. Le gros systme utilise simplement plus

    efficacement tous ses lments alors que les petits systmes nutilisent pas ses lments leur

  • 14

    pleine capacit. Il est parfois impossible de faire un rseau important en milieu isol vu les

    distances couvrir pour relier les gens ou les divers besoins.

    Une tude rcente faite en 2006 compare diffrentes technologies pour de trs gros systmes (Ito,

    Kato, Komoto, Kichimi, & Kurokawa, 2008). Les conclusions sont intressantes et trs bien

    formules cependant elles tudient seulement le cot, lnergie utilise et les missions de CO2mises sur tout le cycle de vie comme paramtres de comparaison. Il est cependant difficile dire

    si ltude portait sur la situation hors rseau ou connecte au rseau et quels lments avaient t

    modliss. Cette tude semble simplement tenir compte des modules ncessaires pour rpondre

    aux besoins sans tenir compte du systme complet. De plus, les conclusions pour un gros systme

    ne peuvent pas sappliquer pour un petit systme puisquils nutilisent pas exactement les mmes

    technologies pour leurs composantes puisque les capacits diffrent.

    1.4.4 Aspects communs entre les diffrentes tudes

    1.4.4.1 volutions des technologies

    tant donn le progrs rapide des technologies photovoltaques dans les dernires annes, de

    nombreuses tudes dnoncent les rsultats danciennes tudes faites avec des donnes qui sont

    maintenant dpasses (Jungbluth et al., 2008). Dans ces tudes, lnergie photovoltaque noffrait

    pas daussi bons rendements quaujourdhui. De nouvelles informations sont maintenant

    disponibles dans les banques de donnes (Jungbluth, 2005; Jungbluth et al., 2008) . De plus, de

    nombreux projets sont en cours ou ont eu cours comme le projet SENSE, Sustainability

    Evaluation of Solar Energy Systems (Shibasaki et al., 2005), pour amliorer les banques de

    donnes et trouver les informations utiles manquantes. Ces projets ont donn lieu des

    collaborations entre groupes de divers milieux : industriels, instituts et coles scientifiques et des

    consultants. Fthenakis (Fthenakis, Alsema, & De Wild-Scholten, 2005) a mme recens les

    donnes qui taient juges ncessaires et manquantes.

    1.4.4.2 Cots des dangers environnementaux potentiels

    Dans plusieurs articles, il est mention que le photovoltaque ou mme lolien sont des nergies

    plus chres donc, cest un frein leur expansion. Plusieurs de ces articles informent que les cots

    relis aux dangers potentiels ne sont pas chiffrs. Le cas vident est lutilisation de lnergie

  • 15

    nuclaire. Cette nergie est relativement bon march et est aussi propre au point de vue des

    missions de gaz effet de serre que les nergies renouvelables qui sont beaucoup plus

    coteuses. Les dangers potentiels ne sont pas tenus en compte dans les calculs de cots (Kannan,

    Leong, Osman, Ho, & Tso, 2006). Par exemple, lolienne est beaucoup moins dangereuse que la

    centrale nuclaire ou mme que les dchets nuclaires, mais ces dangers potentiels nont pas

    encore t vritablement chiffrs. Il est donc important danalyser non seulement les cots, mais

    aussi les analyses sur lenvironnement et la socit. Tout ne se chiffre pas ou nest pas encore

    modlis.

    1.4.4.3 Analyse de sensibilit

    Plusieurs dnotent limportance dune analyse de sensibilit des diffrents paramtres (Ito et al.,

    2008). En tenant compte de lincertitude et de la variabilit sur les diffrents paramtres, on peut

    savoir si les conclusions tiennent toujours.

    1.4.5 Conclusions gnrales des ACV

    En rsum, aucune tude na t faite pour les systmes hybrides, ni pour les systmes hors

    rseau, ni pour le Qubec. Les nouvelles informations sur les systmes photovoltaques dans les

    bases de donnes peuvent tre trs utiles pour toute nouvelle tude danalyse de cycle de vie qui

    contient un systme photovoltaque. Il est cependant important dutiliser tout le systme ce qui

    inclut les panneaux solaires, les batteries, le convertisseur et le contrleur pour arriver des

    conclusions justes pour les systmes rels implants. Pour les mmes raisons, il est important de

    regarder tous les rsultats sur tous les plans de lanalyse du cycle de vie donc une analyse des

    rsultats par catgories dimpacts et une analyse des rsultats par catgorie de dommages sont

    justifiables. Pour une solution globalement performante pour lenvironnement, il ne faut pas

    seulement analyser les gaz effet de serre seulement comme dans (Hondo, 2005) ou utiliser

    simplement un indice comme le EPT comme dans (Jungbluth et al., 2008). En gnral, dans les

    tudes consultes pour ce projet, peu se basent sur lensemble des conclusions quune analyse de

    cycle de vie puisse apporter. En utilisant que certains indicateurs, on perd toute la puissance de

    lanalyse du cycle de vie qui peut dresser le portrait global de la situation. Aussi, certaines tudes

    ont nglig certaines composantes du systme. Le manque de donnes nest pas une excuse pour

    ngliger une composante, lapproche par approximation peut tre une solution trs efficace qui

  • 16

    peut ensuite tre suivie par une analyse de sensibilit. De faon gnrale, lanalyse de sensibilit

    permet de renforcer ou dinfirmer les conclusions faites.

    1.4.6 Analyse conomique

    Lanalyse conomique passe bien sr par le calcul des cots du projet et sa rentabilit. Divers

    indices comme lEPT peuvent tre utiliss. Cet indicateur est le moment auquel la source

    dnergie devient rentable au niveau nergtique, cest--dire que lnergie fournie par la source

    couvre les dpenses nergtiques pour limplantation de cette source. Les options utilisant des

    nergies renouvelables peuvent tre compares dautres options comme loption existante (les

    gnratrices) ou loption commune de la rgion, province ou du pays (se connecter au rseau).

    Dans le cas prsent, sil y a possibilit de raccordement au rseau, il faudrait estimer les cots

    associs versus les cots des options des technologies renouvelables. Sil ny a pas possibilit de

    raccordement au rseau, diverses possibilits sont disponibles : utiliser un systme avec

    gnratrice ou un systme dnergies renouvelables pour chaque maison ou besoin prcis

    (environ 5 kW 10 kW) ou faire un rseau aliment par des nergies renouvelables pour un

    groupement des maisons ou de besoins, mais qui serait de plus grande capacit (environ 50 kW).

    Ensuite, une analyse plus globale peut tre faite pour les technologies afin de savoir si elles sont

    de bons stimulants conomiques. Si le domaine est en essor et permet de crer des emplois, les

    technologies deviennent intressantes. De plus, si la rgion prsente des avantages face dautres

    pour limplantation cette technologie, les gouvernements veulent attirer cette industrie. Par

    exemple au Qubec, llectricit est abondante et peu coteuse, alors les industries qui ncessitent

    beaucoup dlectricit sont trs attires par la rgion. Cest le cas de lindustrie de laluminium et

    cet avantage du Qubec pourrait aussi tre intressant pour lindustrie photovoltaque pour

    laquelle de nombreux procds ncessitent une quantit importante dnergie (notamment la

    production de wafer tranche de semi-conducteur).

    Plusieurs gouvernements offrent des incitatifs pour lutilisation des technologies renouvelables

    ou pour des mesures defficacit nergtique. Au Qubec, il existe une subvention pour

    linstallation dun systme de gothermie offerte par Hydro-Qubec (Hydro-Qubec, 2009).

    Dautres subventions existent pour les particuliers voulant faire des rnovations pour amliorer

    lefficacit nergtique ou faire lajout de nouvelles technologies dnergies renouvelables

  • 17

    (programme Rnoclimat de l'Agence de l'efficacit nergtique du Qubec et programme

    coNERGIE Rnovation de Ressources naturelles Canada) (Hydro-Qubec, 2009).

    1.4.7 Analyse de laspect social

    Laspect social est de faon gnrale lamlioration de la condition humaine par la satisfaction

    des besoins essentiels et lamlioration de la qualit de vie. Ceci intgre les principes gnraux

    daccs lemploi, lducation, aux soins mdicaux, aux services sociaux et un logement de

    qualit.

    Dans de nombreux pays en voie de dveloppement ou sous-dvelopps, les systmes hybrides ou

    photovoltaques sont utiliss pour la dsalinisation de leau de mer pour offrir de leau potable ou

    encore pour rfrigrer les mdicaments ou alimenter les quipements mdicaux dans les cliniques

    des rgions isoles. Lutilisation de lnergie solaire pour ce genre de besoins est essentielle

    lamlioration de la qualit de vie des gens de ces rgions. De plus, lajout de systmes oliens

    aux systmes photovoltaques permet doffrir une scurit pour un apport en nergie continue.

    Pour les cliniques, par exemple, souvent le systme photovoltaque ou hybride est coupl une

    gnratrice puisquon ne peut pas permettre une dfaillance du systme et se retrouver sans

    apport dnergie.

    De plus, plusieurs villages reculs du monde installent ou font des projets dinstallations

    dnergies renouvelables. Ces installations peuvent simplement tre utilises pour pomper ou

    chauffer de leau ou encore apporter un besoin minimal en nergie par exemple dans les coles

    ou centres communautaires.

    Laspect social peut aussi se traduire par la responsabilit socitale de lentreprise. Ceci se traduit

    par les bonnes conditions de leurs employs, le respect des communauts environnantes et du

    territoire. Lemployeur doit offrir de bonnes conditions de travail (sant et scurit, hygine et

    propret des lieux) et aussi leur donner de la formation ncessaire (Rosa, Delchet, & Aubrun-

    Vadrot, 2005).

  • 18

    CHAPITRE 2 PRSENTATION DES LOGICIELS

    2.1 Survol des diffrents logiciels

    tant donn les diffrents efforts des dernires annes travers le monde pour diminuer la

    dpendance au ptrole, beaucoup de ressources ont t mises de lavant pour dvelopper les

    nergies renouvelables et principalement, lnergie olienne et lnergie solaire photovoltaque.

    Ces nergies sont en forte croissance partout travers le monde. Les outils comme les logiciels

    font partie des grandes ralisations concernant ces nergies promouvoir. De nombreux logiciels

    existent maintenant pour modliser, optimiser ou dimensionner les diffrents systmes conus

    partir dnergie renouvelable. Beaucoup de ces logiciels sont spcialiss pour un type dnergie

    particulier. Il en existe un bon nombre pour le solaire photovoltaque ainsi que pour lnergie

    olienne. Les logiciels qui font rfrence plusieurs sources dnergie sont, quant eux, plus

    rares.(Canmetnergie)

    2.1.1 Logiciels pour le photovoltaque

    Les technologies des panneaux solaires photovoltaques ont beaucoup volu et ces outils aussi.

    Il existe des logiciels pour la simulation (TRNSYS, INSEL, HOMER, PV-DesignPro), dautres

    pour lvaluation des cots et des diffrentes donnes conomiques (SOLinvest, RETScreen) ou

    pour lanalyse et la planification des systmes (PV F-Chart, Laplace System, PV*SOL, PVcad,

    PVSYST, PV Professionnal, Kerychip, Tetti FV), certains sont destins lindustrie (APOS

    Photovoltaic Statlab, PV Cost Simulation Tool), certains sont dvelopps pour la surveillance et

    le contrle des systmes installs (Meteocontrol, SPYCE) ou encore pour lvaluation de site

    (ECOTECT, Shadow Analyzer, Shadows, GOSOL, METEONORM, Horizon, Sombrero) et

    finalement, il existe des outils disponibles en ligne, facilement accessibles tous

    (Solardesigntool, PV Potential Estimation Utility, Logiciel CalSol, Panel Shading). (Energy,

    2011)

    Certains de ces logiciels ne font appel qu un sous-domaine du solaire photovoltaque comme

    les panneaux intgrs aux immeubles ou dautres sont utiles seulement pour les systmes

    connects au rseau par exemple. Il existe maintenant tout un monde de logiciels. Il est donc

    important de dfinir ses besoins pour identifier facilement les logiciels utiles.

  • 19

    De plus, plusieurs des logiciels faisant rfrence lnergie solaire photovoltaque sont dans une

    seule langue (franais, anglais, italien) et beaucoup sont dorigine allemande et en allemand

    uniquement, ce qui les rend plutt inaccessibles.

    2.1.2 Logiciels pour lolien

    Comme pour le solaire photovoltaque, il existe maintenant un bon nombre de logiciels pour les

    oliennes. Certains logiciels sont pour lanalyse de fermes oliennes (WindFarm, OpenWind, GH

    WindFarmer, WindSim), dautres pour l'analyse des donnes de gisement olien (Windographer,)

    ou simplement pour le design dolienne (Focus 6, GH Bladed) ou encore pour lvaluation de

    sites (windNavigator). Il en existe aussi pour loptimisation des systmes HOMER, le calcul des

    cots et autres donnes conomiques RETScreen ou pour la surveillance des systmes installs

    (suite de logiciels par ETAP ) ou encore pour le design et la planification de projets oliens dans

    leur ensemble (WindPro).

    2.1.3 Logiciels pour les nergies renouvelables

    Il est intressant de pouvoir comparer diffrents systmes simples et des systmes hybrides

    laide dun seul et mme logiciel. De nombreux logiciels concernent les nergies renouvelables

    utilises spcifiquement pour les btiments et les maisons et mme plus prcisment sur

    lefficacit nergtique de ces btiments. Peu de logiciels traitent de la production dnergie en

    intgrant plusieurs types dnergie. En intgrant la fois les outils de simulation et les outils de

    calculs des cots, voici les quelques logiciels disponibles : In my backyard, EnergyPeriscope,

    Hybrid2, HOMER et RETScreen. Ces logiciels seront discuts dans une section ultrieure.

    2.2 Paramtres pour le choix des logiciels

    Afin de choisir les logiciels, il est indispensable de dfinir les besoins, donc de dterminer les

    attentes minimales auxquelles le logiciel doit rpondre. Les logiciels devront avoir ces paramtres

    afin dtre slectionns :

    1- Langue : anglais ou franais,

    2- Accessibilit tous,

    - Prix : gratuit ou moins de 100 $ par licence,

  • 20

    - Facilement disponible : par Internet,

    - Simplicit dutilisation,

    - Documentation en ligne,

    3- Plusieurs technologies disponibles : photovoltaque, diesel et olien,

    4- Systmes hors rseau,

    5- Simulation de systmes dans plusieurs pays,

    6- valuation des cots,

    7- Optimisation des systmes.

    2.2.1 Langue

    Pour des raisons videntes de comprhension, le logiciel doit tre en franais ou en anglais.

    2.2.2 Accessibilit tous

    Laccessibilit tous est un point important selon moi. Afin de promouvoir les nergies

    renouvelables, le public doit pouvoir les comprendre et utiliser des outils qui rendront faisables

    leurs projets. Il faut quils soient la fois assez performants pour les scientifiques et chercheurs et

    relativement simples pour que mme les non initis soient capables de les utiliser.

    Il est donc primordial que le logiciel soit disponible pour le systme dexploitation Windows qui

    est majoritairement utilis et quil ne require pas des puissances de calculs excessives.

    Demble, la plupart des logiciels ont ces caractristiques de base.

    2.2.2.1 Prix

    Les pays industrialiss ont gnralement beaucoup de financement pour la recherche, ce qui nest

    pas le cas de tous les pays. Si un minimum de ressources financires est utilis pour les logiciels,

    ce sont des ressources qui peuvent tre dpenses ailleurs comme dans la ralisation de projets

    concrets. La gratuit ou le faible cot des logiciels (moins de 100 $ par licence, par exemple)

    rendent la recherche et la ralisation de projets accessibles tous les pays et toute la socit. De

    plus, cela facilite aussi lapprentissage des tudiants qui peuvent faire des projets scolaires plus

    appliqus, plus concrets sans mme que leurs institutions dboursent des sommes considrables,

  • 21

    souvent plusieurs milliers de dollars par licence, pour des logiciels qui offrent des possibilits

    similaires. Dans le cas dune tude macroscopique, si un logiciel peut obtenir des rsultats

    similaires la ralit une fraction du prix, je considre que cette incertitude est tolrable.

    2.2.2.2 Facilement disponible

    La disponibilit du logiciel sur Internet est un fort atout pour laccessibilit tous. Peu importe

    lendroit dans le monde, ds quon a accs une connexion Internet, le logiciel peut tre

    tlcharg.

    2.2.2.3 Simplicit dutilisation

    La simplicit dutilisation est importante puisquelle rend la fois le logiciel accessible aux non-

    initis et permet de gagner un temps non ngligeable aux scientifiques et chercheurs qui nont pas

    apprendre un langage de programmation pour lutiliser et qui peuvent raliser des simulations

    rapidement. De cette faon, on peut assurer une certaine prennit des tudes faites puisquelles

    peuvent tre ralises par une majorit dtudiants et de chercheurs.

    2.2.2.4 Documentation disponible

    Bien entendu, la disponibilit de la documentation en ligne est essentielle. Laccessibilit un

    tutoriel et laide du logiciel est primordiale. Le tutoriel permet tous de pouvoir utiliser le

    logiciel sans aucune formation pralable. Laide du logiciel quant elle permet dobtenir des

    prcisions sur les diffrentes donnes fournir et le fonctionnement global du logiciel. La

    possibilit de retour et commentaires par le support technique sur les fichiers produits ou de

    lassistance par Internet ou encore des fichiers dexemple disponibles sont des atouts.

    2.2.3 Plusieurs technologies disponibles

    Vu le sujet de ltude, le logiciel doit supporter au minimum la simulation pour la production des

    nergies suivantes : le solaire photovoltaque, le diesel et lolien. Il doit aussi permettre la

    simulation de systmes hybrides soit olien-photovoltaque, olien-diesel, photovoltaque-diesel

    et finalement olien-photovoltaque-diesel.

  • 22

    2.2.4 Systmes hors rseau

    Beaucoup de logiciels supportent la simulation de systmes connects au rseau, mais peu dentre

    eux permettent la simulation de systmes hors rseau, qui est le sujet de cette tude.

    2.2.5 Simulation de systmes dans plusieurs pays

    Dans le cadre du prsent projet, la simulation doit pouvoir tre faite au minimum pour le Qubec

    et aux fins de comparaisons, dans dautres pays, notamment des pays avec plus densoleillement

    que le Qubec (les pays au niveau de lquateur) ou dveloppant beaucoup la filiale du solaire

    photovoltaque (Allemagne et Japon, par exemple) et des pays reconnus pour leur gisement

    olien significatif (Danemark).

    2.2.6 valuation des cots

    La simulation doit pouvoir offrir une estimation des cots du systme. Cette valuation pourra

    tre valide par un second logiciel.

    2.2.7 Optimisation des systmes

    Loptimisation des systmes est trs intressante, surtout pour les systmes hybrides puisque le

    logiciel offre des solutions plus performantes que ce que les calculs lmentaires offriraient.

    Malheureusement, ce paramtre nest pas disponible pour tous les logiciels.

    2.3 Logiciels choisis

    Voici une brve discussion sur les logiciels concernant les nergies renouvelables (In my

    backyard, EnergyPeriscope, Hybrid2, HOMER et RETScreen).

    In my backyard est dvelopp par NREL (National Renewable Energy Laboratory) des tats-

    Unis. Il permet un calcul sommaire des possibilits pour un petit projet olien ou photovoltaque

    pour son domicile. Il fait appel au logiciel PVWatts aussi dvelopp par ce laboratoire. Il ne

    permet pas de faire des systmes hybrides et a t dvelopp pour les tats-Unis principalement.

    Les paramtres sont dtaills dans le Tableau 2.1.

  • 23

    Tableau 2.1 Paramtres pour le choix des logiciels In my backyard

    ParamtresOui / Non /

    En partieExplications

    Langue Oui En anglais

    Accessibilit tous Oui Disponible en ligne

    Plusieurs technologies

    disponibles

    En partie Systmes hybrides non disponibles et

    pas de systme diesel disponible

    Systmes hors rseau Non spcifi ---

    Simulation de systmes dans

    plusieurs pays

    En partie Le logiciel est conu pour les tats-

    Unis, donc les calculs de cots sont

    adapts cette ralit.

    valuation des cots Oui Analyse sommaire, on na pas accs

    entrer des donnes spcifiques.

    Optimisation des systmes Non ---

    EnergyPeriscope (Tableau 2.2) est plutt orient pour les entreprises. Il est possible dentrer des

    cots de relles soumissions et aide optimiser les investissements faits. Pour avoir accs ce

    logiciel, il y a des cots mensuels dfrayer. Le logiciel fait appel aux algorithmes utiliss par

    PVWatts et RETScreen. Il est aussi li avec les bases de donnes de la NASA et de TMY-

    Typical Meteorological Year pour les donnes de gisements solaires et oliens.

  • 24

    Tableau 2.2 Paramtres pour le choix des logiciels EnergyPeriscope

    Paramtres Oui / Non /

    En partie

    Explications

    Langue Oui En anglais

    Accessibilit tous Non Cot : Frais mensuels

    Logiciel orient pour les

    projets en entreprises.

    Plusieurs technologies

    disponibles

    En partie Solaire photovoltaque et

    olien, disponibles

    diesel - non

    systmes hybrides non

    spcifi

    Systmes hors rseau Non spcifi ---

    Simulation de systmes dans

    plusieurs pays

    En partie Canada et tats-Unis, oui

    Autres pays, non spcifi

    valuation des cots Oui ---

    Optimisation des systmes Oui Oui, mais en fonction de

    lentreprise

    Hybrid2 (Tableau 2.3) est la fois dvelopp par NREL et RERL (Renewable Energy Research

    Laboratory) de luniversit du Massachussetts. Pour avoir accs la version de dmonstration, on

    doit faire une demande de mot de passe et on doit faire la demande, lun ou lautre des

    laboratoires, pour obtenir la version complte.

  • 25

    Tableau 2.3 Paramtres pour le choix de logiciels Hybrid2

    Paramtres Oui / Non /

    En partie

    Explications

    Langue Oui En anglais

    Accessibilit tous En partie Une demande doit tre faite.

    Le tlchargement nest pas

    directement disponible.

    Plusieurs technologies

    disponibles

    Oui---

    Systmes hors rseau Non spcifi ---

    Simulation de systmes dans

    plusieurs pays

    Non spcifi---

    valuation des cots Oui ---

    Optimisation des systmes Non spcifi ---

    En explorant plus attentivement ces logiciels, on remarque quil ne reste que les logiciels

    HOMER (Tableau 2.4) et RETScreen (Tableau 2.5) qui rpondent la majorit des paramtres

    souhaits. RETScreen ne permet pas loptimisation des systmes, il offre plutt une analyse

    dtaille des cots. Le logiciel de base pour les simulations sera donc HOMER. RETScreen sera

    utilis pour comparer les cots. Ces logiciels sont aussi reconnus par beaucoup dassociations ou

    dagences en nergie ainsi que de nombreux sites gouvernementaux. Ils sont aussi utiliss par des

    dizaines de milliers dutilisateurs dans des centaines de pays.

  • 26

    Tableau 2.4 Paramtres pour le choix des logiciels HOMER

    Paramtres Oui / Non /

    En partie

    Explications

    Langue Oui En anglais

    Accessibilit tous Oui Gratuit, tlchargement disponible en ligne,

    aide et tutoriel, fichiers dexemple

    disponibles en ligne.

    Plusieurs technologies

    disponibles

    Oui olien, diesel et photovoltaque

    Systmes hors rseau Oui ---

    Simulation de systmes dans

    plusieurs pays

    Oui Partout travers le monde, partir de

    coordonnes (longitude et latitude)

    valuation des cots Oui ---

    Optimisation des systmes Oui Il donne la meilleure solution parmi une

    slection de systmes.

  • 27

    Tableau 2.5 Paramtres pour le choix des logiciels RETScreen

    Paramtres Oui / Non /

    En partie

    Explications

    Langue Oui En anglais

    Accessibilit tous Oui Gratuit, tlchargement disponible en ligne,

    aide et tutoriel, fichiers dexemple

    disponibles en ligne.

    Plusieurs technologies

    disponibles

    Oui olien, diesel et photovoltaque

    Systmes hors rseau Oui ---

    Simulation de systmes dans

    plusieurs pays

    Oui Partout travers le monde selon des lieux

    prdtermins.

    valuation des cots Oui ---

    Optimisation des systmes Non ---

    2.4 Prsentation de HOMER

    Homer est un logiciel dvelopp pour des systmes de production dnergie de petites puissances.

    Il permet de faire des simulations de systmes avec des nergies renouvelables et avec des

    nergies fossiles. Un de ses grands atouts est la possibilit de pouvoir simuler des systmes

    hybrides combinant diffrentes sources dnergie quelle soit renouvelable ou fossile. La

    premire version a t dveloppe en 1992 pour NREL (US National Renewable Energy

    Laboratory), il a ensuite subi de nombreuses amliorations dans plus de 40 nouvelles versions. La

    version utilise pour le prsent projet est HOMER 2.68 beta sortie en juillet 2009. Depuis, il y a

    eu 2 nouvelles versions disponibles pour 2.75 et 2.76 qui sont maintenant vendues pour un faible

    cot 99 $US pour les nouveaux utilisateurs et pour 49 $US pour les anciens utilisateurs. La

  • 28

    version 2.68 beta est toujours disponible gratuitement. Ce logiciel est largement utilis dans plus

    de 190 pays et par plus de 40 000 utilisateurs.

    2.4.1 Principales caractristiques

    Tout dabord, ce logiciel permet de faire des simulations pour ensuite optimiser les systmes et

    pour finalement terminer avec des analyses de sensibilit sur ces systmes optimiss. La solution

    obtenue par HOMER est la solution la moins coteuse parmi diffrentes combinaisons de

    systmes dnergies renouvelables, dnergies fossiles ou de systmes hybrides comprenant deux

    sources dnergie ou plus. Voici, Figure 2.1, le modle conceptuel de HOMER.

    Figure 2.1 Modle conceptuel de HOMER

    Le logiciel permet de faire la simulation dun systme selon des donnes de gisement (solaire,

    olien, diesel, etc.) en fonction dune demande nergtique (besoins en nergie). Par la suite, il

    est possible danalyser plusieurs configurations diffrentes pour ce mme systme afin den

    obtenir un systme optimis au niveau du cot. Le logiciel simule toutes les configurations

    demandes et donne la meilleure solution, la solution la moins chre, parmi celles-ci. Ensuite, il

    est finalement possible de faire des analyses de sensibilit afin de savoir si la solution trouve

    reste la meilleure mme sil y a certains changements dans les diffrents paramtres entrs

    (variation du cot de la technologie, variation dans les donnes de gisement, etc.). Il est donc

    possible de faire bon nombre danalyses avec de nombreuses configurations diffrentes en moins

    de quelques minutes de simulation.

    Le logiciel permet de faire des simulations avec diffrents systmes de production dnergie :

    o panneaux solaires photovoltaque,

    o oliennes,

    o barrage hydrolectrique au fil de leau,

    o biomasse,

  • 29

    o gnratrices (diesel, essence, biogaz, combustibles alternatifs et combustiblespersonnaliss, co-alimente),

    o rseau lectrique,

    o microturbines,

    o piles combustible.

    Homer offre aussi une vaste gamme de dispositifs daccumulation ou de rcupration dnergie :

    o banque de batteries,

    o volants dinertie (flywheels),

    o flow batteries,

    o hydrogne.

    On peut aussi entrer divers types de besoins nergtiques :

    o profils de consommation journaliers avec des variations selon les saisons,

    o charge diffre pour le pompage deau ou pour la rfrigration,

    o charge thermique,

    o mesures defficacit nergtique.

    Homer peut donc simuler un large ventail de systmes diffrents en plus de toutes les

    combinaisons possibles de systmes hybrides.

    2.4.2 Interfaces

    Le logiciel HOMER est facile utiliser et son interface est similaire aux logiciels usuels, il est

    donc muni dun menu dans le haut ainsi que des icnes que lon peut utiliser sans aller dans les

    menus. On peut considrer que linterface dHOMER a trois zones importantes comme indiqu

    sur la Figure 2.2 : la zone de dfinition du systme, celle des ressources et celle des rsultats.

  • 30

    Figure 2.2 Interface HOMER Fichier vierge

    La zone de dfinition du systme permet de choisir les quipements qui seront inclus dans le

    systme modliser. Il suffit de cocher les lments utiliser selon les choix illustrs la Figure

    2.3. De plus, dans cette mme fentre, il est possible de choisir : de modliser le rseau

    lectrique, den faire la comparaison avec un systme hors rseau ou simplement de ne pas

    modliser le rseau.

  • 31

    Figure 2.3 Interface HOMER quipements ajouter

    Une fois slectionns, les divers quipements apparaissent dans la zone 1 de dfinition du

    systme comme la Figure 2.4 et les ressources ncessaires aux quipements slectionns

    apparaissent, elles, dans la zone 2 de dfinition des ressources comme la Figure 2.5.

    Figure 2.4 Interface HOMER quipements slectionns

  • 32

    Figure 2.5 Interface HOMER Ressources

    Dans ces deux zones, pour chaque icne, il y a une fentre remplir ; ce sont les donnes

    fournir pour faire une simulation. Les donnes entres pour le prsent projet seront dfinies dans

    la 4. Une fois les donnes entres, on peut faire calculer HOMER, en cliquant sur licne comme

    illustr dans la Figure 2.6.

    Figure 2.6 Interface HOMER Fichier complt

    Lorsque le calcul est complt, les rsultats apparaissent et la solution la plus conomique est la

    premire comme illustr la Figure 2.7. Un rsum du systme et des cots relis sont affichs

    dans la zone des rsultats.

  • 33

    Figure 2.7 Interface HOMER Rsultats des calculs

    2.4.3 Donnes entrer

    En bref, les donnes entrer sont celles relies aux zones 1 et 2 de HOMER. Il sagit de donnes

    relies la consommation nergtique, aux quipements (panneaux solaires photovoltaques,

    oliennes, gnratrices, onduleur, batteries ou autres quipements) et aux ressources ncessaires

    comme les donnes de gisement solaire ou olien, aussi bien que les donnes relies au

    combustible utilis par la gnratrice. Dans la zone 2 des ressources, il y a aussi certains

    paramtres conomiques que lon peut modifier. Dautres paramtres permettent un diffrent

    contrle du systme (surtout au niveau de la simulation des banques de batteries et des

    gnratrices). Dans la zone des ressources, on peut aussi mettre des pnalits montaires pour les

    missions mises ou bien un seuil limite dmissions ne pas dpasser lorsque la simulation sera

    effectue. Finalement, certaines contraintes peuvent tre exiges comme une fraction minimale

    dnergie renouvelable avoir dans le systme ou encore accepter un certain pourcentage de

  • 34

    dficit en nergie. Une fois toutes les sections remplies, Figure 2.8, on peut lancer la simulation

    en cliquant sur licne calculer .

    Figure 2.8 Donnes fournir

    Plus de dtails sont dfinis dans lannexe 1 pour mieux dcrire les informations fournir pour

    chacun des icnes illustrs dans la Figure 2.8. Ces icnes sont ceux utiliss pour le prsent projet

    et seuls ces icnes sont dtaills dans lannexe.

  • 35

    2.4.4 Rsultats pouvant tre obtenus

    Figure 2.9 Rsultats obtenus aprs simulation

    Une fois toutes les donnes entres et la simulation lance, on obtient de nombreux rsultats

    comme illustr la Figure 2.9 tant donn quil est possible dentrer de nombreuses

    configurations diffrentes pour un mme type de systme. Il est possible de visualiser la liste des

    rsultats de deux faons : categorized et overall . Si on choisit loption categorized , la

    liste prsente loption la plus conomique pour chaque catgorie de systme, donc par type de

    systme. Par exemple, HOMER affichera seulement la meilleure option pour un systme de type

    photovoltaque avec batteries mme si la simulation a t faite selon plusieurs configurations

    diffrentes (diffrents nombres de panneaux, diffrents nombres de batteries). Pour loption

    overall , HOMER affiche tous les systmes sur la mme la liste. Le premier rsultat affich est

    le plus conomique parmi tous les types de systmes simuls. Il est donc important doptimiser

    chaque type de systme afin dliminer les systmes qui ne sont pas viables. Pour ce faire, on

    effectue plusieurs simulations dans le but de converger vers un systme optimal pour chaque type

    de systme.

  • 36

    Il est trs important de se rappeler que le premier rsultat donn par HOMER dans la liste des

    rsultats est toujours le systme le plus conomique trouv selon Net Present Cost (cot

    valeur actuelle) parmi tous les systmes et toutes les configurations simuls. Comme mentionn

    prcdemment, les rsums des systmes et des cots relis sont affichs dans la zone des

    rsultats. Un exemple de rsum est montr la Figure 2.10. On y retrouve les informations

    suivantes : icnes des quipements du systme (partie 1) et leur capacit ou le nombre de

    batteries (partie 2), linvestissement initial devant tre fait (partie 3), les cots dopration par an

    (partie 4), le cot total du systme la valeur actuelle (partie 5), le cot de lnergie en $/kWh

    (partie 6) et finalement, la proportion dnergie renouvelable utilise dans le systme (partie 7).

    Figure 2.10 Rsum des rsultats

    Pour plus de dtails sur les diffrents rsultats obtenus dans HOMER, il faut cliquer sur le

    rsultat dsir et une fentre, Figure 2.11, souvre avec plus dinformation.

  • 37

    Figure 2.11 Fentre des rsultats dtaills

    Dans cette fentre, on retrouve des onglets comme le rsum des cots, le flux montaire, des

    informations sur llectricit (production, consommation, excs dnergie, etc.), des dtails sur

    lnergie et la puissance offertes des quipements (panneaux, batteries, convertisseur), le dtail

    des missions et finalement, on peut visualiser les donnes simules dheure en heure.

    2.4.5 Options possibles

    Loption la plus intressante quoffre HOMER est les analyses de sensibilit. Une fois les

    systmes optimiss, on peut faire ces analyses. Il faut tout dabord identifier les donnes juges

    sensibles, moins fiables ou plus alatoires. Ensuite, il est possible dentrer plusieurs valeurs

    diffrentes pour une mme donne afin de vrifier si la solution optimale trouve reste la

    meilleure dans tous les cas ou sinon, partir de quelle valeur cette solution nest plus valable. Ce

    type danalyse permet de vrifier les rsultats obtenus en tenant compte de ces donnes

    particulires. Les donnes qui peuvent subir des analyses de sensibilit sont toutes celles qui ont

  • 38

    des accolades dans HOMER comme encercl la Figure 2.12. Les donnes sur lesquelles

    peuvent tre faites les analyses de sensibilit sont pratiquement toutes les donnes entres dans

    HOMER comme lindiquent les flches sur la Figure 2.12.

    Figure 2.12 Donnes pour les analyses de sensibilit

    Les valeurs entrer pour les analyses de sensibilits doivent tre inscrites dans la fentre, Figure

    2.13, qui souvre lorsquon clique sur laccolade dsire.

  • 39

    Figure 2.13 Fentre des valeurs entrer pour les analyses de sensibilit

    2.5 Prsentation de RETScreen

    RETScreen International est un logiciel danalyse de projets dnergie propre . Il offre donc

    une approche oriente sur la ralisation de projets plutt quune approche doptimisation de

    systmes comme le logiciel HOMER. RETScreen International est support par

    CanmetNERGIE de Ressources naturelles Canada. Ce logiciel est trs populaire et est utilis

    dans plus de 200 pays et par plus de 260 000 utilisateurs. Pour le prsent projet, la version utilise

    est RETScreen 4 et elle est disponible gratuitement.

    2.5.1 Principales caractristiques

    Le logiciel RETScreen permet de simuler diffrents types de projets, pour diffrents types

    dtablissement ou de technologies et selon diffrentes mthodes danalyse. Les types de projets

    possibles sont :

    o mesures defficacit nergtique,

    o production dlectricit,

    o production dlectricit multiples technologies,

  • 40

    o production de chaleur,

    o production de froid,

    o production de chaleur et dlectricit,

    o production de froid et dlectricit,

    o production de chaleur et de froid,

    o production de froid, de chaleur et dlectricit,

    o dfini par lutilisateur.

    Pour chacune des options, il est possible de dfinir des sous-options. Pour les projets de mesures

    defficacit nergtique, on peut choisir le type dtablissement du projet parmi les options

    suivantes :

    o rsidentiel,

    o commercial,

    o institutionnel,

    o industriel,

    o autre.

    Pour la production dlectricit, les technologies disponibles sont nombreuses :

    o lectricit gothermique,

    o lectricit solaire thermique,

    o nergie de la houle,

    o nergie des courants ocaniques,

    o nergie marmotrice

    o olienne,

    o moteur pistons

    o photovoltaque,

    o piles combustible,

  • 41

    o turbine gaz,

    o turbine gaz cycle combin,

    o turbine vapeur,

    o turbine hydrolectrique,

    o autre.

    Pour la production de froid et de chaleur, de nombreuses technologies sont aussi disponibles.

    Finalement, il est aussi possible de dterminer le type de rseau parmi les options suivantes :

    o rseau central,

    o rseau central et charge interne,

    o rseau isol,

    o rseau isol et charge interne,

    o hors rseau.

    RETScreen permet donc un bon nombre danalyses pour des projets trs diversifis. De plus, il

    est possible de faire deux types danalyse pour un mme projet : une analyse simple et courte

    (mthode 1) ou une analyse approfondie ncessitant de nombreuses donnes (mthode 2). Pour la

    prsente tude, la production dnergie sera le type de projet utilis et pour une situation hors

    rseau.

    2.5.2 Interfaces

    Un grand avantage de RETScreen est son interface commune et dj bien connue de tous. Ce

    logiciel est en fait des feuilles de calculs sophistiques qui souvrent dans Excel comme montr

    la section 1 de la Figure 2.14.

  • 42

    Figure 2.14 Interface RETScreen

    Son utilisation est donc simple et intuitive. Il suffit de choisir les options ou dentrer les donnes

    en commenant par le haut de la feuille de calculs et onglet par onglet comme indiqu la section

    2 et 3 de la Figure 2.14. Les rsultats saffichent et se mettent jour au fur et mesure que les

    informations sont entres.

  • 43

    Figure 2.15 Interface RETScreen Onglet dmarrer

    Longlet dmarrer est relativement court remplir (Figure 2.15). Ce sont les informations

    gnrales du projet. Longlet modle nergtique (si on choisit la mthode danalyse 1)

    comprend les donnes sur le systme de production dnergie, lanalyse des missions et

    lanalyse financire. Si la mthode danalyse 2 est choisie, longlet modle nergtique ne

    comprend que les informations relies au systme de production dnergie, les autres sections

    sont dfinies dans des onglets spars : analyse des cots, analyse des missions, analyse

    financire et analyse de risque.

    2.5.3 Donnes entrer

    Pour les donnes entres, on dbute avec longlet dmarrer , on entre les informations du

    projet donc le nom du projet, le lieu du projet et pour qui et par qui le projet est ralis, ensuite on

    choisit selon les options dfinies le type de projet, la technologie dsire et le type de rseau

    simuler. Il faut aussi choisir le type danalyse, mthode 1 ou mthode 2, et le pouvoir calorifique

    de rfrence, pouvoir calorifique suprieur ou pouvoir calorifique infrieur.

  • 44

    Une autre partie importante de longlet dmarrer est la dfinition du site. Certains sites de

    partout travers le monde sont dj entrs dans la base de donnes de RETScreen avec des

    donnes moyennes par mois de gisement solaire (en kWh/m2/jour) et olien (en m/s). Il ne suffit

    que de slectionner le pays, la province ou ltat et finalement la ville dsire.

    Pour les autres donnes, prenons lexemple avec un projet en utilisant le type danalyse : mthode

    1. En choisissant, ce type danalyse simplifie, on comprend bien les donnes ncessaires pour

    RETScreen.

    Pour dfinir le systme de production dlectricit, les panneaux solaires photovoltaques ou les

    oliennes doivent tre slectionns parmi la base de donnes des quipements de RETScreen. On

    doit dterminer leur facteur dutilisation en pourcentage et indiquer le prix de llectricit

    exporte en $/MWh.

    Dans la section analyse dmissions, les frais de transactions pour les crdits de GES en

    pourcentage et le crdit pour rduction de GES en $/tonne de CO2 doivent tre entrs. On peut

    aussi choisir une option pour comparer la rduction nette dmissions de GES en tonnes de CO2 :

    o automobiles et camions lgers non utiliss,

    o litres dessence non consomms,

    o barils de ptrole brut non consomms,

    o individus rduisant leur consommation nergtique de 20%,

    o acres de fort absorbant du carbone,

    o hectares de fort absorbant du carbone,

    o tonnes de dchets recycls.

    Pour la section de lanalyse financire, les paramtres financiers dfinir sont le taux dinflation,

    la dure de vie du projet et le ratio dendettement. Le cot pour le systme de production

    dlectricit doit tre dtermin (cot initial pour les oliennes ou les panneaux et pour les autres

    quipements). Les autres sections remplir sont les encouragements et subventions, les frais

    annuels et paiements de la dette et les conomies et revenus annuels.

  • 45

    En rsum, les informations fournir sont plutt dordre financier une fois que le systme est

    dfini.

    2.5.4 Rsultats pouvant tre obtenus

    Les rsultats obtenus par RETScreen sont une analyse financire et une analyse des missions.

    Dans lanalyse financire, le graphique des flux montaires cumulatifs est trs intressant et trs

    visuel.

  • 46

    CHAPITRE 3 MTHODOLOGIE

    3.1 Dmarche gnrale du projet

    La dmarche gnrale pour effectuer le projet est dfinie dans la Figure 3.1.

    Revue de littrature gnraleHypothses de recherche

    Choix deslogiciels

    Liste des donnesncessaires insrer dans

    les logiciels

    Questions de recherche

    Objectifs du projet

    Tches spcifiques

    Logiciel 1

    Logiciel 2

    Revue des logiciels

    tude des logiciels

    MthodologieStratgie pour ltude des

    systmes seuls

    Stratgie pour ltude dessystmes hybrides

    Stratgie danalyse

    Mthodologies desimulations

    Simulations Rsultats

    AnalyseDiscussion

    Conclusions

    Recommandations

    Rapport critMmoire

    Prsentation

    Revue de littrature prliminaire Sujet de recherche

    Figure 3.1 Dmarche gnrale du projet

  • 47

    Tout dabord, une revue de littrature prliminaire est effectue afin de dterminer le sujet prcis

    du projet. Par la suite, la revue de littrature gnrale a permis de dterminer les hypothses de

    recherche, les questions de recherche, les objectifs du projet et les tches spcifiques ncessaires.

    Une revue des logiciels est faite pour aider mieux choisir les logiciels utiliser. Une fois

    slectionns, les logiciels doivent tre tudis et utiliss afin de prciser les donnes ncessaires

    insrer dans le logiciel pour obtenir des rsultats probants. La mthodologie comprend la

    stratgie pour ltude des systmes seuls, celle pour ltude des systmes hybrides et la stratgie

    danalyse. Des mthodologies de simulations sont aussi dtermines qui sont une extension

    faisant partie de la stratgie pour ltude des systmes hybrides. Ensuite, les simulations sont

    faites pour parvenir aux rsultats utiliss pour lanalyse qui amne une discussion, des

    conclusions et des recommandations. Finalement, le tout est consign dans ce mmoire et une

    prsentation est effectue pour des fins de diffusion.

    3.2 Stratgie pour ltude des systmes seuls

    Les donnes ncessaires pour ltude sont identifies et une recherche documentaire pour trouver

    les donnes manquantes est effectue. Le dimensionnement manuel est ensuite ralis. Ltude

    des systmes seuls (olien, disel et photovoltaque) est faite sur chacun des logiciels HOMER et

    RETScreen. Tout dabord, certaines validations sont faites : validation des donnes

    densoleillement entre HOMER et RETScreen, validation des simulations sur HOMER en

    comparant les simulations et les calculs manuels, en comparant Saint-Hubert un lieu trs

    ensoleill et en comparant Saint-Hubert un lieu trs venteux. Une dernire validation est

    envisage, celle avec les fichiers disponibles dans HOMER ou RETScreen. Par la suite, les

    systmes seuls sont compars entre eux.

    3.3 Stratgie pour ltude des systmes hybrides

    Une fois les simulations valides avec les systmes seuls, les donnes sont utilises pour les

    systmes hybrides. Ensuite, les diffrentes combinaisons de scnarios sont tudies et compares.

    Parmi ces scnarios, on considre la comparaison avec la situation connecte au rseau.

  • 48

    3.4 Mthodologies spcifiques aux simulations

    Une dmarche pour le dimensionnement est dfinie conjointement avec une dmarche pour les

    simulations sur HOMER pour les systmes simples. Des dmarches ont t labores pour les

    systmes photovoltaque, olien et disel seuls et pourront tre rutilises par des tudiants pour

    les cours ENE8210-Efficacit des sources dnergie et MET8220-Technologies solaires

    photovoltaques dans le cadre du projet de cours. Elles ont t dveloppes pour le logiciel

    HOMER, mais les principes de dimensionnement sont les mmes, peu importe le logiciel.

    La dmarche gnrale pour le dimensionnement et les simulations est rsume en quelques

    tapes :

    1. valuation de la demande nergtique (consommation dnergie);

    2. Pr-dimensionnement la main des quipements;

    3. Identifier les quipements ncessaires pour le systme (panneaux solaires, convertisseur,

    batteries) dans le logiciel HOMER;

    4. Entrer les donnes ncessaires dans le logiciel :

    a. de consommation nergtique;

    b. de gisement solaire pour le lieu dsir;

    c. pour les quipements (prix des quipements et cot dopration et dentretien);

    5. Lancer le calcul dans HOMER;

    6. Optimiser les rsultats de HOMER de faon itrative pour arriver la solution optimale

    pour ce systme;

    7. Faire des analyses de sensibilit, si ncessaire;

    8. Valider le systme.

    3.5 Mthodologie pour le systme photovoltaque

    La mthodologie est dtaille lannexe 2 pour le dimensionnement du systme photovoltaque.

  • 49

    3.6 Mthodologie pour le systme olien

    Celle du systme olien se trouve lannexe 3.

    3.7 Mthodologie pour le systme disel

    Finalement, celle du disel est lannexe 4.

    3.8 Rsultats analyser

    Les rsultats qui seront analyss sont les donnes de dimensionnement pour les panneaux

    solaires, les oliennes, la gnratrice disel et pour londuleur pour les diffrents systmes.

    Ensuite, les cots dopration (les annuits), le cot total sa valeur actuelle du systme ainsi que

    le cot de lnergie en $/kWh et le pourcentage dexcs dnergie seront analyss. Diffrentes

    analyses de sensibilit sur les cots seront aussi dtailles.

  • 50

    CHAPITRE 4 PRSENTATION DES DONNES UTILISES

    4.1 Demande nergtique globale dune rsidence au Qubec

    Les donnes de demande nergtique sont offertes par Hydro-Qubec pour le secteur rsidentiel.

    Elles sont offertes dheure en heure pour les 365 jours de lanne. La consommation pour une

    seule rsidence est dfinie partir du fichier produit par Hydro-Qubec. Pour obtenir cette

    consommation, jai divis la consommation totale du secteur rsidentiel par le nombre de

    rsidences au Qubec obtenant ainsi une consommation moyenne pour une rsidence.

    4.1.1 Profil de consommation par mois pour lanne

    Sur ce profil (Figure 4.1) la consommation journalire est identifie, tous les jours de lanne

    sont reprsents et chaque mois est dune couleur diffrente. On remarque bien que les mois dt

    (juin, juillet, aot et septembre) sont les mois ncessitant une demande nergtique moins leve.

    Au contraire, les durs mois de lhiver (janvier, fvrier et dcembre) montrent une forte

    consommation dnergie. Une reprsentation de la consommation journalire moyenne par mois

    est affiche la Figure 4.2.

    Profils mensuels - Anne

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    0 365

    Jour

    Con

    som

    mat

    ion

    en k

    Wh

    JanvierFvrierMarsAvrilMaiJuinJuilletAotSeptembreOctobreNovembreDcembre

    Figure 4.1 Profils de consommation pour lanne, identifis par mois

    1 2

    3

    4

    56 7 8 9

    10

    11

    12123456789101112

  • 51

    Moyennes mensuelles de consommation journalire

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    100

    110

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

    Mois

    Con

    som

    mat

    ion

    en k

    Wh

    Mois

    Figure 4.2 Consommation journalire moyenne par mois

    4.1.2 Profils journaliers

    Les profils journaliers refltent la consommation des rsidences pour les 24 heures dune journe.

    Il est difficile de dduire une volution en utilisant tous les profils de lanne la fois. En

    sparant les profils de janvier avril (Figure 4.3), de mai septembre (Figure 4.4) et doctobre

    dcembre (Figure 4.5), il est plus ais de remarquer une progression.

    On remarque trs bien que de janvier avril, la consommation journalire diminue

    progressivement. Pour mai septembre, les profils journaliers mensuels se ressemblent

    beaucoup, seul le mois de mai montre une consommation un peu plus accrue et un profil un peu

    diffrent. Doctobre dcembre, la consommation journalire recommence progresser de faon

    significative.

    En portant un regard sur toute lanne, on note que les heures de consommation importante sont

    les mmes pour tous les mois de lanne. Les plus fortes heures de consommation sont au retour

    du travail jusqu'au coucher (entre 16h00 et 22h00) et le matin entre le rveil et le dpart (entre

    6h00 et 9h00).

  • 52

    Profils journaliers - Janvier Avril

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    Heure

    kWh

    JanvierFvrierMarsAvril

    Figure 4.3 Profils journaliers Janvier avril

    Profils journaliers - Mai Septembre

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    Heure

    kWh

    MaiJuinJuilletAotSeptembre

    Figure 4.4 Profils journaliers Mai septembre

  • 53

    Profils journaliers - Octobre Dcembre

    0

    0.5

    1

    1.5

    2

    2.5

    3

    3.5

    4

    4.5

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24

    Heure

    kWh

    OctobreNovembreDcembre

    Figure 4.5 Profils journaliers Octobre dcembre

    4.1.3 Rpartition de la demande nergtique pour le secteur rsidentiel

    La rpartition dnergie dans une rsidence se rpartit comme au Tableau 4.1 (Canada, 2010)

    entre le chauffage des locaux, le chauffage de leau, les appareils mnagers, lclairage et la

    climatisation. On remarque que le chauffage ncessite plus de 60 % des besoins en nergie, alors

    que la climatisation ne vaut environ 1 %.

    Tableau 4.1 Consommation dnergie par utilisation finale en pourcentage entre 1990 et 2007

    Minimum Maximum Moyenne

    Chauffage des

    locaux62.2 66.7 64.8

    Chauffage de leau 12.1 15.0 13.5

    Appareils

    mnagers15.4 17.7 16.4

    clairage 4.1 5.1 4.5

    Climatisation 0.2 1.5 0.7

  • 54

    Dans une rsidence au Qubec relie au rseau lectrique, llectricit est souvent utilise pour

    couvrir tous les besoins nergtiques de cette rsidence y compris le chauffage. Au Qubec, plus

    de 70% des logements utilise llectricit pour se chauffer (Funk, 2010). tant donn la

    consommation leve dnergie dune maison moyenne, il est aberrant dutiliser les nergies

    oliennes et photovoltaques pour le chauffage de leau et des locaux quand dautres alternatives

    sont disponibles et plus efficaces (gothermie, solaire thermique). Pour le chauffage de leau, par

    exemple, sur toute lanne, un chauffe-eau solaire au Qubec peut combler entre 30% et 90% des

    besoins en eau chaude. Comme de nombreux ouvrages en tmoignent, un kWh conomis vaut

    mieux quun kWh produit.

    Il est absurde dutiliser les panneaux photovoltaques pour produire de llectricit qui servira au

    chauffage des locaux ou au chauffage de leau. Le rendement de conversion dnergie nest pas

    suffisant pour imaginer utiliser cette technologie alors que dautres solutions sont plus efficaces

    et moins coteuses.

    Si on utilise les oliennes et le solaire photovoltaque que pour les besoins en lectricit, on peut

    donc inclure la consommation dnergie des appareils mnagers, lclairage et mme la

    climatisation.

    De plus, si un effort est fait pour utiliser des appareils co-nergtiques, la consommation peut

    tre significativement diminue. (1500 kWh/an en lectricit, exemple allemand maisons, 4

    personnes (Luque & Hegedus, 2003). Des appareils efficaces et ultra-efficaces permettent des

    conomies dnergie de 30 60 % comparativement des appareils standards (RNCREQ, 2009).

    De plus, le surcot lachat de ces appareils est largement justifi par les conomies faites par la

    diminution de la grandeur du systme photovoltaque ncessaire (RNCREQ, 2009).

    4.2 valuation de la demande nergtique en lectricit pour une rsidence

    moyenne

    Pour la localisation de Saint-Hubert, la consommation totale a tout dabord t utilise

    (48,88 kWh/j), ensuite la consommation sans chauffage a t estime (19,5kWh/j) et finalement

    la consommation sans chauffage, mais avec des appareils efficaces a t modlise (11,7kWh/j).

    On a donc trois consommations diffrentes : consommation totale, consommation sans chauffage

    et consommation sans chauffage et avec utilisation dappareils efficaces.

  • 55

    Les besoins nergtiques pour le chauffage ont t estims 60 % de la consommation totale. Les

    besoins en chauffage ont t retirs de la consommation totale. La quantit retirer par mois a t

    dtermine selon la rpartition des degrs-jour, ensuite cette quantit a t rpartie sur toutes les

    heures du mois. Le modle a ensuite t mis lchelle.

    Les appareils efficaces offrent une conomie de 40 % dnergie. La consommation sans

    chauffage et avec lutilisation dappareils efficaces est donc estime 60 % de la consommation

    sans chauffage.

    4.2.1 Comparaison des donnes de gisement solaire RETScreen et HOMER

    Les donnes de gisement solaire intgres dans RETScreen et celles disponibles dans HOMER

    en le liant avec le site de la NASA prsentent des diffrences. Plusieurs raisons expliquent cette

    divergence. Tout dabord, dans RETScreen, certaines donnes sont issues dune base de donnes

    de CANMET Energy, organisme qui supporte RETScreen, et sont rfrences comme donnes

    prises au sol. Les autres donnes proviennent des donnes disponibles sur le site de la NASA.

    Pour ce qui est de HOMER, il est possible de lier ce logiciel avec le site de donnes de la NASA.

    Une fois le logiciel li, on peut obtenir des donnes de gisement solaire partout sur le globe. Il

    existe cependant des diffrences entre les donnes de HOMER et celles issues du site de la

    NASA. Lorsquune localisation est entre, HOMER va dabord chercher dans la base de donnes

    de NREL dans laquelle des donnes de gisement solaire sont disponibles pour environ 25 % du

    globe. Sil la localisation ne se trouve pas dans cette base de donnes, HOMER va rechercher

    dans les donnes de la NASA. HOMER priorise les donnes de NREL puisquelles sont plus

    prcises.

  • 56

    CHAPITRE 5 VALIDATION DES SIMULATIONS ET EFFET DU

    GISEMENT SUR LA CONSOMMATION

    5.1 Validation des donnes densoleillement de RETScreen et dHOMER

    tant donn des carts entre les donnes dHOMER et celles de RETScreen, des simulations ont

    t faites la fois avec les donnes densoleillement dHOMER et celles de RETScreen afin de

    vrifier si les rsultats diffrent beaucoup pour le systme photovoltaque simul sous HOMER.

    Lexercice a t fait avec les trois diffrentes donnes de consommation tudies :

    Consommation totale moyenne pour une rsidence,

    Consommation sans chauffage pour une rsidence,

    Consommation sans chauffage et utilisant des appareils efficaces.

    Au Tableau 5.1, la comparaison est faite pour la consommation totale tandis quau Tableau 5.2,

    cest la comparaison avec la situation sans chauffage qui est dfinie et finalement, le Tableau 5.3

    prsente le dernier cas, donc le calcul a t fait avec la consommation sans chauffage et en

    utilisant des appareils efficaces. Dans tous les cas, un plus petit systme est ncessaire lorsquon

    utilise les donnes de gisement solaire issues du logiciel RETScreen; il ncessite moins de

    puissance crte installe et un nombre de batteries quivalent ou infrieur. Les plus grandes

    diffrences sont observes au niveau des donnes pour les cots qui dcoulent de la dimension

    du systme install. Les donnes de gisement sont divergentes jusqu 11 % pour certains mois,

    alors que les valeurs issues des simulations prsentent au maximum un cart de 8 %. Pour ce qui

    est de lexcs dnergie, les valeurs trouves sont similaires avec un maximum de 2 % dcart.

    Globalement, les carts sont sous les 10 %, donc du mme ordre de grandeur. Dans ltude

    principale, les donnes de HOMER sont utilises reprsentant ainsi le plus gros systme

    ncessaire, donc le pire cas.

  • 57

    Tableau 5.1 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation totale de 48,88 kWh/j

    Conso totale, moy : 48.88 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperatingcost ($/an)

    TotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 65kWc, 195*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 392553 8434 500362 2.199 73.6PV seul (DRET) 60kWc, 195*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 371853 8424 479534 2.107 73.8

    cart en % -5.3 -0.1 -4.2 -4.2 0.3

    Tableau 5.2 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation sans chauffage de 19,5 kWh/j

    Conso sans chauffage scaled, scaled 19.5 : moy : 19.5 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 23kWc, 56*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 130908 2437 162063 1.782 70.3PV seul (DRET) 22kWc, 51*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 123733 2226 152187 1.674 71.6

    cart en % -5.5 -8.7 -6.1 -6.1 1.8

    Tableau 5.3 Systme photovoltaque valu avec les gisements de HOMER et de RETScreen

    pour la consommation sans chauffage et avec appareils efficaces de 11,7 kWh/j

    Conso sans chauffage scaled, scaled 11.7 (appareils efficaces), moy : 11.7 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 14kWc,34*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 79446 1475 98298 1.801 70.7PV seul (DRET) 13kWc,32*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 74092 1389 91848 1.683 71.1

    cart en % -6.7 -5.8 -6.6 -6.6 0.6

    5.2 Validation des simulations avec la consommation totale Saint-Hubert

    La validation se fait avec les donnes de consommation dune rsidence moyenne pour la ville

    de Saint-Hubert. Les systmes valids sont les systmes seuls, donc : olien, disel et

    photovoltaque. Les calculs de dimensionnement manuels sont compars aux rsultats donns par

    HOMER. De plus, une comparaison de la situation Saint-Hubert est ralise avec la situation

    pour un lieu trs ensoleill et un lieu trs venteux.

  • 58

    5.2.1 Comparaison des calculs manuels et des simulations pour le

    dimensionnement

    Normalement, le dimensionnement la main se fait partir des donnes de consommations les

    plus importantes et avec la donne du gisement le plus faible. Cette faon est trs rapide et

    permet dobtenir un ordre de grandeur, cependant pour des rgions comme le Qubec, le systme

    sen retrouve surdimensionn. Jai donc calcul diffrents cas possibles.

    Pour le systme photovoltaque, les cas de dimensionnement tudis sont les suivants :

    Avec la donne mensuelle de la plus grande consommation journalire moyenne

    et avec la donne mensuelle du plus faible gisement moyen,

    Avec la donne annuelle de la consommation journalire moyenne et avec la

    donne mensuelle du plus faible gisement moyen,

    Avec la donne mensuelle de la plus grande consommation journalire moyenne

    et avec la donne du gisement moyen annuel,

    Avec la donne annuelle de la consommation journalire moyenne et avec la

    donne du gisement moyen annuel.

    Dans le Tableau 5.4 sont dcrits les diffrents cas dfinis prcdemment et ils sont compars au

    systme optimal tel quobtenu avec HOMER. On remarque tout dabord que les rsultats sont du

    mme ordre de grandeur que les calculs manuels. Pour la puissance totale des panneaux

    ncessaires, le rsultat dHOMER se situe entre les deux premiers cas tudis : le cas pour lequel

    le systme on prend la pire donne de consommation et la pire donne de gisement et le cas pour

    lequel on utilise la pire donne moyenne de consommation et la donne du pire gisement. Le

    calcul manuel de dimensionnement de base ne peut pas tre aussi raffin que celui dHOMER

    puisquHOMER optimise selon les donnes de consommation fournies pour chaque heure de

    lanne. Si lon veut faire des calculs de dimensionnement aussi prcis, on se retrouve faire un

    systme quivalent un logiciel comme HOMER, cest pourquoi un simple dimensionnement de

    base a t ici utilis. Au niveau des batteries, le dimensionnement manuel se base sur 8 jours

    dautonomie, nombre de jours ncessaire selon les donnes statistiques de jours sans

    ensoleillement. Dans mon dimensionnement manuel, jai tenu compte du nombre de batteries en

    srie et en parallle. Jai obtenu que pour combler les besoins plus de deux sries de 60 batteries

  • 59

    de 200 Ah mises en parallle taient ncessaires, donc entre 160 et 240 batteries sont ncessaires.

    Dans HOMER, je nai pas utilis la fonction permettant de mettre les batteries en srie et en

    parallle afin dobtenir un rsultat plus prcis, ce rsultat est de 195 batteries. Le nombre de

    batteries propos par HOMER se situe entre les valeurs trouves par calcul. Pour la puissance de

    londuleur, les deux valeurs sont semblables. Somme toute, les rsultats obtenus par HOMER

    sont senss et je les considre comme valides.

    Tableau 5.4 Comparaison des calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-

    Hubert avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme photovoltaque

    Rsultats du calculs Information sur les calculs97.5kWc Consommation du pire mois avec gisement du pire mois56.5kWc Consommation moyenne avec gisement du pire mois34.4kWc Consommation du pire mois avec gisement moyen20.0 kWc Consommation moyenne avec gisement moyen

    Batteries 195*200Ah 160 ou 240 batteries 8 jours d'autonomieOnduleur 6 kW 6.5625kW partir de la puissance instantane maximale

    Calculs

    Panneaux 65kWc

    Type d'appareils SimulationsHOMER

    Le Tableau 5.5 prsente la mme comparaison, mais cette fois-ci pour le systme olien. Comme

    dj relat dans la revue de littrature, peu de documents existent pour le dimensionnement

    simple de systme olien non raccord au rseau. La littrature dcrit plutt comment concevoir

    une olienne plutt que dexposer comment dimensionner partir doliennes existantes. Le

    dimensionnement seffectue normalement en se basant sur la courbe de puissance dune olienne

    et la distribution des vents selon leur vitesse. Une olienne a donc t slectionne afin de

    pouvoir effectuer les calculs et de pouvoir faire une comparaison. Plusieurs cas de

    dimensionnement ont aussi t tudis :

    Avec la puissance ncessaire pour rpondre aux besoins et la puissance maximale

    thorique pouvant tre retire du gisement moyen du pire mois,

    Avec la puissance ncessaire pour rpondre aux besoins et la puissance maximale

    pouvant tre retire du gisement olien (en effectuant une moyenne pondre avec

    les donnes de gisement et en fonction de la frquence des vents),

    Avec la puissance ncessaire pour rpondre aux besoins et la puissance des

    oliennes (cette puissance des oliennes est une moyenne pondre selon la

    courbe de puissance et la frquence des vents).

  • 60

    Au Tableau 5.5, on observe que le dimensionnement des oliennes selon le premier cas mne

    un surdimensionnement, alors que les deux autres valeurs offrent un intervalle du mme ordre de

    grandeur. Le rsultat trouv par HOMER se situe effectivement entre ces deux valeurs. Au

    niveau du dimensionnement des batteries pour le systme olien, il est difficile darriver une

    bonne estimation sauf si des mesures ont t prises sur place. Les donnes normalement

    disponibles sont la frquence des vents selon diffrents intervalles de vitesse. Il est difficile de

    trouver le nombre de jours sans vent alors quil est facile de trouver le nombre de jours sans

    ensoleillement pour les gisements solaires. Lestimation a donc t faite comme si toute la

    proportion de vent entre 0 et 2 m/s, vent insuffisant pour faire tourner lolienne, tait

    conscutive, cest pourquoi le nombre de batteries est surestim. Les quantits trouves sont

    donc des bornes suprieures, mais la vraie quantit doit tre significativement moindre. HOMER

    offre un rsultat de 65 batteries 12 V de 200 Ah. Ce serait donc acceptable. Pour londuleur,

    tant donn que la consommation est la mme, londuleur est de mme puissance que pour le

    systme photovoltaque. Au Tableau 5.6, le systme disel seul est compar aux calculs manuels.

    Les deux valeurs sont similaires, elles ont un cart de 5 %.

    Tableau 5.5 Comparaison de calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-Hubert

    avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme olien

    Rsultats du calculs Information sur les calculs39 oliennes Pncessaire / Pmax pouvant tre retire du vent du pire mois

    17 oliennesPncessaire / Pmax pouvant tre retire du vent avec

    moyenne pondre du vent (en fc de la frquence des vents)

    10 oliennesP ncessaire / P des oliennes (moyenne pondre) selon la

    courbe de puissance et la frquence des vents243 batteries Avec consommation moyenne (surestime*)419 batteries Avec consommation du pire mois (surestime*)

    Onduleur 6kW 6.5625kW partir de la puissance instantane maximale

    Type d'appareils SimulationsHOMER

    Calculs

    oliennes 13*2kW

    Batteries 65*200Ah

    Tableau 5.6 Comparaison de calculs manuels et des simulations sous HOMER pour Saint-Hubert

    avec la consommation moyenne dune rsidence pour le systme disel

    Rsultats du calculs Information sur les calculsGnratrice 6kW 6.3kW partir de la puissance instantane maximale

    Type d'appareils SimulationsHOMER

    Calculs

  • 61

    5.2.2 Comparaison entre Saint-Hubert et un lieu trs ensoleill

    Une comparaison entre Saint-Hubert du Qubec et Djibo du Burkina Faso (situation trs

    ensoleille) a t faite. Jai donc impos la mme consommation pour les 2 lieux afin de voir

    leffet de lensoleillement sur le dimensionnement et les cots du systme. Cette comparaison a

    t faite pour les trois profils de consommation pour une rsidence dans le cas du systme

    photovoltaque.

    Pour les donnes densoleillement (rayonnement global sur une surface horizontale), en

    moyenne, Djibo offre 68 % de plus densoleillement que Saint-Hubert (Tableau 5.7). Saint-

    Hubert a de plus grands carts : un minimum de 1.280 kWh/(m2j) en dcembre et un maximum

    de 5.610 kWh/(m2j) en dcembre. Les variations sont moindres pour Djibo : un maximum de

    6.524 kWh/(m2j) en mai et un minimum de 5.111 kWh/(m2j) en janvier.

    Tableau 5.7 Moyenne densoleillement pour Saint-Hubert et Djibo

    Saint-Hubert en kWh/(m2j) Djibo en kWh/(m2j) Diffrence

    Moyenne 3.522 5.941 69%

    Les systmes installs requis pour les 2 lieux sont dtaills dans le Tableau 5.8. Le systme

    Djibo ncessite 63 % moins de panneaux que celui install Saint-Hubert et cest donc cohrent

    avec lensoleillement supplmentaire de 68 % Djibo. Au niveau des cots, les cots initiaux

    sont de 56 % moins levs pour Djibo, alors que le cot total et le cot de lnergie par kWh sont

    de 51 % moins levs. La diffrence est moins leve pour les cots dopration qui sont

    principalement relis aux cots dopration, dentretien et de remplacement des batteries.

    Tableau 5.8 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation moyenne dune rsidence pour le systme photovoltaque

    Conso totale, moy : 48.88 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperatingcost ($/an)

    TotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)

    PV seul (DHOMER)St-Hubert 65kWc, 195*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 392553 8434 500362 2.199 73.6PV seul (DHOMER)Djibo 24kWc, 110*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 171218 5622 243083 1.068 51

    Comparaison en % : -56 -33 -51 -51 -31

  • 62

    Les cots dopration comprennent globalement les frais dopration et dentretien en plus des

    cots en carburant (ici, nul) et des frais de remplacement dquipement, tout ceci remis en un

    cot par anne; on y enlve aussi le prix rcupr de lquipement qui nest pas sa fin de vie

    la fin du projet. Djibo ncessite 43 % moins de batteries et les cots dopration sont diminus de

    33 %. Les Tableau 5.9 et Tableau 5.10 prsentent le dtail des cots dopration pour le systme

    Djibo et Saint-Hubert.

    Tableau 5.9 Dtail des cots dopration pour le systme photovoltaque Djibo pour une

    rsidence moyenne

    Remplacement O&M Fuel Salvage Operating costsPV 0 48 0 0 48Batteries 4,979 668 0 -215 5432Onduleur 166 6 0 -31 141Systme 5,146 722 0 -245 5623

    Tableau 5.10 Dtail des cots dopration pour le systme photovoltaque Saint-Hubert pour

    une rsidence moyenne

    Remplacement O&M Fuel Salvage Operating costsPV 0 130 0 0 130Batteries 8,057 1,184 0 -1,079 8162Onduleur 166 6 0 -31 141Systme 8,224 1,320 0 -1,110 8434

    Au niveau de lexcs dnergie, Djibo a 31 % moins de surplus en nergie par rapport Saint-

    Hubert. Le systme peut donc tre mieux dimensionn ou mieux adapt, dans ce cas-ci, le

    systme photovoltaque est mieux adapt pour une situation plus ensoleille et avec un gisement

    plus uniforme. Il est normal davoir beaucoup de surplus dnergie Saint-Hubert puisque la

    demande nergtique est leve quand le gisement est faible et quand le gisement est fort, la

    demande est faible, bref ce sont des profils opposs. Une tude par calculs a t faite afin de

    vrifier si lexcs dnergie tait cohrent pour Djibo et Saint-Hubert pour le systme

    photovoltaque pour une rsidence. Le dtail de ces calculs est dfini au Tableau 5.11 pour Saint-

    Hubert et au Tableau 5.12 pour Djibo. Pour Saint-Hubert, on aurait en moyenne, par calculs,

    63 % dexcs dnergie si on considre un systme de panneaux qui peut rpondre au cas du pire

    mois et pour Djibo, ce serait environ 49 %. HOMER propose un systme avec prs de 74 %

    dexcs dnergie pour Saint-Hubert et avec 51 % dexcs dnergie pour Djibo. Les rsultats

  • 63

    sont similaires, mais pas identiques donc les systmes valus par HOMER pourraient tre plus

    optimiss au niveau de lexcs dnergie. Ceci sexplique puisque le logiciel HOMER optimise

    le systme en fonction des cots sur un systme entier et non pas par rapport lexcs dnergie

    produit par le systme.

    Tableau 5.11 Calculs dexcs dnergie pour Saint-Hubert pour le systme photovoltaque pour

    une rsidence moyenne

    CONSOTOTALE

    nergiefournie

    avecpanneaux

    max

    Excs p/r nergieproduite

    kWh/j kWh/j %Janvier 84.43 91 8Fvrier 74.70 146 49Mars 62.60 209 70Avril 46.61 258 82Mai 33.07 295 89Juin 29.63 324 91Juillet 29.08 319 91Aot 30.06 284 89Septembre 29.11 218 87Octobre 38.66 138 72Novembre 54.59 84 35Dcembre 73.96 74 0

    min 74 0max 324 91moy 203 63

  • 64

    Tableau 5.12 Calculs dexcs dnergie pour Djibo pour le systme photovoltaque pour une

    rsidence moyenne

    CONSOTOTALE

    nergiefournie

    avecpanneaux

    max

    Excs p/r nergieproduite

    kWh/j kWh/j %Janvier 84.43 84 0Fvrier 74.7 99 25Mars 62.6 105 41Avril 46.61 107 56Mai 33.07 108 69Juin 29.63 102 71Juillet 29.08 98 70Aot 30.06 99 70Septembre 29.11 100 71Octobre 38.66 98 61Novembre 54.59 92 41Dcembre 73.96 86 14

    min 84 0max 108 71moy 98 49

    Le Tableau 5.13 permet de comparer les systmes ncessaires Djibo et Saint-Hubert pour

    rponde la consommation nergtique de laquelle la proportion du chauffage a t retire. Cette

    tude avec la consommation sans chauffage a t faite dans le but de dterminer si ctait le

    gisement ou la consommation qui entranait un si grand excs dnergie. En enlevant la

    proportion du chauffage de la consommation totale, on obtient une demande nergtique plus

    nivele. Pour Saint-Hubert la proportion du surplus dnergie est trs similaire celle pour le cas

    du la consommation totale (74 % vs 70 %), jen dduis donc que dans ce cas ce serait le gisement

    qui influence grandement le surplus dnergie. Pour Djibo, on observe une nette diminution de la

    proportion dexcs dnergie entre le cas de la consommation totale (51 % dexcs dnergie) et

    le cas sans chauffage (33 %), donc dans le cas de Djibo, ce serait la demande nergtique qui

    affecte plus le surplus dnergie. Au niveau des cots, la diffrence entre Saint-Hubert et Djibo

    est sensiblement la mme sauf pour les cots dopration qui sont en trs grande partie lis au

  • 65

    systme de batteries. Ceci est explicable puisque, pour Djibo avec une consommation nivele, le

    gisement est suffisant pour remplir un bon nombre de batteries tout en ayant un moins grand

    nombre de panneaux, ainsi le nombre de batteries Djibo est similaire celui de Saint-Hubert.

    On peut aussi remarquer que bien que la consommation ait diminue de 60 %, le COE en $/kWh

    na diminu que de 13 % pour Djibo et 9 % pour Saint-Hubert, alors bien que la consommation

    soit plus faible et nivele, les conomies du systme en terme de $/kWh produit ne sont pas

    significatifs ce qui pourrait dire que le COE en $/kWh produit est plutt li au gisement qu la

    demande nergtique.

    Tableau 5.13 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage dune rsidence pour le systme photovoltaque

    Conso sans chauffage scaled, scaled 19.5 : moy : 19.5 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER)St-Hubert 23kWc, 56*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 130908 2437 162063 1.782 70.3

    PV seul (DHOMER)Djibo 7kWc, 40*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 54956 2337 84833 0.933 32.8

    Comparaison en % : -58 -4 -48 -48 -53

    Pour le Tableau 5.14, la situation de consommation sans chauffage et en utilisant des appareils

    efficaces a t tudie pour Djibo et Saint-Hubert. En passant de la consommation sans

    chauffage la consommation sans chauffage et en utilisant des appareils efficaces, lexcs

    dnergie a grandement diminu pour Saint-Hubert passant de 70 % 59 %, alors que pour Djibo

    la proportion de surplus dnergie est reste stable de 33 % 29 %. Pour un lieu avec de grands

    carts de gisement solaire au fil de lanne comme Saint-Hubert, le gisement est plus influent

    pour de grandes consommations gardant ainsi la proportion de surplus dnergie importante,

    alors que pour de petites consommations, la diminution de la demande nergtique entrane une

    diminution de la proportion du surplus dnergie. La relation semble inverse pour un lieu comme

    Djibo pour lequel le gisement solaire est similaire tout au long de lanne, pour de grandes

    consommations, limportance de la demande nergtique ou du caractre erratique de la

    demande influence beaucoup la proportion du surplus dnergie, alors que pour des demandes de

    profils similaires plus faibles, la diminution de la demande nergtique affecte peu la proportion

    du surplus dnergie.

  • 66

    Tableau 5.14 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs ensoleill sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage et avec lutilisation dappareils efficaces dune rsidence pour le

    systme photovoltaque

    Conso sans chauffage scaled, scaled 11.7 (appareils efficaces), moy : 11.7 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)

    PV seul (DHOMER)St-Hubert 10kWc,56*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 76240 2388 106762 1.957 58.9PV seul (DHOMER)Djibo 4kWc,28*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 34404 1340 51534 0.944 29.4

    Comparaison en % : -55 -44 -52 -52 -50

    5.2.3 Comparaison entre Saint-Hubert et un lieu trs venteux

    Une comparaison entre Saint-Hubert du Qubec et Drogden du Danemark (lieu trs venteux) a

    t faite. Tout comme pour le systme photovoltaque, jai donc impos la mme consommation

    pour les 2 lieux afin de voir leffet de lensoleillement sur le dimensionnement et les cots du

    systme. Cette comparaison a t faite pour les trois profils de consommation pour une rsidence

    dans le cas du systme olien.

    Pour les donnes de gisement olien, en moyenne, Drogden offre 78 % de plus de vent

    que Saint-Hubert (Tableau 5.15).

    Tableau 5.15 Moyenne de gisement olien pour Saint-Hubert et Drogden

    Saint-Hubert en m/s Drogden en m/s Diffrence

    Moyenne 4.446 7.936 78%

    Les systmes installs requis pour les 2 lieux sont dtaills dans le Tableau 5.16. Le systme

    Drogden ncessite 54 % moins doliennes que celui install Saint-Hubert, cest donc un peu

    plus faible que pour la diffrence de gisement entre les 2 lieux (78 %). Au niveau des cots, les

    cots initiaux sont de 47 % moins levs pour Drogden ainsi que le cot de lnergie par kWh,

    alors que le cot total et les cots dopration sont de 46 % moins levs. Les 2 lieux ont le

    mme pourcentage dexcs dnergie.

  • 67

    Tableau 5.16 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation moyenne dune rsidence pour le systme olien

    Conso totale, moy : 48.88 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperatingcost ($/an)

    TotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)olien seul St-Hubert 13*2kW ol, 65*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 122543 6494 205559 0.903 68.9olien seulDrogden 6*2kW ol, 40*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 65368 3492 110006 0.483 68.2

    Comparaison en % : -47 -46 -46 -47 -1

    Rappelons que les cots dopration comprennent globalement les frais dopration et dentretien

    en plus des cots en carburant (ici, nul) et des frais de remplacement dquipement, tout ceci

    remis en un cot par anne; on y enlve aussi le prix rcupr de lquipement qui nest pas sa

    fin de vie la fin du projet. Drogden ncessite 38 % moins de batteries et les cots dopration

    sont diminus de 46 %. Les Tableau 5.17 et Tableau 5.18 prsentent le dtail des cots

    dopration pour le systme Djibo et Saint-Hubert.

    Tableau 5.17 Dtail des cots dopration pour le systme olien Drogden pour une rsidence

    moyenne

    Remplacement O&M Fuel Salvage Operating costsolienne 1,175 720 0 -219 1676Batteries 1,653 243 0 -221 1675Onduleur 166 6 0 -31 141Systme 2,994 969 0 -471 3492

    Tableau 5.18 Dtail des cots dopration pour le systme olien Drogden pour une rsidence

    moyenne

    Remplacement O&M Fuel Salvage Operating costsolienne 2,546 1,560 0 -474 3632Batteries 2,686 395 0 -360 2721Onduleur 166 6 0 -31 141Systme 5,398 1,961 0 -864 6495

    Le Tableau 5.19 permet de comparer les systmes ncessaires Drogden et Saint-Hubert pour

    rponde la consommation nergtique de laquelle la proportion du chauffage a t retire. Pour

    Saint-Hubert la proportion du surplus dnergie est trs similaire celle pour le cas du la

  • 68

    consommation totale (69 % vs 68 %), jen dduis donc que dans ce cas ce serait le gisement qui

    influence grandement le surplus dnergie. Pour Drogden, on observe une certaine diminution de

    la proportion dexcs dnergie entre le cas de la consommation totale (68 % dexcs dnergie)

    et le cas sans chauffage (62 %), donc dans le cas de Drogden, la demande nergtique affecterait

    le surplus dnergie. Au niveau des cots, la diffrence entre Saint-Hubert et Drogden a

    nettement diminu passant de 46-47 % pour le cas de la consommation totale entre 24 et 30 %

    pour le cas sans chauffage. Pour Saint-Hubert, ce serait le gisement qui affecte le surplus

    dnergie alors que pour Drogden ce serait aussi selon le profil de consommation qui affecterait

    la proportion de surplus dnergie. On peut aussi remarquer que bien que la consommation ait

    diminue de 60 %, le COE en $/kWh na diminu que de 16 % pour Saint-Hubert et ce cot

    augment de 14 % pour Drogden, alors bien que la consommation soit plus faible et nivele, les

    conomies du systme en terme de $/kWh produit ne sont pas significatifs et on obtient mme

    une augmentation pour Drogden, ce qui pourrait dire que le COE en $/kWh produit dans le cas

    de Saint-Hubert est plutt li au gisement qu la demande nergtique, alors que pour Drogden,

    le profil de consommation semble avoir une influence.

    Tableau 5.19 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage dune rsidence pour le systme olien

    Conso sans chauffage scaled, scaled 19.5 : moy : 19.5 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)olien seul St-Hubert 5*2kW ol, 16*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 41408 2162 69048 0.759 67.7olien seulDrogden 3*2kW ol, 15*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 28871 1652 49993 0.549 61.7

    Comparaison en % : -30 -24 -28 -28 -9

    Pour le Tableau 5.20, la situation de consommation sans chauffage et en utilisant des appareils

    efficaces a t tudie pour Drogden et Saint-Hubert. En passant de la consommation sans

    chauffage la consommation sans chauffage et en utilisant des appareils efficaces, la proportion

    de surplus dnergie est reste stable 68 % pour Saint-Hubert et a augment pour Drogden de

    62 % 73 %.

  • 69

    Tableau 5.20 Comparaison de Saint-Hubert et dun lieu trs venteux sous HOMER avec la

    consommation sans chauffage et avec lutilisation dappareils efficaces dune rsidence pour le

    systme olien

    Conso sans chauffage scaled, scaled 11.7 (appareils efficaces), moy : 11.7 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)olien seul St-Hubert 3*2kW ol, 15*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 27953 1490 46995 0.861 67.7olien seulDrogden 2*2kW ol, 10*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 19766 1024 32862 0.602 73.3

    Comparaison en % : -29 -31 -30 -30 8

    5.2.4 Validation avec les fichiers disponibles dans HOMER ou RETScreen

    Il tait prvu quune validation soit faite en utilisant les fichiers disponibles dans HOMER et

    dans RETScreen, cependant le manque de dtails sur les informations entres dans les fichiers ne

    permet pas de faire une bonne comparaison avec les fichiers crs pour ce projet. De plus pour

    les systmes photovoltaques, le cot des panneaux a diminu substantiellement ces dernires

    annes et si lanne de rfrence du fichier nest pas indique, il est difficile de comparer encore

    une fois le cot des systmes. Des analyses de sensibilits ont donc t faites.

  • 70

    CHAPITRE 6 TUDE COMPARATIVE DES SYSTMES SEULS,

    HYBRIDES AUTONOMES ET HYBRIDES CONNECTES AU RSEAU

    6.1 tudes des systmes seuls avec HOMER et RETScreen

    Les systmes seuls (photovoltaque, olien et disel) sont tudis tout dabord avec le logiciel

    HOMER et les rsultats issus du cas tudi avec la consommation totale sont ensuite compars

    une simulation RETScreen.

    6.1.1 Systmes seuls avec HOMER

    Les systmes seuls (photovoltaque, olien et disel) sont compars les uns aux autres pour les 3

    cas de consommation tudis. Dans le Tableau 6.1, les systmes seuls qui rpondent la

    consommation totale sont dtaills. Le systme photovoltaque demande un cot initial trs

    important, le cot total en est donc affect et le cot par kWh est lev. Pour le systme olien, le

    cot initial est largement moins lev que pour celui du systme photovoltaque, mais les cots

    dopration sont tout de mme lev, en plus des batteries qui sont une grande partie des cots

    dopration, les oliennes ncessitent plus dentretien que les panneaux solaires. Le systme

    disel quant lui ncessite un investissement initial minimal et la majeure partie du cot total du

    systme provient des cots dopration qui sont majoritairement lis lutilisation de carburant.

    Les systmes olien et photovoltaque ont tous deux une proportion dexcs dnergie similaires

    importantes alors que le systme disel est plutt bien adapt pour lutilisation de toute lnergie

    produite. Les systmes olien et disel offrent un cot similaire par kWh produit.

    Tableau 6.1 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 48,88kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperatingcost ($/an)

    TotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 65kWc, 195*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 392553 8434 500362 2.199 73.6PV seul (DRET) 60kWc, 195*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 371853 8424 479534 2.107 73.8olien seul 13*2kW ol, 65*200Ah (2.4kWh), 6kW CONV 122543 6494 205559 0.903 68.9Diesel seul 5kW GEN 6000 14298 188772 0.829 5.85

  • 71

    Le Tableau 6.2 reprsente le sommaire des systmes seuls pour le cas de la consommation sans

    chauffage. Le profil de consommation est plus liss et la consommation est rduite de 60 %, les

    systmes ncessaires sont donc moins importants. Les systmes dnergies renouvelables ont un

    prix de revient de lnergie qui est diminue par rapport au cas de la consommation totale. Pour

    le systme photovoltaque, la diminution est de 19 % et pour le systme olien, 16 %. Le cot

    COE est le mme pour le systme disel. Le surplus dnergie pour chaque systme est similaire

    dans les 2 cas. La rpartition des autres cots pour chacun des systmes (cots initiaux, cots

    dopration et cots totaux) est la similaire celle pour la situation de la consommation totale.

    Tableau 6.2 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 19,5kWh/j

    Conso sans chauffage scaled, scaled 19.5 : moy : 19.5 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 23kWc, 56*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 130908 2437 162063 1.782 70.3PV seul (DRET) 22kWc, 51*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 123733 2226 152187 1.674 71.6olien seul 5*2kW ol,16*200Ah (2.4kWh), 2kW CONV 41408 2162 69048 0.759 67.7Diesel seul 2kW GEN 2400 5623 74282 0.816 1.78

    Au Tableau 6.3, le dernier cas de consommation est prsent. Pour le photovoltaque, le prix de

    revient a lgrement augment alors que la proportion dexcs dnergie a diminu. Pour le

    systme olien, le prix de revient a aussi augment, mais la proportion de surplus dnergie est

    reste la mme. Pour le systme disel, le cot de revient a diminu lgrement et la proportion

    dexcs dnergie est toujours faible. La rpartition des autres cots pour chacun des systmes

    est elle-aussi similaire aux cas prcdents.

    Tableau 6.3 Rsum des systmes simples tudis avec HOMER pour Saint-Hubert pour la

    consommation totale de 11,7kWh/j

    Conso sans chauffage scaled, scaled 11.7 (appareils efficaces), moy : 11.7 kWh/j

    Type de systme Rsum du systme Initial costOperating

    costTotalNPC

    COE$/kWh

    Excsd'nergie

    (%)PV seul (DHOMER) 10kWc,56*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 76240 2388 106762 1.957 58.9PV seul (DRET) 13kWc,32*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 74092 1389 91848 1.683 71.1olien seul 3*2kW ol,15*200Ah (2.4kWh), 1kW CONV 27953 1490 46995 0.861 67.6Diesel seul 1kW GEN 1200 3011 39688 0.727 0.39

  • 72

    6.1.2 Comparaison des rsultats des systmes seuls de HOMER et RETScreen

    Pour le cas de la consommation totale, une simulation RETScreen a t faite pour les 3 systmes

    simples : photovoltaque, olien et disel. Les mmes donnes entres dans HOMER ont t

    entres dans RETScreen (Figure 6.1, Figure 6.2 et Figure 6.3). Le cot de revient par anne du

    systme avec RETScreen est de 39 142$ qui est le mme cot que pour HOMER. Au niveau du

    graphique des flux montaires ( droite dans la Figure 6.1), on est un peu moins de 1 000 000$

    pour le cot total du systme. Le cot total de HOMER est le Net Present Cost (500 362$) qui

    est diffrent du cot total de RETScreen (25ans*39 142$= 978 550$) reprsent sur le graphique.

    Si on calcule la valeur future (capitalise du systme), on obtient que le systme vaudra

    2 147 489$ dans 25 ans. De cette valeur, on peut trouver les annuits qui seraient de 39 147$,

    donc la valeur de HOMER. Cette valeur multiplie par 25 ans donne la valeur de RETScreen.

  • 73

    Figure 6.1 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme photovoltaque seul Saint-Hubert

    Le cot de revient par anne du systme avec RETScreen est de 16 081$ qui est le mme cot que pour HOMER. Au niveau du

    graphique des flux montaires ( droite dans la Figure 6.2), on est un peu plus de 400 000$ pour le cot total du systme. Le cot

    total de HOMER est le Net Present Cost (205 559$) qui est diffrent du cot total de RETScreen (25ans*16 081$= 402 025$)

    reprsent sur le graphique. Si on calcule la valeur future (capitalise du systme), on obtient que le systme vaudra 882 233$ dans

    25 ans. De cette valeur, on peut trouver les annuits qui seraient de 16 080$, donc la valeur de HOMER. Cette valeur multiplie par

    25 ans donne la valeur de RETScreen.

  • 74

    Figure 6.2 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme olien seul Saint-Hubert

    Le cot de revient par anne du systme avec RETScreen est de 13 074$ qui est similaire au cot de HOMER de 14 767$. Au niveau

    du graphique des flux montaires ( droite dans la Figure 6.3), on est un peu plus de 325 000$ pour le cot total du systme. Le cot

    total de HOMER est le Net Present Cost (188 772$) qui est diffrent du cot total de RETScreen (25ans*13 074$= 326 850$)

    reprsent sur le graphique. Il y a une diffrence pour le cot en combustible qui est annuellement de 9 880$ dans HOMER et que de

    8 187$ dans RETScreen en entrant une consommation spcifique (15 409kJ/kWh) quivalente celle entre dans HOMER. Si on

    entre une consommation spcifique de 18 600kJ/kWh dans RETScreen, on obtient les mmes cots de combustible quHOMER. Vu le

    manque dinformations fournies par laide de RETScreen, on ne sait pas comment RETScreen prend en compte la consommation

    spcifique.

  • 75

    Figure 6.3 Analyse financire RETScreen pour la consommation totale pour le systme disel seul Saint-Hubert

    Si on calcule la valeur future (capitalise du systme), on obtient que le systme vaudra 810 185$ dans 25 ans. De cette valeur, on peut

    trouver les annuits qui seraient de 14 767$, donc la valeur de HOMER. Cette valeur multiplie par 25 ans donne la valeur de

    RETScreen.

  • 76

    6.2 Systmes hybrides

    6.2.1 Systmes hybrides avec analyses de sensibilit avec consommation totale

    En considrant la consommation totale dune rsidence moyenne, les diffrents systmes

    hybrides en situation hors rseau comprenant des panneaux solaires, des oliennes, des batteries

    et une gnratrice ont t analyss. La Figure 6.4 montre les systmes en ordre : du plus

    conomique au moins conomique selon le NPC (Net Present Cost).

    Figure 6.4 Analyse des systmes hors rseau pour la consommation dune maison moyenne avec

    les cots valus initialement

    On remarque donc que le meilleur systme serait celui olien, disel et batteries et le deuxime

    meilleur serait le systme hybride comprenant toutes les composantes possibles oliennes,

    panneaux photovoltaques, gnratrice disel et batteries. Les deux pires systmes sont les

    systmes olien seul avec batteries et photovoltaque seul avec batteries. Le systme disel seul

    nest pas, au fil des ans, la solution la plus conomique choisir. Le systme olien-

    photovoltaque avec batteries vient aprs les systmes avec gnratrice disel et batteries

    ensemble lexception de la gnratrice et des batteries seules. Le Tableau 6.4 montre une

    analyse de sensibilit sur le cot des batteries en conservant le cot des autres quipements fixes

    et il prsente lanalyse avec un cot de batteries lachat de 25 % plus faible et 15 % plus lev.

  • 77

    Tableau 6.4 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    batteries

    Modification du cot des batteries et cots des autres quipements fixes15% de plus du cot initial des batteries

    25% de moins du cot initial des batteries

    En comparaison avec la situation initiale, laugmentation du cot de 15 % des batteries naffecte

    pas le classement des diffrents systmes, alors quen diminuant de 25 % ce mme cot, le

    systme olien avec batteries passe de lavant-dernier rang au 5e rang. En somme, la variation du

    cot des batteries dans ce cas influence peu le classement de systme donc les systmes

    prioriser.

    Au Tableau 6.5, une analyse similaire est faite en faisant varier le cot des oliennes.

  • 78

    Tableau 6.5 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    oliennes

    Modification du cot des oliennes15% de plus du cot initial des oliennes

    25% de moins du cot initial des oliennes

    En comparaison avec la situation initiale, laugmentation du cot de 15 % des oliennes naffecte

    pas le classement des 3 premiers et des 3 derniers systmes, alors que les positions mdianes sont

    modifies. Parmi ces positions mdianes, les systmes ayant des oliennes ont reculs dune 2

    positions. En diminuant de 25 % le cot des oliennes, les 4 premires positions et la dernire

    restent les mmes par rapport celle du cas initial, alors que les positions 5 10 sont changes.

    Le systme olien disel sans batteries a augment de 2 positions, le systme olien avec

    batteries a gagn 3 positions et finalement, le systme disel seul est descendu de 3 positions. En

  • 79

    somme, en faisant varier le cot des oliennes les 3 premiers systmes prioriser restent les

    mmes ainsi que le dernier systme, celui viter reste le photovoltaque seul avec batteries.

    Tableau 6.6 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot des

    panneaux

    Modification du cot des panneaux15% de plus du cot initial des panneaux

    50% de moins du cot initial des panneaux

    Au Tableau 6.6, lanalyse de sensibilit est faite pour le cot des panneaux. Une augmentation de

    15 % a t considre et une diminution de 50 % du cot des panneaux tant donn que depuis

    les dernires annes le cot des panneaux ne cesse de diminuer. Pour laugmentation de 15 %, le

    classement reste inchang donc laugmentation du cot na pas dinfluence sur les systmes

    prioriser dans ce cas-ci. En imposant une diminution du cot des panneaux de 50 % du cot

    initial, le systme hybride olien-disel-photovoltaque avec batteries passe de la 2e position au

    premier rang et les 3 derniers systmes restent leur position initiale. Un autre changement de

  • 80

    position est notable, le systme photovoltaque passe du 8e au 5e rang. En somme, mme une

    diminution significative du cot des panneaux amliore peu le sort des systmes photovoltaque,

    cependant le systme hybride olien-disel-photovoltaque avec batteries est favoriser.

    Une autre analyse de sensibilit a t effectue pour le cot du disel (Tableau 6.7). Le cot

    estim de dpart est de 1,2$/L. Les autres cots analyss sont 1,4$/L, 1,6$/L, 1,8$/L et 2$/L.

    Pour 1,4$/L pour la disel, le classement est inchang pour les 4 premires positions et pour la

    dernire par rapport la situation initiale. Pour les positions 5 10, globalement les systmes

    utilisant le disel sont descendus dun 2 positions et les systmes nayant pas de gnratrice

    disel ont augment dune 2 positions. Pour le cot du disel de 1,6$/L et de 1,8$/L, seules les

    6e, 7e, 8e et la dernire place est inchange. Le premier systme favoriser est donc maintenant le

    systme hybride olien-disel-photovoltaque avec batteries. Le systme olien avec batteries a

    fait un bond de la 10e place la 5e alors que le systme disel seul a subi une chute de la 5e

    position la 9e. Les autres systmes avec une gnratrice disel tudis ont subi une perte dune

    position. Pour 2$/L, les positions 6, 7, 8 et la dernire ne sont toujours pas changes. Le premier

    systme est aussi hybride olien-disel-photovoltaque avec batteries. Le systme olien-

    photovoltaque avec batteries a augment dune place, le systme olien avec batteries de 6

    positions et le systme photovoltaque-disel avec batteries de 3 places. Les autres systmes avec

    gnratrice disel ont diminu dune place. Ces analyses du cot du disel montrent que ds quil

    y a une augmentation du cot du disel, le systme hybride olien-disel-photovoltaque avec

    batteries est privilgier, alors que le systme photovoltaque avec batteries est toujours

    proscrire.

    De toutes ces analyses, on en ressort que le systme photovoltaque avec batteries est toujours

    proscrire pour la situation tudie, alors que le systme olien disel avec batteries est favoriser

    mme avec une variation du cot des batteries et des oliennes et mme pour une augmentation

    du cot des panneaux, mais le systme hybride olien-disel-photovoltaque avec batteries est

    favoriser pour une diminution du cot des panneaux de 50 % ou encore ds quil y a

    augmentation du cot du disel. Globalement, les systmes envisager sont le systme hybride

    olien-disel-photovoltaque avec batteries dans un futur proche (vu que le cot des panneaux est

    la baisse et que le cot du disel est la hausse) et le systme olien-disel avec batteries est un

    choix pour les systmes daujourdhui, mais il ne sera pas la solution long terme.

  • 81

    Tableau 6.7 Analyse de sensibilit pour les systmes hybrides avec modification du cot du

    disel

    Modification du cot du disel1.4$/L

    1.6$/L

    1.8$/L

    2$/L

  • 82

    Deux autres analyses dtailles sont effectues par graphique reprsentant les zones de systmes

    privilgier pour lvolution du cot des panneaux en fonction du cot du disel, les deux cots

    sont sujets changement dans les prochaines annes, le cot des panneaux tend diminuer alors

    que le cot du carburant tend augmenter.

    Au Tableau 6.8, lanalyse graphique du cot des panneaux est prsente en fonction du cot du

    disel et ce pour un cot des oliennes donn (graphique 1 : 75 % du cot des oliennes initial,

    graphique 2 : le cot initial et graphique 3 : pour 115 % du cot initial). Le cot des batteries est

    fixe. La rgion 1 reprsente la zone pour laquelle le systme hybride olien-disel avec batteries

    est prioriser alors que la 2 reprsente celle pour laquelle le systme hybride photovoltaque-

    disel-olien avec batteries est privilgier. On remarque donc que plus le cot des oliennes

    augmente, plus la zone du systme hybride photovoltaque-disel-olien avec batteries est grande

    et quil faut un cot lev des panneaux pour que le systme olien-disel avec batteries soit

    prioriser.

    Au Tableau 6.9, lanalyse graphique du cot des panneaux est prsente en fonction du cot du

    disel et ce, pour un cot de batteries donn (graphique 1 : 75 % du cot des batteries initial,

    graphique 2 : le cot initial et graphique 3 : pour 115 % du cot initial). Le cot des oliennes est

    fixe. Pour le cas de 75 % du cot des batteries, il faut un cot lev des panneaux et un faible

    cot du disel pour que le systme olien-disel avec batteries soit favoriser. Pour le cot initial

    des batteries, aussitt que le cot des panneaux est lev, le systme hybride olien-disel avec

    batteries peut tre favoris, cependant pour ce systme continue dtre privilgi plus le cot du

    disel augmente, il faut que le cot des panneaux soit trs lev. Si le cot des panneaux tend

    toujours diminuer dans les prochaines annes, le systme hybride photovoltaque-disel-olien

    avec batteries sera prfrable. Lorsque le cot des batteries est de 15 % plus lev, il faut que le

    cot des panneaux soit lev et que le cot du disel soit faible pour que le systme olien-disel

    avec batteries soit favorable. Majoritairement, le systme olien-disel avec batteries est

    recommand.

  • 83

    Tableau 6.8 Analyse graphique du cot des panneaux en fonction du cot du disel selon

    lvolution du cot des oliennes en conservant le cot des batteries fixe

    Graphe 1

    Graphe 2

    Graphe 3

    2

    1

    2

    1

    2

    1

    1

    1

    1

    1 2

    1

  • 84

    Tableau 6.9 Analyse graphique du cot des panneaux en fonction du cot du disel selon

    lvolution du cot des batteries en conservant le cot des oliennes fixe

    Graphe 1

    Graphe 2

    Graphe 3

    1

    2

    1

    1 2

    1

    1

    2

    1

    1

    2

    1

  • 85

    Pour le cot initial estim des panneaux et des batteries, lanalyse graphique est faite pour le cot

    des oliennes en fonction du cot du disel la Figure 6.5. Globalement, pour un faible cot du

    disel, le systme olien-disel avec batteries est prfrable, alors que pour un cot de disel

    lev le systme photovoltaque-disel-olien avec batteries est suggr.

    Figure 6.5 Analyse graphique du cot des oliennes en fonction du cot du disel en conservant

    le cot des panneaux et des batteries fixe

    Pour le cot initial estim des oliennes et des panneaux, lanalyse graphique est faite pour le

    cot des batteries en fonction du cot du disel la Figure 6.6. Sommairement, pour un faible

    cot du disel, le systme olien-disel avec batteries est favorable, alors que pour un cot de

    disel lev le systme photovoltaque-disel-olien avec batteries est recommand.

    1 2

    1

    2

    1

    1

  • 86

    Figure 6.6 Analyse graphique du cot des batteries en fonction du cot du disel en conservant le

    cot des panneaux et des oliennes fixe

    Une petite tude a aussi t faite pour le cas du cot des panneaux valant 50 % du cot initial aux

    Figure 6.7 et Figure 6.8. la Figure 6.7, le cot des oliennes est en fonction du cot du disel

    alors que pour la Figure 6.8, cot des batteries est prsent en fonction du cot du disel. Dans

    les 2 cas, le systme photovoltaque-disel-olien avec batteries est prfrable, ce qui veut dire

    que peut importe lvolution du cot des batteries, des oliennes ou du disel, si le cot des

    panneaux est diminu des 50 %, le systme photovoltaque-disel-olien avec batteries est

    toujours la solution privilgier.

    1

    1

    2

    1

    2

    1

  • 87

    Figure 6.7 Analyse graphique du cot des oliennes en fonction du cot du disel en conservant

    le cot batteries fixe avec le cot des panneaux 50 %

    Figure 6.8 Analyse graphique du cot des batteries en fonction du cot du disel en conservant le

    cot des oliennes fixe avec le cot des panneaux 50 %

  • 88

    6.2.2 Comparaison des systmes sans gnratrice avec ceux connects au

    rseau et analyses de sensibilit

    6.2.2.1 tude des systmes photovoltaques connects au rseau

    Dans cette section sont prsentes diverses tudes pour les systmes photovoltaques en

    comparaison avec la situation connect au rseau . Des analyses de sensibilit ont aussi t

    effectues.

    6.2.2.1.1 tudes des systmes photovoltaques connects au rseau avec de multiples

    possibilits

    Le systme a t modlis comme tant connect au rseau. De nombreuses dimensions du

    champ de panneaux ont t utilises pour la simulation. HOMER donne toujours la solution

    optimise avec la plus petite puissance du champ de panneaux. Dans le cas de la Figure 6.9,

    5kWc tait la plus petite puissance de panneaux insre dans HOMER. Il nest pas avantageux

    dajouter des panneaux un systme qui est connect au rseau si les cots dlectricit et les

    cots de rachat ceux prsentement offerts au Qubec.

    Figure 6.9 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes photovoltaques connects rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.10, lanalyse de sensibilit de ce systme est illustre graphiquement. Les

    paramtres tudis sont le prix de rachat de llectricit au rseau sur laxe des ordonnes et le

    cot de llectricit du rseau sur laxe des abscisses. La zone 1 est celle pour laquelle le rseau

    est prfrablement alors que dans la zone 2, il devient avantageux dajouter des panneaux solaires

    de 5kWc au systme.

  • 89

    Figure 6.10 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes photovoltaques connects rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    6.2.2.1.2 Comparaison du systme photovoltaque optimal et la situation connect au rseau

    6.2.2.1.2.1 tudes du systme photovoltaque seul optimal et celui connect au rseau

    Dans le cas de la Figure 6.11, 65kWc tait la puissance de panneaux insre dans HOMER. Il

    nest pas avantageux dajouter des panneaux un systme qui est connect au rseau si les cots

    dlectricit et les cots de rachat ceux prsentement offerts au Qubec.

    Figure 6.11 Rsultats tabuls de lanalyse du systme photovoltaque seul optimal connect au

    rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.12, lanalyse de sensibilit de ce systme est dtaille graphiquement. Les

    paramtres tudis sont le prix de rachat de llectricit au rseau sur laxe des ordonnes et le

    cot de llectricit du rseau sur laxe des abscisses. La zone 1 est celle pour laquelle le rseau

    1

    1

    2

    2

  • 90

    est prfrablement alors que dans la zone 2, il devient avantageux dajouter des panneaux solaires

    de 65kWc au systme.

    Figure 6.12 Rsultats graphiques de lanalyse du systme photovoltaque seul optimal connect

    au rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    6.2.2.1.3 Analyse de la distance minimale du rseau pour le seuil de rentabilit pour le systme

    photovoltaque seul

    Le systme photovoltaque optimal est compar avec la situation connecte au rseau dans le cas

    o le rseau nest pas dj disponible proximit. La distance de la rsidence au rseau partir

    de laquelle il devient rentable davoir un systme autonome photovoltaque est 56.9 km (Figure

    6.13).

    1

    1

    22

  • 91

    Figure 6.13 Analyse de la distance du rseau pour le seuil de rentabilit du systme

    photovoltaque en comparaison avec le systme connect au rseau

    6.2.2.2 tude des systmes oliens connects au rseau

    Dans cette section sont prsentes diverses tudes pour les systmes oliens en comparaison avec

    la situation connect au rseau . Des analyses de sensibilit ont aussi t effectues.

    6.2.2.2.1 tudes des systmes oliens connects au rseau avec toutes les possibilits

    Le systme a t modlis comme tant connect au rseau. De nombreuses quantits doliennes

    ont t values pour la simulation. HOMER donne toujours la solution optimise avec le moins

    doliennes possible. Dans le cas de la Figure 6.14, une olienne tait la quantit analyse dans

    HOMER. Il nest pas avantageux dajouter des oliennes un systme qui est connect au rseau

    si les cots dlectricit et les cots de rachat ceux prsentement offerts au Qubec.

  • 92

    Figure 6.14 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes oliens connects rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.15, lanalyse de sensibilit de ce systme est illustre graphiquement. Les

    paramtres tudis sont le prix de rachat de llectricit au rseau sur laxe des ordonnes et le

    cot de llectricit du rseau sur laxe des abscisses. La zone 1 est celle pour laquelle le rseau

    est prfrablement alors que dans la zone 2, il devient avantageux dajouter une olienne au

    systme et la zone 3 reprsente la zone pour laquelle il est aussi intressant dajouter des batteries

    en plus de lolienne au systme. Il faut cependant que le cot de llectricit du rseau soit trs

    lev et que le cot de rachat soit faible.

    Figure 6.15 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes oliens connects au rseau pour la

    consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    1

    1

    2

    2

    3

    3

  • 93

    6.2.2.2.2 Comparaison du meilleur systme olien seul et la situation connect au rseau

    6.2.2.2.2.1 tudes du systme olien seul et celui connect au rseau

    Dans le cas de la Figure 6.16, 13 oliennes de 2kW tait la puissance de quantit doliennes

    insre dans HOMER. Il nest pas avantageux dajouter des oliennes un systme qui est

    connect au rseau si les cots dlectricit et les cots de rachat ceux prsentement offerts au

    Qubec.

    Figure 6.16 Rsultats tabuls de lanalyse du systme olien seul optimal connect au rseau pour

    la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.17, lanalyse de sensibilit de ce systme est dtaille graphiquement. Comme pour

    le cas du photovoltaque, les paramtres tudis sont le prix de rachat de llectricit au rseau sur

    laxe des ordonnes et le cot de llectricit du rseau sur laxe des abscisses. La zone 1 est celle

    pour laquelle le rseau est prfrablement alors que dans la zone 2, il devient prfrable dajouter

    les oliennes au systme.

  • 94

    Figure 6.17 Rsultats graphiques de lanalyse du systme olien seul optimal connect au rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    6.2.2.2.2.2 Analyse de la distance tant le seuil minimal de rentabilit pour le systme olien seul

    Le systme olien optimal est compar avec la situation connecte au rseau dans le cas o le

    rseau nest pas dj disponible proximit. La distance de la rsidence au rseau partir de

    laquelle il devient rentable davoir un systme autonome olien est 22.6 km (Figure 6.18).

    Figure 6.18 Analyse de la distance du rseau pour le seuil de rentabilit du systme olien en

    comparaison avec le systme connect au rseau

    1

    1

    2

    2

  • 95

    6.2.3 Comparaison des systmes hybrides avec systmes connects au rseau

    et analyses de sensibilit

    En considrant la consommation totale dune rsidence moyenne, les diffrents systmes

    hybrides en situation connecte rseau comprenant des panneaux solaires, des oliennes et des

    batteries ont t analyss.

    la Figure 6.19, on remarque quencore une fois, si le cot de llectricit et le prix de rachat

    sont les mmes quen ce moment, le rseau est la situation privilgier.

    Figure 6.19 Rsultats tabuls de lanalyse des systmes, sans gnratrice disel, connects rseau

    pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.20, la zone 1 reprsente le rseau alors que la zone 2 est le systme combin du

    rseau et de lolien et finalement, la zone 3 identifie la rgion pour laquelle le systme avec le

    rseau, lolien et les panneaux est abordable. Comme on peut le remarquer, ds quil y a une

    lgre augmentation dans le prix de rachat de llectricit, le systme de la zone 3 devient

    intressant.

  • 96

    Figure 6.20 Rsultats graphiques de lanalyse des systmes, sans gnratrice disel, connects

    rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots valus initialement

    En considrant la consommation totale dune rsidence moyenne, les diffrents systmes

    hybrides en situation connecte rseau comprenant des panneaux solaires, des oliennes, des

    batteries et une gnratrice ont t analyss.

    Figure 6.21 Analyse des systmes connects rseau pour la consommation dune maison

    moyenne avec les cots valus initialement

    la Figure 6.22, le cot de rachat est sur laxe des ordonnes et le prix de llectricit est sur les

    abscisses. La zone 1 reprsente la rgion pour laquelle le rseau est la meilleure option, la zone 2

    celle pour le rseau et une gnratrice disel, la zone 3 celle pour le rseau et lolien, la zone 4

    celle pour le rseau, lolien et une gnratrice disel, la zone 5 celle pour le rseau, lolien et le

    1

    12

    2

    3

    3

  • 97

    photovoltaque et finalement, la zone 6 celle pour le rseau, lolien, le photovoltaque et la

    gnratrice disel. De faon gnrale, on remarque que ds que le cot de rachat et le prix de

    llectricit sont plus de 0.10$/kWh, le systme avec le rseau, lolien, le photovoltaque et la

    gnratrice devient favorable.

    Figure 6.22 Analyse de sensibilit sur le cot de rachat de llectricit et le prix de llectricit

    pour des systmes connects rseau pour la consommation dune maison moyenne avec les cots

    valus initialement

    1

    1 2

    2

    3

    3

    4

    45 5

    6 6

  • 98

    CHAPITRE 7 RSULTATS GNRAUX DES ANALYSES ET DES

    SIMULATIONS

    En faisant un survol de tous les rsultats et simulations, on en dduit tout dabord que le profil de

    consommation et le gisement ont une influence complexe sur les cots et lexcs dnergie, alors

    que le cot de revient de lnergie en $/kWh est simplement li au gisement de la source

    dnergie (solaire ou olienne).

    Dans le cas des systmes seuls autonomes, les cots initiaux pour le photovoltaque sont trs

    levs et le cot de revient dnergie aussi, alors que pour lolien et le disel, le cot de revient

    est similaire. La seule diffrence est issue de la provenance des cots, le systme olien a des

    cots initiaux importants, alors que la gnratrice disel a des cots en carburant non

    ngligeables.

    Lanalyse RETScreen pour les cots donne des rsultats quivalents HOMER en comparant les

    annuits des diffrents systmes.

    Pour la comparaison des systmes hybrides hors rseau, le systme olien-disel avec batteries

    est le choix optimal avec les cots offerts prsentement. Si on effectue des analyses de sensibilit

    sur les diffrents cots des quipements, le systme photovoltaque-olien-disel avec batteries

    devient intressant et le systme photovoltaque avec batteries est toujours bon dernier.

    Globalement, les systmes olien-photovoltaques sans gnratrice performent mieux que les

    systmes photovoltaque et olien seuls et ncessitent moins de batteries.

    Si on tudie la situation connecte au rseau en ajoutant des panneaux solaires ou des oliennes,

    par dfaut avec les cots dlectricit prsents et le cot de rachat de llectricit nul, le rseau est

    favorable, mais si les cots augmentent lajout de panneaux ou doliennes peut devenir rentable.

    En faisant la comparaison du systme autonome et de la situation connecte au rseau, on obtient

    pour le systme photovoltaque que le rseau doive tre plus de 57 km pour tre intressant,

    alors quil ne faut que 23 km pour que le systme olien devienne rentable.

    Pour la situation connecte au rseau tudie la fois avec panneaux solaires et oliennes sans

    gnratrice disel, avec une lgre augmentation des cots dlectricit, il devient rentable

    dajouter des oliennes et des panneaux solaires au systme.

  • 99

    Finalement, ltude du cas connect au rseau avec les panneaux, les oliennes, les batteries et la

    gnratrice disel, on remarque que ds que le cot de rachat est suprieur 0.10$/kWh et que le

    cot de llectricit est dun peu plus de 0.10$/kWh, le systme photovoltaque-olien-disel

    connect au rseau devient intressant.

  • 100

    CONCLUSION

    La conclusion gnrale est donc quil est rentable conomiquement dajouter des oliennes aux

    systmes avec gnratrice disel et si les cots des quipements ou du disel voluent, lajout de

    panneaux solaires ces systmes sera justifi. Quand les cots dlectricit auront lgrement

    augment et que les cots de rachat de llectricit par le rseau seront intressants, lajout de

    panneaux solaires, doliennes et de gnratrices disel au systme sera rentable pour le

    particulier. La distance (23 km pour lolien et 57 km pour le photovoltaque) entre le site de la

    demande nergtique et le rseau justifie un systme isol et autonome pour la consommation

    quivalente une rsidence moyenne du Qubec.

    Voici maintenant un retour sur lhypothse principale, les questions et objectifs de recherche et

    une prsentation des nouvelles voies tudier entourant le sujet de ce mmoire.

    Hypothse principale et vrification. Effectivement, lajout dun systme photovoltaque un

    systme olien hors rseau au Qubec permet de diminuer lintermittence du systme et donc, de

    diminuer la quantit daccumulateurs ncessaires. Cette diminution du nombre daccumulateurs

    et de la taille des systmes installs permet de raliser des conomies qui justifient le surcot

    engendr par lajout du systme photovoltaque au systme olien.

    Questions de recherche. Les questions de recherche ont t rsolues :

    Est-ce quen rgion isole au Qubec, les systmes hybrides oliens-photovoltaques sont

    conomiquement et techniquement viables en comparaison avec les systmes

    photovoltaque et olien seuls? Oui, ils sont prfrables aux systmes seuls.

    Est-ce ce que ces mmes systmes sont viables en comparaison avec la situation actuelle

    gnratrice diesel ou le rseau ? Les systmes hybrides avec gnratrice disel sont

    prfrables au systme disel seul, mais les systmes hybrides sans gnratrice ne sont

    pas prfrables. Pour la situation connecte au rseau, il est rentable dajouter des

    panneaux solaires ou des oliennes au systme si les cots dlectricit augmentent et si le

    cot de rachat de llectricit augmente.

    Quels logiciels sont reconnus et facilement accessibles (cot, facilit dutilisation, champ

    dapplication) pour raliser de telles tudes ? Le logiciel HOMER est un outil trs fiable,

    robuste et facile dutilisation avec de nombreuses possibilits danalyses.

  • 101

    Objectifs spcifiques. Les objectifs spcifiques du projet ont t atteints :

    1. Identifier au moins deux logiciels ncessaires pour la ralisation du projet : HOMER

    et RETScreen,

    2. Slectionner les sites pour ltude : Saint-Hubert pour le Qubec, Djibo du Burkina

    Faso pour son gisement solaire lev et Drogden au Danemark pour son gisement

    olien lev,

    3. Dfinir et modliser les diffrentes composantes des systmes comparer : des

    mthodologies ont t dveloppes,

    4. Effectuer la comparaison en tenant compte du ct technique et conomique : le

    dimensionnement a t russi pour les quipements des systmes et les cots ont t

    valus,

    5. Faire une analyse comparative entre les donnes fournies par les deux logiciels :

    ltude des cots pour les systmes seuls a t ralise avec HOMER et RETScreen.

    Objectifs gnraux. Les objectifs ont t atteints en comparant des systmes hybrides oliens-

    photovoltaques avec des systmes photovoltaque ou olien seuls pour certains sites hors rseau

    au Qubec et par rapport d'autres sites ailleurs dans le monde. La comparaison avec des

    systmes avec des gnratrices au disel et avec la situation connecte au rseau a t faite. Le

    but de ce mmoire a donc t atteint.

    Nouvelles voies tudier. Des tudes similaires pourraient tre faites pour diffrents lieux au

    Qubec, et mme dans dautres pays. Des analyses de sensibilit pourraient tre ralises au

    niveau des diffrentes technologies de panneaux solaires et avec diffrentes oliennes. Il pourrait

    y avoir une analyse dtaille avec les autres consommations, consommation sans chauffage et

    consommation en utilisant des appareils lectriques efficaces et une comparaison des rsultats

    avec la prsente tude afin de dterminer si les conclusions sont maintenues ou si le profil de

    consommation apporte du changement. Dans ce rapport, le dimensionnement, donc la dimension

    technique, a t abord et lanalyse conomique sur toute la dure de vie du projet, mais il

    pourrait y avoir une analyse sociale et environnementale sur les systmes tudis dans ce

    mmoire. Il pourrait y avoir des recherches qui mneraient des mthodologies de

    dimensionnement pratique pour les systmes seuls et hybrides qui pourraient alimenter et enrichir

  • 102

    la littrature dficiente ce sujet. Au niveau des donnes de gisement, avec les statistiques dj

    accumules, il pourrait tre intressant de ne pas fournir simplement le nombre possible de jours

    conscutifs sans soleil, mais aussi le nombre de jours conscutifs sans vent et surtout, le nombre

    de journes conscutives sans soleil ni vent, ces donnes faciliteraient le dimensionnement des

    appareils et les tudes prliminaires limplantation des technologies solaires photovoltaques,

    oliennes et hybrides.

    Apport de ce mmoire. Jespre avoir apport des conclusions intressantes pour ceux qui

    veulent installer des systmes autonomes en rgions isoles et davoir soulev des questions ou

    nouvelles pistes de recherche pertinentes au domaine. Ce mmoire, surtout les parties sur la

    mthodologie et sur les donnes utiliser, a t ralis de faon ce que des tudiants puissent

    intgrer et utiliser ces notions dans les projets de cours notamment pour les cours ENE8210 -

    Efficacit des sources dnergie et MET8220 - Technologies solaires photovoltaques. Pour moi,

    la transmission des connaissances est trs importante et elle est dautant plus cruciale dans les

    domaines mergents comme lutilisation des nergies renouvelables non traditionnelles et plus

    globalement, dans la perspective du dveloppement durable afin de sensibiliser la relve aux

    nouvelles voies et solutions qui souvrent eux.

  • 103

    LISTE DES RFRENCES

    Ai, B., Yang, H., Shen, H., & Liao, X. (2003). Computer-aided design of PV/wind hybrid system.Renewable Energy, 28(10), 1491-1512.

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    Deshmukh, M. K., & Deshmukh, S. S. (2008). Modeling of hybrid renewable energy systems.Renewable and Sustainable Energy Reviews, 12(1), 235-249.

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  • 106

    ANNEXES

    ANNEXE 1 Prsentation de HOMER

    La description dtaille des donnes fournir est au chapitre de prsentation des donnes

    et dans les annexes 5, 6 et 7 associes ce chapitre. Dans cette section, une simple numration

    des lments dterminer est fournie.

    Demande nergtique

    Figure 1 HOMER - Fentre de la demande nergtique

    La demande nergtique, dont la fentre est illustre la figue 1, est simplement la

    consommation nergtique auquel le systme doit rpondre. Voici les lments fournir :

    o Nom ou titre de la demande nergtique,

    o Type de charge : AC ou DC (courant alternatif ou courant continu),

    o Source des donnes de demande nergtique,

  • 107

    Profils journaliers de consommation (entrer les donnes dans la section Baseline

    Data ),

    ou

    Importer un fichier (identifier lemplacement du fichier importer),

    o Variabilit des donnes,

    Variabilit des donnes jour par jour (%),

    Variabilit des donnes dheure en heure (%),

    o Moyenne annuelle mise lchelle (kWh/jour),

    o Mesures defficacit nergtique,

    Coefficient multiplicateur pour lefficacit,

    Cot en capital ($),

    Dure de vie (annes).

    o Type de graphiques possibles

    Plot

    hourly heures en heures

    monthly average value, min, max (quartile) /mois et anne

    dmap help to see a pattern

    profile moy./heure pour chaque mois

    pdf frquence des donnes

    cdf cumulative distribution function

    dc

    duration curve a graph that indicates the distribution of

    () as a function of the cumulative number of hours

    that the () exceeds a given () in a year

  • 108

    quipements

    Panneaux solaires photovoltaques

    Figure 2 HOMER Fentre des panneaux solaires photovoltaques

    Pour cette fentre, figure 2, il y a 4 sections remplir : la section des cots des panneaux,

    les grandeurs de champ de panneaux considrer, les proprits associes aux panneaux et des

    proprits avancs que lon peut complter. Voici les informations dterminer pour les cots :

    o Puissance de panneaux auquel le prix est associ (kW),

    o Cot en capital de ce type de panneaux ou associ cette puissance ($),

    o Cot pour le remplacement de ce panneau ($),

    o Cot dopration et dentretien des panneaux ($/an).

    Ensuite, il faut indiquer quelles sont les puissances de panneaux solaires en kW avec

    lesquelles le logiciel doit faire les simulations dans la section sizes to consider . Dans les

    proprits, on doit indiquer :

  • 109

    o Type de courant de sortie des panneaux, AC ou DC (gnralement, courantcontinu),

    o Dure de vie (annes),

    o Facteur de dvaluation (%),

    o Pente des panneaux installs (degrs),

    o Azimut (degrs louest du sud),

    o Coefficient de rflexion du sol (%).

    Finalement, la section des proprits avances peut tre complte. Elle comprend les

    informations sur le systme de suivi du soleil et des informations sur leffet de la temprature sur

    les panneaux. Pour le systme de suivi de systme, on peut choisir que notre systme nen a pas

    ou quil en a un et quil suit le soleil selon laxe horizontal, selon laxe vertical ou selon les deux

    axes. Pour considrer leffet de la temprature sur lefficacit des panneaux, il faut avoir les

    donnes suivantes :

    o Coefficient de perte de puissance selon la temprature (%/C),

    o Temprature nominale dopration des cellules du panneau (C),

    o Efficacit des panneaux aux conditions de tests standards.

  • 110

    oliennes

    Figure 3 HOMER - Fentre des oliennes

    Pour les oliennes, figure 3, on doit choisir un type dolienne dj entre dans HOMER

    ou choisir une olienne gnrique ou encore entrer un modle dolienne qui nest pas dans la

    base de donnes de HOMER. Une fois le type dolienne choisi, les proprits vont safficher

    automatiquement. Tout comme pour les panneaux solaires, il faut entrer les donnes des cots :

    o Quantit doliennes (nombre doliennes),

    o Cot en capital de cette olienne ($),

    o Cot pour le remplacement de cette olienne ($),

    o Cot dopration et dentretien des oliennes ($/an).

    Ensuite, il faut indiquer quelles sont les quantits doliennes avec lesquelles le logiciel

    doit faire les simulations dans la section sizes to consider . Finalement, il faut aussi indiquer la

    dure de vie en annes et la hauteur du moyeu de lolienne en mtres.

  • 111

    Gnratrice

    Figure 4 HOMER Fentre pour la gnratrice

    Pour la gnratrice, figure 4, il y a 4 onglets remplir, un pour les cots, un pour les

    informations concernant le combustible, un autre pour lhoraire de lutilisation de la gnratrice

    et un dernier pour les missions mises. Dans longlet des cots, il y a la section des cots

    associs la gnratrice. Il faut entrer les donnes suivantes :

    o Puissance des gnratrices (kW),

    o Cot en capital de cette gnratrice ($),

    o Cot pour le remplacement de cette gnratrice ($),

    o Cot dopration et dentretien des gnratrices ($/an).

    Ensuite, il faut indiquer quelles sont les puissances (kW) avec lesquelles le logiciel doit

    faire les simulations dans la section sizes to consider . Dans la section des proprits de la

  • 112

    gnratrice, les zones description et abrviation ne servent qu identifier ce type de gnratrice.

    Ensuite, le type de gnratrice doit tre identifi soit du type courant alternatif ou courant

    continu. Finalement, la dure de vie en heures et la proportion minimale de charge de la

    gnratrice doivent tre dtermines.

    Pour longlet concernant le combustible, il faut tout dabord choisir le type de

    combustible parmi les choix suivants :

    o Diesel,

    o Biogaz,

    o Ethanol,

    o Essence,

    o Mthanol,

    o Gaz naturel,

    o Hydrogne emmagasin.

    Il est aussi possible de dterminer des combustibles diffrents en modifiant leurs

    proprits. Intercept coefficient et slope sont aussi dfinir. Dans la section des proprits

    avances, il est possible dentrer un ratio de rcupration de chaleur (en %) pour une charge

    dnergie thermique et si la gnratrice est co-alimente par du biogaz. Dans longlet de lhoraire

    dutilisation, on peut forcer la gnratrice fonctionner ou ne pas fonctionner pour des horaires

    dtermins. Finalement, dans longlet des missions, on peut modifier les donnes dmissions

    entres par dfaut.

  • 113

    Batteries

    Figure 5 HOMER Fentre pour les batteries

    Comme pour les oliennes, pour les batteries, figure 5, on peut choisir un type de batteries

    dj entre dans HOMER ou entrer un modle de batteries qui nest pas dans la base de donnes

    de HOMER. Une fois le type de batteries choisi, les proprits vont safficher automatiquement.

    Il faut aussi entrer les donnes des cots :

    o Quantit de batteries (nombre de batteries),

    o Cot en capital de ces batteries ($),

    o Cot pour le remplacement de ces batteries ($),

    o Cot dopration et dentretien des batteries ($/an).

    Ensuite, il faut indiquer quelles sont les quantits de batteries avec lesquelles le logiciel

    doit faire les simulations dans la section sizes to consider . Finalement, dans la section de

    proprits avances, on peut dterminer le nombre de batteries en srie quil y a dans chaque

    branche qui sera en parallle et on peut aussi dfinir une dure de vie minimale des batteries.

  • 114

    Convertisseur (onduleur)

    Figure 6 HOMER Fentre du convertisseur

    Pour les convertisseurs, figure 6, il a la section des cots associs au convertisseur. Il faut

    entrer les donnes suivantes :

    o Puissance du convertisseur (kW),

    o Cot en capital du convertisseur ($),

    o Cot pour le remplacement du convertisseur ($),

    o Cot dopration et dentretien du convertisseur ($/an).

    Ensuite, il faut indiquer quelles sont les puissances (kW) avec lesquelles le logiciel doit

    faire les simulations dans la section sizes to consider . On doit dfinir la dure de vie en

    annes et lefficacit (en %) dans la zone de londuleur. Ensuite, on identifie si le convertisseur

    agit simplement comme onduleur (de DC AC) ou sil agit aussi comme un redresseur (de AC

    DC). On doit aussi dterminer lefficacit du redresseur (en %).

  • 115

    Ressources

    Gisement solaire

    Figure 7 HOMER Fentre du gisement solaire

    Pour les donnes de gisement solaire, il ne suffit que dentrer la longitude et la latitude du

    lieu dsir, lier le logiciel avec le site de donnes de gisement de la NASA et cliquer sur licne

    Get Data Via Internet . On peut aussi importer un fichier comprenant des donnes rcoltes

    sur le site mme. La dernire option est dentrer des moyennes mensuelles de gisement solaire

    (kWh/m2/jour). Il est aussi possible de mettre les donnes lchelle par rapport une moyenne

    annuelle (kWh/m2/jour).

  • 116

    Gisement olien

    Figure 8 HOMER Fentre de gisement olien

    Pour le gisement olien, figure 8, on doit entrer des moyennes mensuelles de gisement

    olien (m/s). Il est aussi possible de mettre les donnes lchelle par rapport une moyenne

    annuelle (m/s). Dautres paramtres peuvent tre entrs : laltitude au-dessus du niveau de la mer

    (en m) et la hauteur de lanmomtre (en m). Pour les paramtres avancs, les donnes suivantes

    peuvent tre dtermines :

    o Facteur Weibull,

    o Facteur dauto-correction,

    o Diurnal pattern strength,

    o Heure de vent maximum.

  • 117

    Combustible

    Figure 9 HOMER Fentre du combustible

    Pour le combustible, figure 9, les informations fournir sont simples : le prix ($/L) et, sil

    le faut, une limite de consommation du carburant.

  • 118

    Autres donnes

    Donnes conomiques

    Figure 10 HOMER Fentre des donnes conomiques

    Dans HOMER, les donnes conomiques, figure 10, pouvant tre entres sont :

    o Taux dintrt annuel (%),

    o Dure de vie du projet (annes),

    o Cots fixes en capital ($),

    o Cots fixes en opration et en entretien ($/an),

    o Pnalit pour manque dnergie ($/kWh).

  • 119

    Contrle du systme

    Figure 11 HOMER Fentre de contrle du systme

    La fentre de contrle du systme, figure 11, permet de choisir certaines donnes pour la

    simulation du systme dans HOMER. On peut dcider des intervalles de temps pour la

    simulation, de la stratgie de rpartition dnergie et du contrle des gnratrices. Dautres

    paramtres sont aussi disponibles : permettre des systmes utilisant 2 types doliennes,

    permettre un surplus dnergie pour une charge dnergie thermique et limiter le surplus

    dnergie.

  • 120

    missions

    Figure 12 HOMER Fentre pour les missions

    Dans HOMER, on peut tenir compte des pnalits financires imposes pour les

    missions dans lair en $/tonne et on peut aussi indiquer une limite pour ces mmes missions en

    kg/an, voir figure 12. Voici les substances concernes :

    o Dioxyde de carbone et monoxyde de carbone,

    o Hydrocarbures non brls,

    o Particules,

    o Dioxyde de souffre,

    o Oxydes dazote.

  • 121

    Contraintes

    Figure 13 HOMER Fentre des contraintes

    Les contraintes sont des conditions que le systme doit rencontrer. On peut indiquer si on

    permet un dficit en nergie et imposer une proportion minimale dnergie renouvelable requise

    dans le systme. Dans cette section, on dtermine aussi les rserves dnergie en pourcentage soit

    en fonction de la charge, soit en fonction du type dnergie. Les rserves permettent davoir un

    surplus dnergie pour assurer lalimentation continue.

  • 122

    ANNEXE 2 Mthodologie pour le photovoltaque avec Homer

    Pour effectuer le dimensionnement avec le logiciel HOMER, on peut simplement entrer une srie

    de donnes et le logiciel donne la solution optimale parmi les donnes soumises. Ce nest

    cependant pas ncessairement la solution optimale absolue, mais plutt la solution optimale

    parmi les choix soumis. Avec une mthode itrative, on pourrait arriver la solution optimale

    pour un lieu donn, mais le processus peut savrer long si on na pas dordre de grandeur de la

    taille du systme. De plus, on na aucune base de comparaison pour valuer la justesse des

    rsultats si on ne fait aucun calcul pralable.

    Je prconise donc un dimensionnement pralable la main, principalement bas sur la mthode

    dcrite dans (Labouret & Villoz, 2005), de tout le systme photovoltaque ; cest--dire le

    dimensionnement des panneaux solaires et de tout lquipement associ (batteries, convertisseur,

    onduleur, etc.). Jai donc tabli une mthodologie afin darriver des rsultats concluants en

    utilisant des calculs manuels et le logiciel HOMER.

    Dmarche globale pour le photovoltaque

    La dmarche globale est logique et lmentaire :

    1. valuer de la demande nergtique (consommation dnergie);

    2. Pr-dimensionner la main des panneaux et des quipements;

    3. Identifier les quipements ncessaires pour le systme (panneaux solaires, convertisseur,

    batteries) dans le logiciel HOMER;

    4. Entrer les donnes ncessaires dans le logiciel :

    a. de consommation nergtique;

    b. de gisement solaire pour le lieu dsir;

    c. des quipements (prix des quipements et cot dopration et dentretien);

    5. Lancer le calcul dans HOMER;

    6. Optimiser les rsultats de HOMER de faon itrative pour arriver la solution optimale

    pour ce systme;

  • 123

    7. Faire des analyses de sensibilit, si ncessaire;

    8. Valider le systme.

    Lutilisation du logiciel HOMER est simple et intuitive, mais un travail de recherche en amont

    doit tre fait minutieusement et rigoureusement pour les donnes entres, surtout au niveau des

    cots des quipements. Si ce travail nest pas effectu correctement et srieusement, les rsultats

    obtenus ne reprsenteront pas un systme fonctionnel rel ou du moins plausible.

    tape 1 : valuer de la demande nergtique

    Les donnes de consommation doivent prfrablement tre values. Le tableau 1, un tableau

    classique pour dterminer la consommation journalire dune famille ou dune maison, permet de

    lister les appareils utiliss (RNCREQ, 2009). Par la suite, on indique la tension, la puissance et le

    temps dutilisation par jour des appareils. Une fois ce travail complt, il est possible de faire le

    total de la consommation de chaque appareil en Wh/j (puissance * temps dutilisation). Pour le

    cas des tensions C.A., il faut tenir compte des pertes dues londuleur.

    Tableau1 : valuation de la demande nergtique journalire

    Nom de

    lappareil

    lectrique

    Tension

    C.A. ou C.C.

    Puissance

    Watt

    Rendement

    onduleur

    pour C.A.

    Puissance

    Watt, avec

    pertes

    Utilisation

    heures /jour

    Total en

    Wh/j

    Lorsque le tableau est complt, on peut sommer la dernire colonne pour obtenir la demande

    nergtique globale pour une journe en Wh/j. Si des donnes sont disponibles dheure en heure

    ou par jour, il est possible de les utiliser directement dans le logiciel HOMER.

  • 124

    tape 2 : Pr-dimensionner

    Le pr-dimensionnement peut tre fait pour tous les quipements principaux selon la dmarche

    explicite dans le livre nergie solaire photovoltaque. Pour un systme photovoltaque hors

    rseau, il est ncessaire de pralablement dimensionner au minimum le champ de panneaux

    photovoltaques, et je recommande aussi de dimensionner les accumulateurs (systme de

    batteries). Pour de meilleurs rsultats, une meilleure analyse et une meilleure comprhension du

    systme, il est mieux de dimensionner tous les quipements importants, rgulateur et onduleur

    inclus. On peut mme dimensionner le cblage et les quipements connexes (fusibles, para-

    foudre, etc.) pour une analyse plus dtaille. Des schmas du champ de panneaux, des

    accumulateurs et du cblage peuvent aussi tre effectus. Le logiciel HOMER, bien que trs bien

    fait et trs utile, nest quun outil. Ainsi, sil est lanc avec des donnes farfelues ou errones, les

    rsultats quil produira ne reprsenteront pas la ralit. Parfois, cause du format des donnes

    entres, on doit forcer certaines donnes pour obtenir un systme qui reprsente la ralit.

    Il est important de garder en mmoire que les logiciels ne sont que des outils et on se doit de

    comprendre leur fonctionnement correctement afin dobtenir des rsultats concluants.

    2.a. Dimensionnement du champ de panneaux

    Pour le dimensionnement du champ de panneaux, deux quations sont ncessaires :

    quation 1 : Relation entre le gisement solaire et le nombre dheures quivalent

    Ne : nombre dheures quivalent en h/j

    Esol : gisement solaire en Wh/(m2j)

    1000 : ensoleillement optimum de 1000 W/m2

  • 125

    quation 2 : Relation entre la demande nergtique et la puissance crte

    Eelec : demande nergtique journalire en Wh/j

    N : nombre dheure en h/j

    Pc : puissance crte en Wc

    La premire permet de calculer le nombre dheures quivalent densoleillement, Ne, pour une

    journe partir des donnes de gisement solaire, Esol en Wh/(m2j) -- nergie reue par 1 m2 en un

    jour.

    En fait, la puissance des panneaux solaires est dtermine sous des conditions standardises

    (ensoleillement optimum de 1000W/m2, une temprature de 25C et sous un ciel clair), donc la

    premire quation permet de dterminer le nombre dheures quivalent Ne de cet ensoleillement

    optimal de 1000W/m2 en utilisant le gisement solaire.

    Ayant obtenu le Ne, on peut ensuite prendre la deuxime formule. Celle-ci met en relation la

    puissance ncessaire notre systme, Pc, partir de la demande nergtique, Eelec en Wh/j. La

    puissance crte est la puissance des panneaux ncessaires, note Pc en Watt. La puissance crte

    est souvent indique en Wc pour viter les confusions dunits.

    En rsum, on trouve dabord Ne, le nombre dheures quivalent partir du gisement solaire,

    ensuite on calcule Pc, la puissance des panneaux (puissance crte) avec la demande nergtique et

    le nombre dheures quivalent.

    La demande nergtique utilise est celle value laide du tableau 1 ou laide de donnes

    disponibles. Dans le cas de donnes dj disponibles, lutilisation du pire cas (plus grande

    consommation) est approprie pour le pr-dimensionnement. Ensuite on peut ajouter des pertes

    (pertes dans le systme photovoltaque et pertes de londuleur si ce nest pas dj pris en compte).

  • 126

    quation 3 : Puissance crte avec pertes

    Pcfinale = Pc / (Cp*Cond)

    Pcfinale : puissance crte finale en tenant compte des pertes en Wc

    Pc : puissance crte avant pertes en Wc

    Cond : efficacit de londuleur en dcimale

    Cp : coefficient associ aux pertes de courant de sources varies

    Sources de pertes :

    - Salissure du panneau neige, sable, vitrage (courant), 5-15%

    - Aux bornes de diodes srie (tension)

    - Aux bornes du rgulateur srie (tension)

    - Aux bornes des cbles (tension), pertes considres nulles si cblage optimis

    - Temprature leve, pays chaud seulement et selon le type de technologie (tension)

    - Rgulateur classique (si rgulateur MPPT, pas de pertes)

    - Efficacit de la batterie

    - Perte de dbut et fin de journe (tension)

    - Diffrence entre puissance relle du panneau et puissance annonce (parfois ncessaire)

    Si le systme est bien dimensionn en tension (modules avec une tension suffisante pour pallier

    aux pertes en tension), les pertes se rsument aux salissures et lefficacit de la batterie. Le Cpvarie gnralement entre 0,65 et 0,9.

    Une fois la puissance du champ de panneaux dtermine, on peut trouver, en premire

    approximation, le nombre de panneaux ncessaires, on na qu diviser la puissance crte par la

    puissance du modle de panneaux utiliss. Le nombre de panneaux ncessaires est intressant

    connatre pour valuer la surface qui serait utilise par les panneaux. Ceci peut tre un indice de

    la viabilit du projet. la suite du dimensionnement, on peut obtenir 2 valeurs de puissance

    crte, celle avec le gisement du pire mois, lautre avec le gisement moyen de tous les mois.

  • 127

    Lorsquon dimensionne simplement, on prend le gisement du pire mois. Pour loptimisation du

    systme, les 2 valeurs sont intressantes afin dobtenir un intervalle de possibilits.

    De plus, une fois la puissance crte calcule, on peut dterminer la tension du systme. Cette

    tension est recommande en fonction de la taille du systme selon le tableau 2.

    Tableau 2 : Tension recommande pour un systme photovoltaque

    Puissance du

    champ

    0-500Wc 500 Wc- 2kWc 2-10kWc plus de 10kWc

    Tension

    suggre

    12VDC 24VDC 48 VDC plus de 48VDC

    La tension issue de ce tableau est la tension nominale du systme. Afin de combler les pertes en

    tension, la tension doit tre suprieure. Par exemple, la tension maximale, Vm, sera de 17-18V

    pour les pays chauds et de 15-16V pour les pays temprs pour une tension nominale de 12V.

    Les besoins journaliers peuvent aussi tre dfinis en Ah/j. On doit donc diviser les besoins

    nergtiques en Wh par la tension nominale du systme (tension identifie prcdemment laide

    de la puissance crte du systme avec le tableau 2).

    quation 4 : Besoins journaliers en Ah/j

    Bj=Eelec/Vnom

    Bj : besoin journalier en Ah/j

    Eelec : demande nergtique en Wh/j

    Vnom : tension nominale du systme en V

  • 128

    quation 5 : Courant maximal ncessaire

    Im=Bj/(Esol*Cp)

    Im : Courant associ la puissance maximale en A

    Bj : besoin journalier en Ah/j

    Esol : gisement solaire en Wh/(m2j)

    Cp : coefficient associ aux pertes de courant de sources varies

    La puissance crte minimale ncessaire du systme tiendra compte de la tension maximale et du

    courant maximal.

    quation 6 : Puissance minimale requise pour le systme

    Pc=Vm*Im

    Pc : puissance crte minimale du systme en Wc

    Vm : tension maximale en V

    Im : courant maximal en A

    La puissance crte ncessaire peut tre mise jour et le nombre de panneaux ncessaires rvis.

    Il est possible quun systme soit trs gros et exige de le diviser en sous-systmes afin de rduire

    les pertes par dissipation de chaleur cause du courant trop lev. La tension globale du systme

    peut tre augmente (240, 480, 720, 960 Volt). Je suggre de diviser les sous-systmes de faon

    ce que le courant nominal total soit de moins de 100 A.

    2.b. Batteries

    Le pr-dimensionnement des accumulateurs est aussi dterminant. HOMER permet de dfinir

    plusieurs sries de batteries en parallle. Les batteries sont gnralement dfinies en Ah, on

    utilise donc les besoins journaliers, Bj, en Ah/j.

    Pour dterminer le systme de batteries, il faut donc connatre le nombre de jours dautonomie

    ncessaire, cest--dire le nombre de jours susceptibles dtre sans apport dnergie solaire et les

    tempratures pour le lieu choisi. Des tempratures basses sont nocives pour les batteries. Il faut

    donc appliquer un coefficient rducteur qui tient compte de ce fait. On doit aussi connatre la

  • 129

    profondeur de dcharge du type de batteries choisi (seuil sous lequel la batterie ne peut tre

    dcharge, sinon elle sera endommage). Avec ces donnes et la demande nergtique, on calcule

    la capacit des batteries et la capacit en tenant compte des coefficients de rduction comme

    dcrit dans (Labouret & Villoz, 2005).

    quation 7 : Calcul de la capacit des batteries

    CAh=Nja*Bj

    CAh : capacit en Ah

    Nja : nombre de jours dautonomie ncessaires en jours

    Bj : besoin journalier en Ah

    Pour trouver le nombre de jours ncessaires pour le dimensionnement des batteries, le site de la

    NASA SSE offre des donnes de jours quivalents sans soleil. Ces donnes peuvent tre utilises

    pour identifier le nombre de jours dautonomie ncessaire.

    quation 8 : Calcul avec coefficients rducteurs

    Cnom= CAh/(Pd*Rt) = (Nja*Bj)/(Pd*Rt)

    Cnom : capacit nominale en Ah

    Pd : profondeur de dcharge maximale autorise (gnralement 0.7 ou 0.8)

    Rt : coefficient rducteur tant compte de la temprature

    (dpend de la batterie choisie)

    Il faut donc obtenir la tension dsire en mettant plusieurs batteries en srie et pour obtenir le

    systme final voulu, il faut mettre plusieurs sries de batteries en parallle.

    Infos supplmentaires : http://www.majorpower.com/inverters/battery_sizing_faq.pdf

    2.c. Autres quipements

    Le rgulateur, le convertisseur et le cblage peuvent aussi tre dimensionns pour une meilleure

    approximation des cots. Le dimensionnement des autres quipements accessoires (protections

    contre la foudre, fusibles, disjoncteurs et autres) est superflu pour une tude macroscopique.

  • 130

    Seul le convertisseur est reprsent dans HOMER. Le rgulateur et le cblage peuvent tre

    dimensionns selon (Labouret & Villoz, 2005) et leurs cots associs ainsi estims. Le rgulateur

    doit tre inclus dans les cots de panneaux solaires ainsi que le cblage et autres fournitures

    ncessaires dans le cas de simulations dans HOMER.

    Convertisseur

    quation 9 : Dimensionnement du convertisseur/onduleur selon puissance du systme

    Puissanceonduleur = coeff* puissance de sortie des panneaux

    Pour systme hors rseau :

    Coeff : 1.25 1.3 (25 30% de plus que la puissance des panneaux)

    http://www.leonics.com/support/article2_12j/articles2_12j_en.php

    Pour systme connect au rseau :

    Coeff : 1.1*puissance de linstallation

    http://www.infinitepower.org/pdf/FactSheet-24.pdf

    Ou

    quation 10 : Dimensionnement du convertisseur/onduleur selon puissance instantane maximale

    Puissanceonduleur = coeff* puissance instantane maximale

    Coeff : 1.25* puissance instantane maximale

    http://www.infinitepower.org/pdf/FactSheet-24.pdf

    Si la puissance instantane maximale est connue, les 2 calculs sont faits et la valeur

    maximale est utilise.

    Rgulateur

    Le rgulateur est dimensionn selon 3 paramtres : tension nominale, courant dentre et courant

    de sortie. La tension doit tre quivalente celle des panneaux (tension nominale : 12 V, 24 V ou

    48 V). Le courant dentre correspond au courant instantan maximal que les panneaux peuvent

    dbiter. Le courant de sortie doit correspondre au courant instantan maximal de la demande.

    quation 11 : Dimensionnement du rgulateur (courant)

  • 131

    Courant = 1,5* Courant nominal

    pour un rgulateur shunt : 1.5* courant de court-circuit total du champ

    pour un rgulateur srie : 1.5* courant Im total au point de puissance maximale

    quation 12 : Dimensionnement du rgulateur (tension)

    Tension maximale = 2* tension nominale

    Cblage

    Un schma de cblage peut tre effectu, mais nest pas ncessaire pour ltude macroscopique.

    La dmarche est dcrite dans (Labouret & Villoz, 2005).

    tape 3 : Identifier les quipements ncessaires

    Cette tape est trs rapide. Elle consiste identifier les quipements ncessaires pour le systme

    quon veut modliser. Dans le cas du systme photovoltaque hors rseau, on a besoin de

    panneaux solaires, de batteries, dun convertisseur/onduleur, il ne sagit que de choisir les

    quipements dans HOMER afin de pouvoir, par la suite, entrer les donnes qui leur sont

    associes. Dans la zone quipement (equipment to consider), il faut aussi inclure la

    demande nergtique (primary load). Sans demande nergtique, HOMER donne un message

    derreur, le logiciel tant fait pour optimiser le systme de production dnergie en fonction de la

    demande nergtique.

    Figure 7.1 : quipements slectionns dans HOMER

  • 132

    tape 4 : Donnes entrer

    La qualit et lexactitude des donnes entres sont trs importantes parce que le logiciel HOMER

    se base sur ces donnes pour effectuer les calculs. Celles-ci ont donc un impact direct sur la

    justesse des rsultats obtenus.

    Il est impratif de consulter laide de HOMER lorsquon entre les donnes.

    Laide dcrit ce quil faut inclure et dfinit prcisment les termes utiliss dans le logiciel.

    Parfois, laide de HOMER suggre des sites internet consulter ou mme des valeurs entrer.

    Laide est un outil essentiel pour tout projet.

    4a. Donnes de consommation nergtique

    Pour les donnes de consommation nergtique, un profil peut tre entr pour chaque heure de la

    journe et ce pour tous les jours de lanne. Dans le cas o la demande a t value avec le

    tableau 1, il est bien de dterminer les moments de la journe quand les appareils sont

    susceptibles dtre utiliss et de faire un profil de consommation journalier le plus prcis

    possible. Les pointes de consommation pour une rsidence sont souvent le matin avant que les

    gens partent travailler et les soirs, du retour du travail jusquau coucher. Cependant, le profil

    journalier dpend totalement des activits effectues (rsidence, chalet, industrie, observatoire,

    camp de chasse, etc.) et du mode dutilisation des quipements.

    Il est donc important dajuster le profil de consommation la situation donne.

    4b. Donnes de gisement solaire

    Il est possible dentrer la main les donnes de gisement solaire pour chaque mois, mais dautres

    possibilits sont offertes: entrer des donnes pour chaque heure du jour et chaque jour de lanne,

    ou lier le logiciel avec les donnes de la NASA, ce qui permet dobtenir les donnes de gisement

  • 133

    du lieu indiqu pour chaque mois simplement en entrant les coordonnes gographiques (latitude

    et longitude). Il est certain que si les donnes sont disponibles pour toutes les heures de lanne et

    que le profil de consommation est aussi disponible dans ce format, les rsultats seront optimaux.

    Dans les autres cas, lier le logiciel aux donnes disponibles la NASA pour le gisement solaire

    est appropri.

    4c. Donnes dquipement

    Les donnes pour lquipement concernent lquipement qui sera utilis pour le systme de

    production dlectricit.

    Grandeurs considrer

    - Champ de panneaux solaires

    la suite de plusieurs essais et calculs sur HOMER, les donnes de gisement utiliser pour le

    dimensionnement sont la moyenne de tous les mois de lanne et la donne du pire mois de

    lanne. La solution optimale calcule par HOMER pour la puissance crte se situe, en gnral,

    entre les valeurs de puissances crtes calcules avec ces donnes.

    Donn

    eca

    lcule

    avec

    lamo

    yenn

    e de t

    ous l

    esmo

    is

    Donn

    eca

    lcule

    avec

    lepir

    e mois

    Solut

    ionop

    timale

  • 134

    Je suggre donc dutiliser les valeurs suivantes comme entres dans HOMER pour un premier

    calcul:

    Une valeur plus faible que la plus petite valeur calcule

    Donne de puissance crte calcule avec la moyenne de tous les mois

    Quelques valeurs mdianes

    Donne de puissance crte calcule avec le pire mois

    Une valeur plus leve que la plus grande valeur calcule

    Les valeurs, plus faible et plus leve, permettent de sassurer quil ny a pas de solution qui

    ncessite moins de panneaux ou plus de panneaux que les solutions auxquelles on sattend.

    - Batteries

    Il faut entrer les valeurs obtenues par le pr-dimensionnement. Si on a seulement une srie de

    batteries, on doit entrer directement le nombre de batteries dsires. Pour dfinir plusieurs sries

    de batteries, on doit entrer le nombre de batteries en srie et le nombre de sries de batteries qui

    seront en parallle.

  • 135

    - Convertisseur

    Il faut entrer la valeur du pr-dimensionnement. On peut mettre dautres valeurs dans HOMER,

    mais il faut faire une bonne analyse des rsultats optimiss que donnent HOMER dans ce cas

    cause du format des donnes entres. Les donnes de demande nergtique sont entres en kW

    pour chaque heure de la journe : on entre donc une puissance moyenne sur une heure. HOMER

    ne connat donc pas la valeur maximale de puissance instantane requise par le systme.

    Cots des quipements

    Les cots peuvent tre trouvs sur de nombreux sites internet en fonction de la rgion o le projet

    a lieu. Les sites internet sont de bonnes ressources tant quon sattarde la fiabilit et validit

    de la source (sites dorganismes reconnus ou sites gouvernementaux). Ils sont souvent plus jour

    que les livres et plus accessibles que les articles scientifiques. Il est important de porter une

    attention particulire au lieu gographique et aux prix trouvs : dans certains pays les

    quipements sont plus chers. Le prix peut tre dfini selon une moyenne de prix trouvs sur

    plusieurs sites pour des quipements bien prcis ou il peut tre dtermin selon des prix

    gnraux. Par exemple, on peut trouver le prix moyen des panneaux par Wc au lieu dun prix

    pour un modle de panneaux prcis. Lorsquon entre les donnes, il faut faire attention : le prix

    doit parfois tre entr par quipement (par batterie), et parfois selon la puissance de lquipement

    (panneaux solaires, prix pour une certaine puissance).

    - Panneaux solaires

    Il est important de noter que le prix entrer doit tenir compte du prix des panneaux solaires, des

    fixations des panneaux, du systme de suivi du soleil sil y en a un, des rgulateurs, du cblage et

    de linstallation. Pour les cots des panneaux, on peut entrer plusieurs puissances de panneaux et

    le prix associ. Cette possibilit est intressante parce que les panneaux de petites puissances ont

    souvent un prix par Wc plus lev que les panneaux de grandes puissances, donc si on a le loisir

    de choisir le type de panneaux quon veut, le prix global sera mieux adapt la situation. Pour de

    grandes demandes nergtiques, on prend les panneaux de plus grandes puissances afin davoir le

    plus faible cot et le moins de panneaux possible. Voici quelques rfrences en termes de

    pourcentage pour les cots des autres quipements inclus dans le cot des panneaux pour le

    logiciel HOMER.

    Modules : 50-60% des cots totaux du systme

  • 136

    http://www.solarbuzz.com/Moduleprices.htm

    Rgulateur : cot moins de 5% du cot total du systme

    Installation : 10 % des cots totaux du systme

    http://www.retscreen.net/fr/speakers_notes_photovoltaic_project_analysis.php

    - Batteries

    Les batteries gnralement utilises en pv sont les batteries au plomb. Voici quelques indications

    des frais associs aux batteries pour des systmes photovoltaques.

    13-15% des cots initiaux

    Jusqu 50% des cots totaux

    - Convertisseur/onduleur

    Onduleur : 10-15% des cots totaux du systme

    http://www.retscreen.net/fr/speakers_notes_photovoltaic_project_analysis.php

    http://www.solarbuzz.com/Moduleprices.htm

    (Luque & Hegedus, 2003)

    tape 5 : Lancer le calcul

    Une fois toutes les donnes entres, il faut lancer le calcul sur HOMER. Le temps de calcul est

    rapide. Les rsultats sont ensuite affichs, avec la solution la moins chre en premier. On peut

    voir tous les rsultats de tous les systmes overall ou les rsultats par type de systme

    categorized . HOMER produit parfois aussi des avertissements. En gnral, il ne faut plus

    avoir davertissements, sauf dans certains cas pour lesquels on impose des valeurs. Il faut donc

    bien comprendre la nature des avertissements et des erreurs donns par HOMER et agir avec

    discernement.

    tape 6 : Optimiser les rsultats

    La phase doptimisation des rsultats est le cur mme de la dmarche. Loptimisation se fait de

    faon itrative, on tient tendre vers la solution optimale. HOMER donne la solution optimale

  • 137

    parmi les grandeurs de systme proposes. Le principe est donc simple; on utilise la solution

    optimale donne par HOMER, on remet cette valeur dans HOMER ainsi que la valeur au-dessus

    et au-dessous et des valeurs intermdiaires. On refait le mme processus jusqu ce quon

    obtienne une solution optimale. On peut se guider avec une donne intressante des rsultats

    autre que le cot : lexcs dnergie du systme. Il est certain que lexcs dnergie est de plus en

    plus grand pour des latitudes leves pour des systmes photovoltaques hors rseau. Pour des

    lieux prs de lquateur, il est possible davoir un systme ayant moins de 5 % dexcs dnergie

    et mme prs de 0 %, ce qui est excellent. Aprs avoir obtenu le systme optimis, on peut mettre

    un facteur de scurit sur la solution trouve.

    tape 7 : Faire des analyses de sensibilit (facultatif)

    Des paramtres jugs influents, ayant une grande incertitude, ou ayant une plus grande variabilit

    doivent tre cerns. Les analyses de sensibilit servent savoir si, mme avec une variation de

    ces paramtres, les rsultats restent les mmes et sinon, quelles influences ils apportent. Ces

    paramtres peuvent tre : le cot des quipements, le cot de rachat de llectricit par le rseau,

    les donnes de gisement solaire, la demande nergtique. La plupart des donnes entres peuvent

    tre utilises pour des analyses de sensibilit. Celles-ci multiplient le nombre de calculs

    effectuer par le logiciel et, par consquent, le temps de calcul. Cest pourquoi il est prfrable de

    cerner les paramtres les plus sensibles pour notre tude. De plus, ces analyses doivent tre

    excutes sur les systmes optimiss pour lesquels les donnes des systmes obsoltes ont t

    enleves.

    tape 8 : Valider le calcul HOMER

    COE cost of energy

    Parmi les rsultats, le cot de revient de lnergie en $/kWh peut tre un bon indice pour valider

    le systme. Pour des systmes photovoltaques autonomes, ce cot est denviron quelques dollars

    (1 3$/kWh environ) alors que pour les systmes raccords au rseau le prix de revient peut tre

    aussi faible que 30/kWh (varie entre 30/kWh et 60/kWh). Si lordre de grandeur nest pas bon

    (ex : plus de 10$/kWh), les cots entrs ont t mal valus.

    http://www.retscreen.net/fr/speakers_notes_photovoltaic_project_analysis.php

  • 138

    http://www.mrnf.gouv.qc.ca/energie/innovation/innovation-solaire.jsp

    Pourcentage dexcs dnergie

    Le pourcentage dexcs dnergie permet de dduire si le systme a bien t optimis. Plus la

    latitude est leve, plus le systme photovoltaque a dexcs dnergie pour pouvoir rpondre la

    demande nergtique forte en priode pour laquelle le gisement est faible. Pour des systmes prs

    de lquateur, lexcs dnergie devrait tre presque nul.

    Pourcentage des cots de chaque quipement vs la moyenne

    On peut comparer le pourcentage des cots obtenus par HOMER et le pourcentage normal des

    cots des quipements par rapport aux cots totaux du systme. Sil y a des divergences, on doit

    les expliquer.

    Comparaison des valeurs de dimensionnement manuel et des rsultats

    HOMER

    Des calculs de pr-dimensionnement manuel des quipements peuvent tre compars aux

    rsultats issus de HOMER. Des calculs approxims de cots peuvent aussi tre compars aux

    rsultats de HOMER. La situation idale est que tout soit du mme ordre de grandeur.

    comparer :

    - taille des quipements

    - cots initiaux

    - cots totaux

    Il est aussi possible de vrifier les rsultats obtenus avec des rsultats dtudes dj ralises et

    publies dans des articles de revues ou disponibles sur les sites internet dorganismes reconnus.

  • 139

    ANNEXE 3 Mthodologie pour lolien avec Homer

    Pour effectuer le dimensionnement avec le logiciel HOMER, on peut simplement entrer une srie

    de donnes et le logiciel donne la solution optimale parmi les donnes soumises. Ce nest

    cependant pas ncessairement la solution optimale absolue, mais plutt la solution optimale

    parmi les choix soumis. Avec une mthode itrative, on pourrait arriver la solution optimale

    pour un lieu donn, mais le processus peut savrer long si on na pas dordre de grandeur de la

    taille du systme. De plus, on na aucune base de comparaison pour valuer la justesse des

    rsultats si on ne fait aucun calcul pralable.

    Je prconise donc un dimensionnement pralable la main de tout le systme olien ; cest--dire

    le dimensionnement de la puissance des oliennes et de tout lquipement associ (batteries,

    convertisseur, onduleur, etc.). Jai donc tabli une mthodologie afin darriver des rsultats

    concluants en utilisant des calculs manuels et le logiciel HOMER.

    Dmarche globale pour lolien

    La dmarche globale est logique et lmentaire :

    1. valuer de la demande nergtique (consommation dnergie);

    2. Pr-dimensionner la main des panneaux et des quipements;

    3. Identifier les quipements ncessaires pour le systme (oliennes, convertisseur,

    batteries) dans le logiciel HOMER;

    4. Entrer les donnes ncessaires dans le logiciel :

    d. de consommation nergtique;

    e. de gisement olien pour le lieu dsir;

    f. des quipements (prix des quipements et cot dopration et dentretien);

    5. Lancer le calcul dans HOMER;

    6. Optimiser les rsultats de HOMER de faon itrative pour arriver la solution optimale

    pour ce systme;

    7. Faire des analyses de sensibilit, si ncessaire;

  • 140

    8. Valider le systme.

    Lutilisation du logiciel HOMER est simple et intuitive, mais un travail de recherche en amont

    doit tre fait minutieusement et rigoureusement pour les donnes entres, surtout au niveau des

    cots des quipements. Si ce travail nest pas effectu correctement et srieusement, les rsultats

    obtenus ne reprsenteront pas un systme fonctionnel rel ou du moins plausible.

    tape 1 : valuer de la demande nergtique

    Les donnes de consommation doivent prfrablement tre values. Le tableau 1, un tableau

    classique pour dterminer la consommation journalire dune famille ou dune maison, permet de

    lister les appareils utiliss (RNCREQ, 2009). Par la suite, on indique la tension, la puissance et le

    temps dutilisation par jour des appareils. Une fois ce travail complt, il est possible de faire le

    total de la consommation de chaque appareil en Wh/j (puissance * temps dutilisation). Pour le

    cas des tensions C.A., il faut tenir compte des pertes dues londuleur.

    Tableau 1 : valuation de la demande nergtique journalire

    Nom de

    lappareil

    lectrique

    Tension

    C.A. ou C.C.

    Puissance

    Watt

    Rendement

    onduleur

    pour C.A.

    Puissance

    Watt, avec

    pertes

    Utilisation

    heures /jour

    Total en

    Wh/j

    Lorsque le tableau est complt, on peut sommer la dernire colonne pour obtenir la demande

    nergtique globale pour une journe en Wh/j. Si des donnes sont disponibles dheure en heure

    ou par jour, il est possible de les utiliser directement dans le logiciel HOMER.

  • 141

    tape 2 : Pr-dimensionner

    Le pr-dimensionnement peut tre fait pour tous les quipements principaux. Pour un systme

    olien hors rseau, il est ncessaire de pralablement dimensionner au minimum la puissance et le

    nombre doliennes, et je recommande aussi de dimensionner les accumulateurs (systme de

    batteries). Pour de meilleurs rsultats, une meilleure analyse et une meilleure comprhension du

    systme, il est mieux de dimensionner tous les quipements importants, rgulateur et onduleur

    inclus. On peut mme dimensionner le cblage et les quipements connexes (fusibles, para-

    foudre, etc.) pour une analyse plus dtaille. Des schmas des oliennes, des accumulateurs et du

    cblage peuvent aussi tre effectus. Le logiciel HOMER, bien que trs bien fait et trs utile,

    nest quun outil. Ainsi, sil est lanc avec des donnes farfelues ou errones, les rsultats quil

    produira ne reprsenteront pas la ralit. Parfois, cause du format des donnes entres, on doit

    forcer certaines donnes pour obtenir un systme qui reprsente la ralit.

    Il est important de garder en mmoire que les logiciels ne sont que des outils et on se doit de

    comprendre leur fonctionnement correctement afin dobtenir des rsultats concluants.

    2.a. Dimensionnement des oliennes

    Pour le dimensionnement des oliennes, on peut calculer la puissance maximale pouvant tre

    retire du vent et la puissance pouvant tre retire dune olienne donne. Pour calculer la

    puissance maximale pouvant tre retire du vent une certaine hauteur, deux quations peuvent

    tre utilises :

    quation 13 : Puissance maximale pouvant tre retir du potentiel olien

    P max = Cp**Ap*V3

    Pmax :puissance maximale pouvant tre retire du vent en W

    Cp : coefficient (Cp max = 16/27 0.59) sans unit

    : densit de lair en kg/m3

    Ap : aire en m2

  • 142

    V : vitesse en m/s

    (Dubois, 2009) (Mathew, 2006)

    quation 14 : Vitesse du vent en fonction de la hauteur

    V=Vo*(H/Ho)

    V : vitesse la hauteur dsire (finale) en m/s

    Vo : vitesse la hauteur initiale en m/s

    H : hauteur dsire (finale) en m

    Ho : hauteur initiale en m

    : coefficient de rugosit du sol entre 0,1 et 0,4

    (Dubois, 2009) et site web de la NASA SSE

    En reliant la les 2 quations prcdentes, on peut dduire cette quation :

    quation 15 : Puissance en fonction de la hauteur

    P=Po(H/Ho)3

    P : puissance la hauteur dsire (finale) en m/s

    Po : puissance la hauteur initiale en m/s

    H : hauteur dsire (finale) en m

    Ho : hauteur initiale en m

    : coefficient de rugosit du sol entre 0,1 et 0,4

    (Dubois, 2009)

    Si lon veut connatre la puissance pouvant tre retire dune olienne, on doit utiliser sa courbe

    de puissance afin de dterminer quelle puissance peut tre fournie pour une vitesse de vent

    donne. Ces courbes sont dans les spcifications des oliennes soit donnes sous forme graphique

    ou de tableaux. Dans certains logiciels comme HOMER et RETScreen, il y a des bases de

    donnes de produits offrant le dtail des courbes de puissance des oliennes. En gnral, il

    faudrait choisir une olienne qui fonctionne une bonne capacit par rapport sa capacit

    maximale.

  • 143

    http://www.retscreen.net/fr/templates_1_kw_wind_turbine_off_grid.php

    Les donnes souvent disponibles sont les moyennes de vent mensuelles. Dautres donnes

    comme la frquence et la direction des vents peuvent aussi tre trouves. Le site de la NASA

    http://eosweb.larc.nasa.gov/sse/ et le site Canadian Wind Energy Atlas

    http://www.windatlas.ca/en/maps.php offrent un tableau reprsentant la distribution des vents

    selon certains intervalles en fonction de la latitude et la longitude dun lieu dtermin. Avec ces

    donnes, on peut connatre quel intervalle de vent est le plus frquent.

    partir de la demande nergtique journalire value laide du Error! Reference source not

    found. ou laide de donnes disponibles, on peut en retirer une valeur moyenne de puissance

    ncessaire pour le systme.

    quation 16 : Puissance moyenne value partir de la consommation nergtiquequation 16 : Puissance moyenne value partir de la consommation nergtique

    Pmoy = Eelec / 24hrs/jr

    Pmoy : puissance moyenne en W

    Eelec : consommation (demande) nergtique en Wh/jr

    Dans le cas de donnes dj disponibles, lutilisation du pire cas (plus grande consommation) est

    approprie pour le pr-dimensionnement. Ensuite on peut ajouter des pertes (pertes dans le

    systme et pertes de londuleur si ce nest pas dj pris en compte).

    quation 17 : Puissance avec pertes

  • 144

    Pfinale = P / (Cp*Cond)

    Pfinale : puissance finale en tenant compte des pertes en W

    P : puissance avant pertes en W

    Cond : efficacit de londuleur en dcimale

    Cp : coefficient associ aux pertes de courant de sources varies

    2.b. Batteries

    Le pr-dimensionnement des accumulateurs est aussi dterminant. HOMER permet de dfinir

    plusieurs sries de batteries en parallle. La dmarche pour le dimensionnement des batteries est

    issue du livre oliennes et arognrateurs (Cunty, 2001). Pour cette dmarche, 2 donnes

    doivent tre trouves ou estimes : N1, le nombre de jours conscutifs maximal sans vent

    productif (vents qui ne font pas dmarrer lolienne) et N2, le nombre de jours conscutifs de vent

    pour lequel il a t entre le vent productif et le vent nominal (vent auquel la puissance nominale

    de lolienne est dtermine). Les seuils de vent productif ou de vent nominal sont dans les

    spcifications de lolienne. Une fois les valeurs de N1 et N2 trouves, on peut estimer le nombre

    de jours dautonomie ncessaire.

    quation 18 : Nombre de jours dautonomie

    N1 Nja 1.25*N1

    Si N1N2, Nja = N1

    Si N1

  • 145

    CWh : capacit de la batterie en Wh

    Nja : nombre de jours dautonomie ncessaires en jours

    P : puissance ncessaire pour le systme en W

    quation 20 : Capacit de la batterie en Wh partir de la consommation nergtique

    CWh = Nja * Eelec

    CWh : capacit utile en Wh

    Nja : nombre de jours dautonomie ncessaires en jours

    Eelec : consommation (demande) nergtique en Wh/jr

    Avec la capacit de la batterie en Wh, on peut en dduire la capacit en Ah selon la tension

    nominale du systme.

    quation 21 : Capacit de la batterie en Ah partir de la consommation nergtique

    CAh= CWh / Vnom

    CAh : capacit utile en Ah

    CWh : capacit utile en Wh

    Vnom : tension nominale du systme en V

    quation 22 : Capacit de la batterie, calcul avec coefficients rducteurs

    Cnom= CAh/(Pd*Rt) = (Nja*Bj)/(Pd*Rt) (Labouret & Villoz, 2005)

    Cnom : capacit nominale en Ah

    Pd : profondeur de dcharge maximale autorise (gnralement 0.7 ou 0.8)

    Rt : coefficient rducteur tant compte de la temprature

    (dpend de la batterie choisie)

    Des tempratures basses sont nocives pour les batteries. Il faut donc appliquer un coefficient

    rducteur qui tient compte de ce fait. On doit aussi connatre la profondeur de dcharge du type

    de batteries choisi (seuil sous lequel la batterie ne peut tre dcharge, sinon elle sera

    endommage). Avec ces donnes et la demande nergtique, on calcule la capacit des batteries

  • 146

    et la capacit en tenant compte des coefficients de rduction comme pour le systme

    photovoltaque et dcrit dans nergie solaire photovoltaque dAnne Labouret.

    Il faut donc obtenir la tension dsire en mettant plusieurs batteries en srie et pour obtenir le

    systme final voulu, il faut mettre plusieurs sries de batteries en parallle.

    2.c. Autres quipements

    Le rgulateur, le convertisseur et le cblage peuvent aussi tre dimensionns pour une meilleure

    approximation des cots. Le dimensionnement des autres quipements accessoires (protections

    contre la foudre, fusibles, disjoncteurs et autres) est superflu pour une tude macroscopique.

    Seul le convertisseur est reprsent dans HOMER, si ce dernier est ncessaire. La mme logique

    est utilise pour le dimensionnement du convertisseur pour le systme olien que pour le systme

    photovoltaque.

    quation 23 : Dimensionnement du convertisseur/onduleur selon puissance du systme

    Puissanceonduleur = coeff* puissance de sortie des oliennes

    Pour systme hors rseau :

    Coeff : 1.25 1.3 (25 30% de plus que la puissance des panneaux)

    http://www.leonics.com/support/article2_12j/articles2_12j_en.php

    Pour systme connect au rseau :

    Coeff : 1.1*puissance de linstallation

    http://www.infinitepower.org/pdf/FactSheet-24.pdf

    Ou

    quation 24 : Dimensionnement du convertisseur/onduleur selon puissance instantane maximale

    Puissanceonduleur = coeff* puissance instantane maximale

    Coeff : 1.25* puissance instantane maximale

    http://www.infinitepower.org/pdf/FactSheet-24.pdf

    Si la puissance instantane maximale est connue, les 2 calculs sont faits et la valeur maximale est

    utilise.

  • 147

    Rgulateur

    Il est frquent quun rgulateur soit inclus lachat dune olienne, donc il est dj dimensionn

    correctement. Dans le cas contraire, le rgulateur est dimensionn selon le courant nominal et la

    tension nominale.

    quation 25 : Dimensionnement du rgulateur (courant)

    Courant = 1,5* Courant nominal

    quation 26 : Dimensionnement du rgulateur (tension)

    Tension = 2* tension nominale

    Cblage

    Un schma de cblage peut tre effectu, mais nest pas ncessaire pour ltude macroscopique.

    tape 3 : Identifier les quipements ncessaires

    Cette tape est trs rapide. Elle consiste identifier les quipements ncessaires pour le systme

    quon veut modliser. Dans le cas du systme olien hors rseau, on a besoin de doliennes, de

    batteries, dun convertisseur/onduleur, il ne sagit que de choisir les quipements dans HOMER

    afin de pouvoir, par la suite, entrer les donnes qui leur sont associes. Dans la zone

    quipement (equipment to consider), il faut aussi inclure la demande nergtique (primary

    load). Sans demande nergtique, HOMER donne un message derreur, le logiciel tant fait pour

    optimiser le systme de production dnergie en fonction de la demande nergtique.

  • 148

    Figure 7.2 : quipements slectionns dans HOMER

    tape 4 : Donnes entrer

    La qualit et lexactitude des donnes entres sont trs importantes parce que le logiciel HOMER

    se base sur ces donnes pour effectuer les calculs. Celles-ci ont donc un impact direct sur la

    justesse des rsultats obtenus.

    Il est impratif de consulter laide de HOMER lorsquon entre les donnes.

    Laide dcrit ce quil faut inclure et dfinit prcisment les termes utiliss dans le logiciel.

    Parfois, laide de HOMER suggre des sites internet consulter ou mme des valeurs entrer.

    Laide est un outil essentiel pour tout projet.

    4a. Donnes de consommation nergtique

    Pour les donnes de consommation nergtique, un profil peut tre entr pour chaque heure de la

    journe et ce pour tous les jours de lanne. Dans le cas o la demande a t value avec le

    tableau 1, il est bien de dterminer les moments de la journe quand les appareils sont

  • 149

    susceptibles dtre utiliss et de faire un profil de consommation journalier le plus prcis

    possible. Les pointes de consommation pour une rsidence sont souvent le matin avant que les

    gens partent travailler et les soirs, du retour du travail jusquau coucher. Cependant, le profil

    journalier dpend totalement des activits effectues (rsidence, chalet, industrie, observatoire,

    camp de chasse, etc.) et du mode dutilisation des quipements.

    Il est donc important dajuster le profil de consommation la situation donne.

    4b. Donnes de gisement olien

    Il est possible dentrer la main les donnes de gisement solaire pour chaque mois ou dimporter

    un fichier avec des donnes dheure en heure. Il est certain que si les donnes sont disponibles

    pour toutes les heures de lanne et que le profil de consommation est aussi disponible dans ce

    format, les rsultats seront optimaux.

    4c. Donnes dquipement

    Les donnes pour lquipement concernent lquipement qui sera utilis pour le systme de

    production dlectricit.

    Grandeurs considrer

    - oliennes

    la suite de plusieurs essais et calculs sur HOMER, les donnes de gisement utiliser pour le

    dimensionnement sont la moyenne de tous les mois de lanne et la donne du pire mois de

    lanne. La solution optimale calcule par HOMER se situe, en gnral, entre les valeurs de

    puissances calcules avec ces donnes.

  • 150

    Donn

    eca

    lcule

    avec

    lamo

    yenn

    e de t

    ous l

    esmo

    is

    Donn

    eca

    lcule

    avec

    lepir

    e mois

    Solut

    ionop

    timale

    Je suggre donc dutiliser les valeurs suivantes comme entres dans HOMER pour un premier

    calcul:

    Une valeur plus faible que la plus petite valeur calcule

    Donne de puissance crte calcule avec la moyenne de tous les mois

    Quelques valeurs mdianes

    Donne de puissance crte calcule avec le pire mois

    Une valeur plus leve que la plus grande valeur calcule

  • 151

    Les valeurs, plus faible et plus leve, permettent de sassurer quil ny a pas de solution qui

    ncessite moins de panneaux ou plus de panneaux que les solutions auxquelles on sattend.

    - Batteries

    Il faut entrer les valeurs obtenues par le pr-dimensionnement. Si on a seulement une srie de

    batteries, on doit entrer directement le nombre de batteries dsires. Pour dfinir plusieurs sries

    de batteries, on doit entrer le nombre de batteries en srie et le nombre de sries de batteries qui

    seront en parallle.

    - Convertisseur

    Il faut entrer la valeur du pr-dimensionnement. On peut mettre dautres valeurs dans HOMER,

    mais il faut faire une bonne analyse des rsultats optimiss que donnent HOMER dans ce cas

    cause du format des donnes entres. Les donnes de demande nergtique sont entres en kW

    pour chaque heure de la journe : on entre donc une puissance moyenne sur une heure. HOMER

    ne connat donc pas la valeur maximale de puissance instantane requise par le systme.

    Cots des quipements

    Les cots peuvent tre trouvs sur de nombreux sites internet en fonction de la rgion o le projet

    a lieu. Les sites internet sont de bonnes ressources tant quon sattarde la fiabilit et validit

    de la source (sites dorganismes reconnus ou sites gouvernementaux). Ils sont souvent plus jour

    que les livres et plus accessibles que les articles scientifiques. Il est important de porter une

    attention particulire au lieu gographique et aux prix trouvs : dans certains pays les

    quipements sont plus chers. Le prix peut tre dfini selon une moyenne de prix trouvs sur

    plusieurs sites pour des quipements bien prcis ou il peut tre dtermin selon des prix

    gnraux. Par exemple, on peut trouver le prix moyen des oliennes par W au lieu dun prix pour

    un modle prcis. Lorsquon entre les donnes, il faut faire attention : le prix doit parfois tre

    entr par quipement (par batterie, par olienne), et parfois selon la puissance de lquipement

    (panneaux solaires, prix pour une certaine puissance).

    - oliennes

    Pour les cots des oliennes, on peut entrer plusieurs quantits et le prix associ ces quantits.

    Cette possibilit est intressante parce que les prix nvoluent pas ncessairement linairement

  • 152

    selon la quantit, donc en entrant plusieurs cots selon la puissance de lquipement, le prix

    global sera mieux adapt la situation.

    http://www.iea.org/Papers/2008/Wind_Brochure.pdf

    cot : investissements : 1.4 2.7 M US$/MW pour les grosses oliennes

    O&M : entre 14 et 26 US$ / MWh pour les grosses oliennes

    Prix pour petites turbines : http://www.canwea.ca/swe/overview.php?id=44

    Puissance : 0.3-1kW 1-30kW 30-300 kW

    Cot de lolienne 2800 CAN$/kW 3000 CAN$/kW 2200 CAN$/kW

    Cots totaux 5k 6,4k CAN$/kW 6000 CAN$/kW 3300 CAN$/kW

    Entretien et opration 40-130 CAN$/an 1150 CAN$/an 3300 CAN$/an

    Liste de manufacturier doliennes :

    http://www.windustry.org/companies?filter0%5B%5D=113&filter1%5B%5D=187

    - Rgulateur

    Il est frquent que le rgulateur soit compris avec lolienne lachat.

    tape 5 : Lancer le calcul

    Une fois toutes les donnes entres, il faut lancer le calcul sur HOMER. Le temps de calcul est

    rapide. Les rsultats sont ensuite affichs, avec la solution la moins chre en premier. On peut

    voir tous les rsultats de tous les systmes overall ou les rsultats par type de systme

    categorized . HOMER produit parfois aussi des avertissements. En gnral, il ne faut plus

    avoir davertissements, sauf dans certains cas pour lesquels on impose des valeurs. Il faut donc

    bien comprendre la nature des avertissements et des erreurs donns par HOMER et agir avec

    discernement.

    tape 6 : Optimiser les rsultats

  • 153

    La phase doptimisation des rsultats est le cur mme de la dmarche. Loptimisation se fait de

    faon itrative, on tient tendre vers la solution optimale. HOMER donne la solution optimale

    parmi les grandeurs de systme proposes. Le principe est donc simple; on utilise la solution

    optimale donne par HOMER, on remet cette valeur dans HOMER ainsi que la valeur au-dessus

    et au-dessous et des valeurs intermdiaires. On refait le mme processus jusqu ce quon

    obtienne une solution optimale. On peut se guider avec une donne intressante des rsultats

    autre que le cot : lexcs dnergie du systme. Il est certain que lexcs dnergie est de plus en

    plus grand pour des latitudes leves pour des systmes photovoltaques hors rseau. Pour des

    lieux prs de lquateur, il est possible davoir un systme ayant moins de 5 % dexcs dnergie

    et mme prs de 0 %, ce qui est excellent. Aprs avoir obtenu le systme optimis, on peut mettre

    un facteur de scurit sur la solution trouve.

    tape 7 : Faire des analyses de sensibilit (facultatif)

    Des paramtres jugs influents, ayant une grande incertitude, ou ayant une plus grande variabilit

    doivent tre cerns. Les analyses de sensibilit servent savoir si, mme avec une variation de

    ces paramtres, les rsultats restent les mmes et sinon, quelles influences ils apportent. Ces

    paramtres peuvent tre : le cot des quipements, le cot de rachat de llectricit par le rseau,

    les donnes de gisement solaire, la demande nergtique. La plupart des donnes entres peuvent

    tre utilises pour des analyses de sensibilit. Celles-ci multiplient le nombre de calculs

    effectuer par le logiciel et, par consquent, le temps de calcul. Cest pourquoi il est prfrable de

    cerner les paramtres les plus sensibles pour notre tude. De plus, ces analyses doivent tre

    excutes sur les systmes optimiss pour lesquels les donnes des systmes obsoltes ont t

    enleves.

    tape 8 : Valider le calcul HOMER

    COE cost of energy

    Parmi les rsultats, le cot de revient de lnergie en $/kWh peut tre un bon indice pour valider

    le systme.

  • 154

    Pourcentage dexcs dnergie

    Le pourcentage dexcs dnergie permet de dduire si le systme a bien t optimis. Plus la

    latitude est leve, plus le systme photovoltaque a dexcs dnergie pour pouvoir rpondre la

    demande nergtique forte en priode pour laquelle le gisement est faible. Pour des systmes prs

    de lquateur, lexcs dnergie devrait tre presque nul.

    Pourcentage des cots de chaque quipement vs la moyenne

    On peut comparer le pourcentage des cots obtenus par HOMER et le pourcentage normal des

    cots des quipements par rapport aux cots totaux du systme. Sil y a des divergences, on doit

    les expliquer.

    Comparaison des valeurs de dimensionnement manuel et des rsultats

    HOMER

    Des calculs de pr-dimensionnement manuel des quipements peuvent tre compars aux

    rsultats issus de HOMER. Des calculs approxims de cots peuvent aussi tre compars aux

    rsultats de HOMER. La situation idale est que tout soit du mme ordre de grandeur.

    comparer :

    - taille des quipements

    - cots initiaux

    - cots totaux

    Il est aussi possible de vrifier les rsultats obtenus avec des rsultats dtudes dj ralises et

    publies dans des articles de revues ou disponibles sur les sites internet dorganismes reconnus.

    Sites consults

    http://www.canwea.ca/swe/faq.php?id=6

    http://www.canwea.ca/swe/smallwind.php?id=59

    http://www.canwea.ca/swe/overview.php?id=43

  • 155

    ANNEXE 4 Mthodologie pour le disel avec Homer

    Pour effectuer le dimensionnement avec le logiciel HOMER, on peut simplement entrer une srie

    de donnes et le logiciel donne la solution optimale parmi les donnes soumises. Ce nest

    cependant pas ncessairement la solution optimale absolue, mais plutt la solution optimale

    parmi les choix soumis. Avec une mthode itrative, on pourrait arriver la solution optimale

    pour un lieu donn, mais le processus peut savrer long si on na pas dordre de grandeur de la

    taille du systme. De plus, on na aucune base de comparaison pour valuer la justesse des

    rsultats si on ne fait aucun calcul pralable.

    Je prconise donc un dimensionnement pralable la main. Jai donc tabli une mthodologie

    afin darriver des rsultats concluants en utilisant des calculs manuels et le logiciel HOMER.

    Dmarche globale pour le diesel

    La dmarche globale est logique et lmentaire :

    9. valuer de la demande nergtique (consommation dnergie);

    10. Pr-dimensionner la main des panneaux et des quipements;

    11. Identifier les quipements ncessaires pour le systme (gnratrice, type de combustible :

    diesel) dans le logiciel HOMER;

    12. Entrer les donnes ncessaires dans le logiciel :

    g. de consommation nergtique;

    h. de gisement solaire pour le lieu dsir;

    i. des quipements (prix des quipements et cot dopration et dentretien);

    13. Lancer le calcul dans HOMER;

    14. Optimiser les rsultats de HOMER de faon itrative pour arriver la solution optimale

    pour ce systme;

    15. Faire des analyses de sensibilit, si ncessaire;

    16. Valider le systme.

  • 156

    Lutilisation du logiciel HOMER est simple et intuitive, mais un travail de recherche en amont

    doit tre fait minutieusement et rigoureusement pour les donnes entres, surtout au niveau des

    cots des quipements. Si ce travail nest pas effectu correctement et srieusement, les rsultats

    obtenus ne reprsenteront pas un systme fonctionnel rel ou du moins plausible.

    tape 1 : valuer de la demande nergtique

    Les donnes de consommation doivent prfrablement tre values. Le tableau 1, un tableau

    classique pour dterminer la consommation journalire dune famille ou dune maison, permet de

    lister les appareils utiliss (RNCREQ, 2009). Par la suite, on indique la tension, la puissance et le

    temps dutilisation par jour des appareils. Une fois ce travail complt, il est possible de faire le

    total de la consommation de chaque appareil en Wh/j (puissance * temps dutilisation). Pour le

    cas des tensions C.A., il faut tenir compte des pertes dues londuleur.

    Tableau 1 : valuation de la demande nergtique journalire

    Nom de

    lappareil

    lectrique

    Tension

    C.A. ou C.C.

    Puissance

    Watt

    Rendement

    onduleur

    pour C.A.

    Puissance

    Watt, avec

    pertes

    Utilisation

    heures /jour

    Total en

    Wh/j

    Lorsque le tableau est complt, on peut sommer la dernire colonne pour obtenir la demande

    nergtique globale pour une journe en Wh/j. Si des donnes sont disponibles dheure en heure

    ou par jour, il est possible de les utiliser directement dans le logiciel HOMER.

    Cependant, pour dimensionner une gnratrice, des informations supplmentaires sont

    ncessaires. Ces informations sont indiques dans le tableau 2.

  • 157

    Tableau 2 : valuation de la puissance des appareils

    Nom de

    lappareil lectrique

    Quantit de cet

    appareil

    Puissance de

    fonctionnement

    Watt

    Puissance de

    dmarrage

    Watt

    Puissance totale pour

    ce type dappareil

    Watt

    Pour des appareils de type rsistif, la puissance de fonctionnement est la mme que celle de

    dmarrage. Pour des appareils de type ractif, on tient compte pour le calcul de la puissance de

    dmarrage. La puissance totale est donc, pour un appareil rsistif, la puissance de lappareil

    multiplie par la quantit de cet appareil. Pour un appareil ractif, la puissance totale sera la

    puissance au dmarrage de cet appareil multiplie par la quantit de cet appareil.

    Si tous les quipements fonctionnent simultanment, les lments de la colonne de puissance

    totale doivent tre additionns.

    tape 2 : Pr-dimensionner

    Le logiciel HOMER, bien que trs bien fait et trs utile, nest quun outil. Ainsi, sil est lanc

    avec des donnes farfelues ou errones, les rsultats quil produira ne reprsenteront pas la

    ralit. Parfois, cause du format des donnes entres, on doit forcer certaines donnes pour

    obtenir un systme qui reprsente la ralit.

    Il est important de garder en mmoire que les logiciels ne sont que des outils et on se doit de

    comprendre leur fonctionnement correctement afin dobtenir des rsultats concluants.

  • 158

    2.a. Dimensionnement de la gnratrice

    Pour les gnratrices, il existe 2 types de charges diffrentes :

    Charge rsistive

    Charge ractive

    La charge rsistive est similaire une rsistance donc comme une ampoule incandescente ou un

    systme de chauffage lectrique. Cette charge est constante et on la calcule en kW

    (ampres*volts). La charge ractive est plutt associe aux moteurs, condensateurs ou inducteur

    et elle est non constante. Notamment, la puissance ncessaire au dmarrage est beaucoup plus

    grande que celle en mode de fonctionnement continu. La charge ractive est exprime en kAV

    (ampres*volts*facteur de charge).

    En utilisant les informations recueillies pour les tableau 1 et tableau 2, on peut faire un pr-

    dimensionnement simple.

    En sommant la dernire colonne du tableau 2, on trouve la puissance ncessaire notre systme

    si tous les quipements sont en fonction simultanment. De plus, on suggre de ne jamais utiliser

    une gnratrice 100% de sa charge maximale pour plus de 30 minutes. On suggre de ne pas

    dpasser les 90% de la charge de la gnratrice. Le fonctionnement optimal dune gnratrice est

    80% de sa charge. On peut donc ajouter un coefficient de scurit dau moins 1,1 et mme de

    1,2.

    Si ces informations ne sont pas disponibles, on peut trouver lheure pour laquelle la puissance

    maximale moyenne est connue et multiplier cette valeur moyenne par 3 ou 5 afin de tenir compte

    des puissances de dmarrage. Sinon, on ajoute les coefficients de 1.1 ou 1.2 la puissance

    instantane maximale.

    Dans la littrature, il est souvent question de systmes de 7 30 kW pour le secteur rsidentiel,

    les petites usines et les petits bureaux. Dans une tude de Canmetnergie, on parle dune

    gnratrice de 5,8kWe pour combler 55,8% des besoins qui sont environ de 24 kWh/j.

    tape 3 : Identifier les quipements ncessaires

  • 159

    Cette tape est trs rapide. Elle consiste identifier les quipements ncessaires pour le systme

    quon veut modliser. Dans le cas du systme diesel hors rseau, on a besoin dune gnratrice, il

    ne sagit que de choisir les quipements dans HOMER afin de pouvoir, par la suite, entrer les

    donnes qui leur sont associes. Dans la zone quipement (equipment to consider), il faut

    aussi inclure la demande nergtique (primary load). Sans demande nergtique, HOMER

    donne un message derreur, le logiciel tant fait pour optimiser le systme de production

    dnergie en fonction de la demande nergtique.

    Figure 7.3 : quipements slectionns dans HOMER

    tape 4 : Donnes entrer

    La qualit et lexactitude des donnes entres sont trs importantes parce que le logiciel HOMER

    se base sur ces donnes pour effectuer les calculs. Celles-ci ont donc un impact direct sur la

    justesse des rsultats obtenus.

    Il est impratif de consulter laide de HOMER lorsquon entre les donnes.

  • 160

    Laide dcrit ce quil faut inclure et dfinit prcisment les termes utiliss dans le logiciel.

    Parfois, laide de HOMER suggre des sites internet consulter ou mme des valeurs entrer.

    Laide est un outil essentiel pour tout projet.

    4a. Donnes de consommation nergtique

    Pour les donnes de consommation nergtique, un profil peut tre entr pour chaque heure de la

    journe et ce pour tous les jours de lanne. Dans le cas o la demande a t value avec le

    tableau 2, il est bien de dterminer les moments de la journe quand les appareils sont

    susceptibles dtre utiliss et de faire un profil de consommation journalier le plus prcis

    possible. Les pointes de consommation pour une rsidence sont souvent le matin avant que les

    gens partent travailler et les soirs, du retour du travail jusquau coucher. Cependant, le profil

    journalier dpend totalement des activits effectues (rsidence, chalet, industrie, observatoire,

    camp de chasse, etc.) et du mode dutilisation des quipements.

    Il est donc important dajuster le profil de consommation la situation donne.

    4b. Donnes sur le combustible

    Principalement, il faut trouver le prix du combustible, donc dans ce cas-ci, le prix du diesel au

    litre. Les prix varient selon lendroit o le diesel est achet. Bien que le prix avant taxes est

    similaire dans plusieurs pays (autour de 80/litre en 2010), les taxes ajoutes pour chaque pays

    sont diffrentes. De plus, comme tous les combustibles fossiles, le prix de diesel est en constante

    augmentation. Il faut donc trouver une donne jour pour le prix du combustible. Au Qubec, le

    prix du diesel tourne autour de 1,20$/litre en ce dbut danne 2011, par contre il y a eu une

    pointe plus de 1,50$/litre en 2009. Il faut donc tenir compte de la variabilit de cette donne.

    Une analyse de sensibilit avec le prix du carburant serait justifie.

    http://www.regie-energie.qc.ca/energie/petrole_tarifs.php

    http://www.aip.com.au/pricing/marketwatch.htm

  • 161

    http://www.eia.doe.gov/oog/info/gdu/gasdiesel.asp

    Pour la consommation, un estim denviron 0,30 0,4 litre/kWhe peut tre utilis.

    4c. Donnes dquipement

    Les donnes pour lquipement concernent lquipement qui sera utilis pour le systme de

    production dlectricit.

    Grandeurs considrer

    - Gnratrices

    Il faut entrer les valeurs du pr-dimensionnement. tant donn le format des donnes pris en

    compte dans HOMER, il faut sassurer dimposer la valeur de dimensionnement pour que le

    systme soit capable de subvenir aux besoins de la puissance instantane maximale.

    Cots des quipements

    Les cots peuvent tre trouvs sur de nombreux sites internet en fonction de la rgion o le projet

    a lieu. Les sites internet sont de bonnes ressources tant quon sattarde la fiabilit et validit

    de la source (sites dorganismes reconnus ou sites gouvernementaux). Ils sont souvent plus jour

    que les livres et plus accessibles que les articles scientifiques. Il est important de porter une

    attention particulire au lieu gographique et aux prix trouvs : dans certains pays les

    quipements sont plus chers. Le prix peut tre dfini selon une moyenne de prix trouvs sur

    plusieurs sites pour des quipements bien prcis ou il peut tre dtermin selon des prix

    gnraux. Par exemple, on peut trouver le prix moyen des panneaux par Wc au lieu dun prix

    pour un modle de panneaux prcis. Lorsquon entre les donnes, il faut faire attention : le prix

    doit parfois tre entr par quipement (par batterie), et parfois selon la puissance de lquipement

    (panneaux solaires, prix pour une certaine puissance).

    - Gnratrices

    Pour une gnratrice utilise quen cas durgence, les cots initiaux seront les plus importants

    alors que pour une gnratrice qui est la source principale de production dlectricit, ce sont

    plutt les cots en carburants qui seront significatifs. Pour les gnratrices de grosses puissances

    (quelques dizaines de kW), le prix dachat est aussi peu que 0,60/W alors que pour les petites

    gnratrices (moins de 10kW), le prix peut slever jusqu 1,20$/W.

  • 162

    Pour lentretien, environ 1,25/kWh 2,5/kWh est estim.

    tape 5 : Lancer le calcul

    Une fois toutes les donnes entres, il faut lancer le calcul sur HOMER. Le temps de calcul est

    rapide. Les rsultats sont ensuite affichs, avec la solution la moins chre en premier. On peut

    voir tous les rsultats de tous les systmes overall ou les rsultats par type de systme

    categorized . HOMER produit parfois aussi des avertissements. En gnral, il ne faut plus

    avoir davertissements, sauf dans certains cas pour lesquels on impose des valeurs. Il faut donc

    bien comprendre la nature des avertissements et des erreurs donns par HOMER et agir avec

    discernement.

    tape 6 : Optimiser les rsultats

    La phase doptimisation des rsultats est le cur mme de la dmarche. Loptimisation se fait de

    faon itrative, on tient tendre vers la solution optimale. HOMER donne la solution optimale

    parmi les grandeurs de systme proposes. Le principe est donc simple; on utilise la solution

    optimale donne par HOMER, on remet cette valeur dans HOMER ainsi que la valeur au-dessus

    et au-dessous et des valeurs intermdiaires. On refait le mme processus jusqu ce quon

    obtienne une solution optimale. On peut se guider avec une donne intressante des rsultats

    autre que le cot : lexcs dnergie du systme. Aprs avoir obtenu le systme optimis, on peut

    mettre un facteur de scurit sur la solution trouve.

    tape 7 : Faire des analyses de sensibilit (facultatif)

    Des paramtres jugs influents, ayant une grande incertitude, ou ayant une plus grande variabilit

    doivent tre cerns. Les analyses de sensibilit servent savoir si, mme avec une variation de

    ces paramtres, les rsultats restent les mmes et sinon, quelles influences ils apportent. Ces

    paramtres peuvent tre : le cot des quipements, le cot de rachat de llectricit par le rseau,

    les donnes de gisement solaire, la demande nergtique. La plupart des donnes entres peuvent

    tre utilises pour des analyses de sensibilit. Celles-ci multiplient le nombre de calculs

    effectuer par le logiciel et, par consquent, le temps de calcul. Cest pourquoi il est prfrable de

    cerner les paramtres les plus sensibles pour notre tude. De plus, ces analyses doivent tre

  • 163

    excutes sur les systmes optimiss pour lesquels les donnes des systmes obsoltes ont t

    enleves.

    Dans le cas du systme diesel, il serait intressant de faire une analyse de sensibilit sur le prix du

    carburant afin de vrifier la robustesse de la solution optimise trouve.

    tape 8 : Valider le calcul HOMER

    COE cost of energy

    Parmi les rsultats, le cot de revient de lnergie en $/kWh peut tre un bon indice pour valider

    le systme. Pour des systmes de gnratrices diesel, ce cot peut tre trs diffrent si la

    gnratrice est utilise seulement pour les cas durgence ou si elle est constamment en fonction.

    Pourcentage dexcs dnergie

    Le pourcentage dexcs dnergie permet de dduire si le systme a bien t optimis.

    Pourcentage des cots de chaque quipement vs la moyenne

    On peut comparer le pourcentage des cots obtenus par HOMER et le pourcentage normal des

    cots des quipements par rapport aux cots totaux du systme. Sil y a des divergences, on doit

    les expliquer.

    Comparaison des valeurs de dimensionnement manuel et des rsultats

    HOMER

    Des calculs de pr-dimensionnement manuel des quipements peuvent tre compars aux

    rsultats issus de HOMER. Des calculs approxims de cots peuvent aussi tre compars aux

    rsultats de HOMER. La situation idale est que tout soit du mme ordre de grandeur.

    comparer :

    - taille des quipements

    - cots initiaux

    - cots totaux

  • 164

    Il est aussi possible de vrifier les rsultats obtenus avec des rsultats dtudes dj ralises et

    publies dans des articles de revues ou disponibles sur les sites internet dorganismes reconnus.

    Sites consults

    http://www.powerlite.com.au/default.asp?id=39

    http://www.powerlite.com.au/default.asp?id=40

    http://www.homepower.htmlplanet.com/solar-vs-diesel-generators.html

    http://www.powerlite.com.au/default.asp?id=19

    http://www.powerlite.com.au/images/portable%20petrol/average%20watts%20table.pdf

    http://www.powerlite.com.au/default.asp?id=28

    http://generatorsforhomeuse.org/

    http://www.findgenerators.net/Choosing_The_Right_Generator.html

    http://www.dieselgeneratorset.us/sizingofdieselgeneratorset.htm

    http://en.wikipedia.org/wiki/Diesel_generator

    http://www.dieselserviceandsupply.com/Sizing_A_Generator.aspx

  • 165

    ANNEXE 5 Donnes entres pour le photovoltaqueSimulations HOMER

    LOGICIEL : HomerLIEU : Saint-Hubert (1er cas simul, explications dtailles)LATITUDE : 45.5 N = 45 deg 30 min NLONGITUDE : -73.4 E = 73 deg 24 min OTYPE DE SYST : PV seulNbre de Rsidences : 1

    tape 1 : VALUER LA DEMANDE NERGTIQUE

    Pour la demande, le fichier obtenu dHydro-Qubec est utilis. La consommation totale dusecteur rsidentiel est donne dheure en heure pour une anne entire. Pour obtenir laconsommation dune rsidence moyenne jai fait :

    1 maison moyenne = total conso rs. / nbre de rsidences.

    Pour chaque mois, jai calcul la moyenne de consommation journalire pour le mois. Le piremois est janvier avec 84.43 kWh/j. Cette valeur sera donc utilise pour le pr-dimensionnement.

    Mois 1 rs.

    Janvier 84.43 kWh

    Fvrier 74.70 kWh

    Mars 62.60 kWh

    Avril 46.61 kWh

    Mai 33.07 kWh

    Juin 29.63 kWh

    Juillet 29.08 kWh

    Aot 30.06 kWh

    Septembre 29.11 kWh

    Octobre 38.66 kWh

    Novembre 54.59 kWh

    Dcembre 73.96 kWhMoy./jourMensuelle 48.88 kWh

  • 166

    tape 2 : PR_DIMENSIONNER2.a. CHAMP DE PANNEAUX

    Saint-Hubert

    RETscreen

    kWh/m2/jJanvier 1.72Fvrier 2.80Mars 4.05Avril 4.64Mai 5.73Juin 6.11Juillet 6.14Aot 5.18Septembre 3.85Octobre 2.52Novembre 1.49Dcembre 1.34

    3.8Selon la moyenne journalire du pire mois de consommation, le gisement moyen et le piregisement mensuel, on peut obtenir 2 valeurs pour la puissance crte.

    Nombre dheures quivalent :Ne = Esol/1000

    Avec la moyenne des gisementsNe = 3.8 kWh/m2/j / 1000 = 3.8 h/j

    Avec le gisement du pire moisNe = 1.34 kWh/m2/j / 1000 = 1.34 h/j

    Puissance crte :Pc = Eelec / NPcfinale = Pc / (Cp*Cond)Cond = 0.85Cp = 0.76 (0.8 pour pertes efficacit batterie * 0.95 pour pertes salissures, neige)Cond*Cp=0.646

    Consommation du pire mois avec la moyenne des gisementsPc = 84.43 kWh/j / 3.80 h/j = 22.2 kWcPc finale = 22.2 kWc/0.646 = 34.4 kWc

    Consommation du pire mois avec le gisement du pire moisPc = 84.43 kWh/j / 1.34 h/j = 63.0 kWc

  • 167

    Pc finale = 63.0 kWc/0.646 = 97.5 kWc

    *Consommation moyenne avec la moyenne des gisementsPc = 48.88 kWh/j / 3.80 h/j = 12.9 kWcPc finale = 12.9 kWc/0.646 = 20.0 kWc

    *Consommation moyenne avec le gisement du pire moisPc = 48.88 kWh/j / 1.34 h/j = 36.5 kWcPc finale = 36.5 kWc/0.646 = 56.5 kWc

    Pc finale : *20.0 kWc, 34.4 kWc, *56.5 kWc, 97.5 kWc

    Puissance duchamp

    0-500Wc 500 Wc- 2kWc 2-10kWc plus de 10kWc

    Tensionsuggre

    12VDC 24VDC 48 VDC plus de 48VDC

    La tension du systme devrait donc tre dau moins 48 VDC.

    Si on pose une tension de 48 VDC, on obtient donc des besoins en Ah/j partir des besoins enWh/j.

    Besoins en Ah/j :Bj = Eelec / Vnom

    Bj = 84.43 kWh/j / 48 VDC = 1,76 kAh/j*Bj = 84.43 kWh/j / 72 VDC = 1,17 kAh/j*Bj = 84.43 kWh/j / 96 VDC = .880 kAh/j*Bj = 84.43 kWh/j / 480 VDC = .176 kAh/j*Bj = 84.43 kWh/j / 720 VDC = .117 kAh/j*Bj = 84.43 kWh/j / 960 VDC = .088 kAh/j

    Courant maximal ncessaire :Im = Bj / (Esol*Cp)Cp = 0.76

    Avec le gisement du pire mois et 48VDCIm = 1.76 kAh/j / (1.34 h/j * 0.76) = 1.73 kA*Avec le gisement du pire mois et 960VDCIm = 0.088 kAh/j / (1.34 h/j * 0.76) = 0.086 kA=86 A

    Puissance minimale requise pour le systme :Pc = Vm * ImVm = 64-68 VDC pour panneaux de 48 V(Pour 960 VDC, ce serait 20 systmes de 48 V)

    Avec le gisement du pire mois et 48VDC

  • 168

    Pc = 68VDC * 1.73 kA = 117 kW*(Pc = 68VDC * 0.086 kA = 5.85 kW)

    Pour la puissance crte, on devra donc mettre des valeurs entre 20 et 120 kWc par exemple pourun premier calcul.

    Nombre de panneaux global :*Nbre de panneaux min. : 20kWc / 200Wc/panneau = 100 panneauxNbre de panneaux max. : 120kWc/ 200Wc/panneau = 600 panneaux

    Nombre de panneaux en srie (Vnom) :Nbre de panneaux en srie : 960 V/ 48 V = 20 panneaux

    Nombre de panneaux en parallle :Ip : 200 W / 48 V = 4.2 A*86 A / 4.2 A = 21 panneaux117000 W / 960 V = 122 ANbre de panneaux en parallle : 122 A / 4.2 A = 30 panneaux

    Nombre estim de panneaux :20 * 21 = 420 panneaux20*30 = 600 panneaux

    2.b. BATTERIESCapacit utile :Cu=Nja*Bj

    Cu avec Nja de 3 jrsCu= 3 j * 1.76 kAh / j = 5.3 kAhCu avec Nja de 5 jrsCu= 5 j * 1.76 kAh / j = 8.8 kAhCu avec Nja de 8 jrsCu= 8 j * 1.76 kAh / j = 14.1 kAhCu avec Nja de 10 jrsCu= 10 j * 1.76 kAh / j = 17.6 kAh

  • 169

    Du site Nasa SSE :Equivalent Number Of NO-SUN Or BLACK Days (days)

    Lat 45.5

    Lon -73.4

    Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec

    1 day 0.93 0.95 0.89 0.87 0.94 0.9 0.89 0.96 0.9 0.95 0.95 0.96

    3 day 2.04 1.89 1.94 2.41 2.46 2.01 1.71 2.03 1.97 2.47 2.1 2.14

    7 day 2.88 2.69 3.06 4.43 3.4 3.5 2.55 3.17 3.4 4.86 3.5 3.53

    14 day 3.91 4.59 4.33 6.74 3.85 4.1 2.96 4.4 5.49 6.5 4.8 6.67

    21 day 4.62 5.11 4.74 6.81 4.99 5 2.85 5.13 5.61 8.28 6.18 7.35

    Month 4.51 5.86 3.51 5.98 6.99 5.61 2.63 5.24 5.72 8.98 4.13 7.5

    Le pire mois est le mois doctobre pour lequel il pourrait y avoir 8.98 jours sans apport solaire,cependant le mois doctobre nest pas un mois citrique. Les mois critiques sont dcembre, janvieret fvrier. Ce sont les mois pour lesquels la demande est grande et le gisement solaire est faible.Parmi ces mois, cest dcembre qui est le pire mois. On pourrait avoir besoin de 7.5 jours derserve, donc 8 jrs.

    Capacit nominale :Cnom = Cu / (Pd*Rt)Pd = .7 (0.7 ou 0.8 normalement)Rt = .6 (coefficient de temprature)Pd*Rt= 0.42

    Cnom avec Nja de 3 jrsCnom = Cu / (.42) = 12.6 kAhCnom avec Nja de 5 jrsCnom = Cu / (.42) = 21.0 kAhCnom avec Nja de 8 jrsCnom = Cu / (.42) = 33.6 kAhCnom avec Nja de 10 jrsCnom = Cu / (.42) = 41.9 kAh

    *Tnom 960VNombre de batteries global :Nbre de batteries : 33.6 kAh / 200Ah/batterie = 168 batteries

    Nombre de batteries en srie (Vnom) :Nbre de batteries en srie : 960 V/ 12 V = 80 batteries

    Nombre de batteries en parallle (Cnom) :Nbre de batteries en parallle : 168 A / 80 A = 2.1 environ 3 batteries

    Nombre estim de batteries :80*2= 160 batteries BON80*3 = 240 batteries

  • 170

    2.c. AUTRES QUIPEMENTS

    Puissance du convertisseur / onduleurPond = coeff* puissance de sortie des panneauxCoeff =1.3Pond = 1.3*117kW = 152 kW

    ou

    Pond = coeff* puissance instantane maximaleCoeff=1.25Pond=1.25*5.25=6.5625kW

    Courant et tension du rgulateur / contrleur (p.214-215 nergie solaire pv)Courant = 1,5* Courant nominalCourant = 1.5*1720 A = 2580 A

    Tension maximale = 2* tension nominaleTension = 2*960V = 1920V

    tape 3 : IDENTIFIER LES QUIPEMENTS NCESSAIRES - HOMER

    Pour la zone quipement (equipment to consider) pour le systme photovoltaque seul, 4icnes sont ncessaires :

    - Demande nergtique (load)- PV- Battery- Converter

    Le rseau nest pas modlis puisque cest un systme autonome.

  • 171

    tape 4 : DONNES ENTRER

    4a. DONNES DE CONSOMMATION NERGTIQUE

    DEMANDE NERGTIQUE / LOADDonnes Raison / Commentaires

    Type de tension /Load AC AC permet dutiliser les appareils usuels

    Data source Import Fichier hydro-qubec, 1 maison

    Baseline data ---

    Random variability

    day-to-day autotime-step-to-time-step auto

    Scaled annual average(kWh/h) moyenne j'ai laiss la moyenne

    Efficiency inputs nonpour le moment aucune donne entre, ilpourra tre intressant de voir pour unemaison pourvue d'quipement spcialementmoins nergivore

    efficiency multiplier ---

    capital cost $ ---

    lifetime yr ---

    La simulation a t faite avec du courant AC, puisque selon n. sol. pv. p.131, ceci permetdutiliser les appareils usuels, choix beaucoup plus vaste, prix plus avantageux.

    4b. DONNES DE GISEMENTS SOLAIRES

    GISEMENT SOLAIRE / SOLAR RESOURCEDonnes Raison / Commentaires

    latitude 45deg30min Lat. de RETScreen mise en deg/minlongitude 73deg24min Long. de RETScreen mise en deg/min

    get data viainternet non Donnes HOMER entres

    data sourcemonthlyaverage

    scaled annualaverage moyenne j'ai laiss la moyenne

  • 172

    4c. DONNES DQUIPEMENTS

    PANNEAUX

    PANNEAUX SOLAIRES / PVDonnes Raison / Commentaires

    Costs http://www.solarbuzz.com/Moduleprices.htmsize kW 1 kWc

    capitals $ 4140

    3.0$/W + 5% rgulateur + 10% autrescomposantes + 13% taxes + 10% pourinstallation

    replacement $ autocot du remplacement avant la fin de vie duprojet

    O&M $/yr 1.656=2

    souvent considre nulle (ref. aide homer)pour panneaux, 1% pour autres composantesinclues

    PropertiesOutput current dc

    Lifetime yr 25la plupart des marchands garantissent 25 anspour la puissance

    Derating factor % 85%Situation relle / situation aux conditionsstandard

    Slope degrees 55.5 latitude+10=55.5 ref en sol pv p. 197

    Azimuth deg W of S 0 panneaux plein sud

    Ground reflectance % 32.5% 20% pour 9 mois (gazon) et 70% pour 3 mois

    AdvancedTracking sytem non

    consider effect of temperature nontemp coeff of power ---

    nominal op cell temp ---

    eff. at std. Test conditions ---

    Sizes to considerentre 20 et120 kWc,pas de 5 Essai 1

  • 173

    Prix des panneaux solaires

    Le prix pour le pv dans Homer tient compte : PV panels Mounting hardware Tracking system Control system Wiring Installation

    Prix des modules seulementSelon http://www.solarbuzz.com/Moduleprices.htm, le prix des panneaux seuls a tendance adiminu. Le prix est de 3.00US$/W peak aux tats-Unis et le prix ne tient pas compte des taxes.Les taxes slvent 5% pour la TPS et 7.5% pour la TVQ pour un total denviron 13%(1.05*1.125=1.128). Le prix est valable pour des panneaux de 125 W ou plus, ce qui estncessaire dans ce cas-ci tant donn la demande leve en nergie. De faon gnrale, plus lespanneaux ont une puissance leve plus le prix par watt-crte est faible. Les panneauxreprsentent environ 50-60% des cots totaux pour un systme photovoltaque.

    Le prix pour le rgulateur est denviron 6$/Amp. 2580 A*6=15480$Le prix entr dans le logiciel est 3.00 US$/W +5% rgulateur + 10% autres composantes + 10%installation + taxes donc, 1.38*3US$/W = 4.14US$/W.

    Bien que les panneaux nont pas besoin dentretien, les autres composantes peuvent bienncessiter un certain entretien donc jai estim 1% du cot intial/W le prix de lentretien /W paran. Alors on a : 1kW*4140$/kW*1/100=41.4$. Remis par an : 41.4$/25 ans = 1.656 $/an/kW.

    Prix du rgulateurEnviron 10% du montant total du systme photovoltaque selonhttp://www.solarbuzz.com/Moduleprices.htm. Dans nergie solaire photoltaque, on parle de 5%cependant on note que les rgulateurs MPT (max power tracking) sont plus onreux. Je laivalu 5% du prix des panneaux seuls.

  • 174

    CONVERTISSEUR

    CONVERTERDonnes Raison / Commentaires

    Costssize 1 kw

    capitals 848 US$selon solar buzz + 5% pour installation +taxes 13% = 715*1.05*1.13 = 848$

    replacement 848 US$O&M 0.57$/yr=1 848*1%/15ans = 0.57$/kW

    Inverter inputs DC to ACLifetime 15 Par dfautEfficiency 90 par dfautInverter can operatesimultaneously withan AC generator oui

    Rectifier inputs AC to DCCapacity relative toinverter 0% DC to ACEfficiency 85% par dfaut

    Sizes to consider5, 6, 7, 8,9, 10, 15kW Essai 1

  • 175

    BATTERIES

    BATTERIES / BATTERY

    le choix de batteries influence bcp le prix et l'nergie ncessaire batteries vs panneauxDonnes Raison / Commentaires

    Battery typeVision6FM200D nom. Voltage: 12 V, nom. Capacity : 200Ah

    Costs Solar buzzquantity 1 de 200Ahcapitals 200 Ah*.213*1.05*1.13*12V=607$/batteriereplacement autoO&M 10%*607/10 an = 6.07

    AdvancedBatteries perstring 80 Essai 1Minimumbattery life

    Sizes toconsiderBatteries/strings 1,2,3,4,5

  • 176

    CONOMIE

    CONOMIE / ECONOMICSDonnes Raison / Commentaires

    Annual real interestrate 6Project lifetime 25System fixed capitalcost 0System fixed O&Mcost 0Capacity shortagepenalty 0

    MISSIONS

    EMISSIONSDonnes Raison / Commentaires

    Emissions penaltiesCarbon dioxideCarbon monoxideUnburnedhydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

    Limits on emissionsCarbon dioxideCarbon monoxideUnburnedhydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

  • 177

    CONTRLE DU SYSTME

    CONTRLE du SYSTME / SYSTEM CONTROLDonnes Raison / Commentaires

    Simulation

    Simulation time stepDispatch strategyload followingcycle chargingapply setpoint state fochargeGenerator controlallow systems withmultiple generators

    allow multiplegenerators to operatesimultaneouslyallow systems withgenerator capacityless than peak loadOther settingsallow systems withtwo types of windturbinesallow excesselectricity to servethermal loadlimit excess thermaloutput

  • 178

    CONTRAINTES

    CONTRAINTES / CONSTRAINTSDonnes Raison / Commentaires

    Maximum annualcapacity shortageMinimum renewablefraction

    Operating reserveAs percent of loadHourly loadAnnual peak load

    As percent of renewableoutputsolar powerwind power

    Primary energysavings

    Min prim. en. savingsRef electrical eff.Ref thermal eff.

  • 179

    ANNEXE 6 Donnes entres pour lolien

    Simulations HOMER

    LOGICIEL : HomerLIEU : Saint-Hubert (1er cas simul, explications dtailles)LATITUDE : 45.5 N = 45 deg 30 min NLONGITUDE : -73.4 E = 73 deg 24 min OTYPE DE SYST : olien seulNbre de Rsidences : 1

    tape 1 : VALUER LA DEMANDE NERGTIQUE

    Pour la demande, le fichier obtenu dHydro-Qubec est utilis. La consommation totale dusecteur rsidentiel est donne dheure en heure pour une anne entire. Pour obtenir laconsommation dune rsidence moyenne jai fait :

    1 maison moyenne = total conso rs. / nbre de rsidences.

    Pour chaque mois, jai calcul la moyenne de consommation journalire pour le mois. Le piremois est janvier avec 84.43 kWh/j. Cette valeur sera donc utilise pour le pr-dimensionnement.

    Mois 1 rs.

    Janvier 84.43 kWh

    Fvrier 74.70 kWh

    Mars 62.60 kWh

    Avril 46.61 kWh

    Mai 33.07 kWh

    Juin 29.63 kWh

    Juillet 29.08 kWh

    Aot 30.06 kWh

    Septembre 29.11 kWh

    Octobre 38.66 kWh

    Novembre 54.59 kWh

    Dcembre 73.96 kWhMoy./jourMensuelle 48.88 kWh

  • 180

    tape 2 : PR_DIMENSIONNER2.a. OLIENNES

    Saint-Hubert

    RETscreen

    m/sJanvier 5.000Fvrier 5.000Mars 5.000Avril 4.700Mai 4.500Juin 4.200Juillet 3.600Aot 3.600Septembre 3.900Octobre 4.500Novembre 4.700Dcembre 4.700

    4.446

    Dune olienne avec aire de 10.2m2 et pire mois :

    P max = Cp**Ap*V3 = .5*.59*1*10.2*3.63 = 140.4 W

    Dune olienne avec aire de 10.2m2 et moyenne pondre :

    P max = Cp**Ap*V3 = .5*.59*1*10.2*4.813 = 334.85 W

    Pmoyenne ncessaire :Pmoy = Eelec / 24hrs/jr = 48.88 kWh/j / 24 = 2.04 kWPmoy = Eelec / 24hrs/jr = 84.43 kWh/j / 24 = 3.52 kW

    Pfinale = P / (Cp*Cond) = 3.52 / .646 = 5.45 kWCond = 0.85Cp = 0.76 (0.8 pour pertes efficacit batterie * 0.95 autres pertes)Cond*Cp=0.646

    Pfinale: 5.45 kW

    ---Nombre doliennes Pmax du vent pire mois vs Pfinale :Pfinale / Pmax = 39 oliennes

    Nombre doliennes Pmax du vent moy pondre vs Pfinale :Pfinale / Pmax = 16.3 oliennes

  • 181

    Selon la courbe de puissance et la frquence des vents :Puissance moyenne pondre : 0.587 kWPfinale : 5.45 kWNombre doliennes : 9.28 oliennes

    Frquence des vents du site de la nasa :Monthly Averaged Percent Of Time The Wind Speed At 50 m Above The Surface Of The Earth Is Within The Indicated Range (%)Lat 45.5Lon 73.4Average Jan Feb Mar Apr May Jun Jul Aug Sep Oct Nov Dec Annual

    0 - 2 m/s 14 15 14 11 15 16 12 12 12 11 13 12 133 - 6 m/s 57 59 66 58 58 61 59 52 52 55 60 60 587 - 10 m/s 30 25 20 30 27 23 28 35 34 33 27 28 2811 - 14 m/s 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 115 - 18 m/s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 019 - 25 m/s 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

    Selon le Canadian Wind Atlas :0 0.000762821 0.04207472 0.1082923 0.1616684 0.1853535 0.1515746 0.1230387 0.08931688 0.0644469 0.035578310 0.017881611 0.0092464712 0.0039669313 0.0022275414 0.00094604515 0.00024414116 3.05176e-0517 018 019 020 021 022 023 024 025 026 0

  • 182

    Courbe de puissance ReDriven 2kW :vitessevent

    puissancekW

    0 01 02 03 0.24 0.45 0.56 0.67 0.98 1.59 2

    10 2.311 2.512 313 214 1.515 1.316 117 0.818 0.419 0.220 0.121 022 023 024 025 0

    Puissance duchamp

    0-500Wc 500 Wc- 2kWc 2-10kWc plus de 10kWc

    Tensionsuggre

    12VDC 24VDC 48 VDC plus de 48VDC

    La tension du systme devrait donc tre dau moins 48 VDC.

    Si on pose une tension de 48 VDC, on obtient donc des besoins en Ah/j partir des besoins enWh/j.

  • 183

    2.b. BATTERIESN1 Nja 1.25*N1

    Si N1N2, Nja = N1Si N1

  • 184

    2.c. AUTRES QUIPEMENTS

    Puissance du convertisseur / onduleurPond = coeff* puissance de sortie des oliennes : 1.3*Coeff =1.3

    Pond = coeff* puissance instantane maximaleCoeff=1.25Pond=1.25*5.25=6.5625kW

    tape 3 : IDENTIFIER LES QUIPEMENTS NCESSAIRES - HOMER

    Pour la zone quipement (equipment to consider) pour le systme photovoltaque seul, 4icnes sont ncessaires :

    - Demande nergtique (load)- Wind turbine- Battery- Converter

    Le rseau nest pas modlis puisque cest un systme autonome.

  • 185

    tape 4 : DONNES ENTRER

    4a. DONNES DE CONSOMMATION NERGTIQUE

    DEMANDE NERGTIQUE / LOADDonnes Raison / Commentaires

    Type de tension /Load AC AC permet dutiliser les appareils usuels

    Data source Import Fichier hydro-qubec, 1 maison, conso totale

    Baseline data ---

    Random variability

    day-to-day autotime-step-to-time-step auto

    Scaled annual average(kWh/h) moyenne j'ai laiss la moyenne

    Efficiency inputs nonpour le moment aucune donne entre, ilpourra tre intressant de voir pour unemaison pourvue d'quipement spcialementmoins nergivore

    efficiency multiplier ---

    capital cost $ ---

    lifetime yr ---

    La simulation a t faite avec du courant AC, puisque selon n. sol. pv. p.131, ceci permetdutiliser les appareils usuels, choix beaucoup plus vaste, prix plus avantageux.

    4b. DONNES DE GISEMENTS OLIENS

    GISEMENT OLIEN / WIND RESOURCEDonnes Raison / Commentaires

    Data sourceMonthlyaverages

    Baseline data RETScreen Donnes RETScreen

    Other parametersAltitude (m) 27Anemometer height(m) 10

    AdvancedparametersWeibull k Par dfaut

  • 186

    Autocorrectionfactor Par dfautDiurnal patternstrength Par dfautHour or peakwindspeed Par dfaut

    Scaled annualaverage (m/s) moyenne

    4c. DONNES DQUIPEMENTS

    OLIENNES

    OLIENNES / WIND TURBINEDonnes Raison / Commentaires

    Turbine typeRedriven2kW Donnes issues de RETScreen

    Costsquantity 1 (2kW)

    capitals $ 6000 3000$/kW canwea

    replacement $ 6000 3000$/kW canwea

    O&M $/yr 120 2% capital cost - HOMER

    OtherLifetime (yrs) 15 ans Par dfaut

    Hub height (m) 16 m Retscreen redriven 2kW

    Sizes to consider

  • 187

    CONVERTISSEUR

    CONVERTERDonnes Raison / Commentaires

    Costssize 1 kw

    capitals 848 US$selon solar buzz + 5% pour installation +taxes 13% = 715*1.05*1.13 = 848$

    replacement 848 US$O&M 0.57$/yr=1 848*1%/15ans = 0.57$/kW

    Inverter inputs DC to ACLifetime 15 Par dfautEfficiency 90 par dfautInverter can operatesimultaneously withan AC generator oui

    Rectifier inputs AC to DCCapacity relative toinverter 0% DC to ACEfficiency 85% par dfaut

    Sizes to consider

  • 188

    BATTERIES

    BATTERIES / BATTERY

    le choix de batteries influence bcp le prix et l'nergie ncessaire batteries vs panneauxDonnes Raison / Commentaires

    Battery typeVision6FM200D nom. Voltage: 12 V, nom. Capacity : 200Ah

    Costs Solar buzzquantity 1 de 200Ahcapitals 200 Ah*.213*1.05*1.13*12V=607$/batteriereplacement autoO&M 10%*607/10 an = 6.07

    AdvancedBatteries perstring 80 Essai 1Minimumbattery life

    Sizes toconsiderBatteries/strings 1,2,3,4,5

  • 189

    CONOMIE

    CONOMIE / ECONOMICSDonnes Raison / Commentaires

    Annual real interestrate 6Project lifetime 25System fixed capitalcost 0System fixed O&Mcost 0Capacity shortagepenalty 0

    MISSIONS

    EMISSIONSDonnes Raison / Commentaires

    Emissions penaltiesCarbon dioxideCarbon monoxideUnburnedhydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

    Limits on emissionsCarbon dioxideCarbon monoxideUnburnedhydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

  • 190

    CONTRLE DU SYSTME

    CONTRLE du SYSTME / SYSTEM CONTROLDonnes Raison / Commentaires

    Simulation

    Simulation time stepDispatch strategyload followingcycle chargingapply setpoint state fochargeGenerator controlallow systems withmultiple generators

    allow multiplegenerators to operatesimultaneouslyallow systems withgenerator capacityless than peak loadOther settingsallow systems withtwo types of windturbinesallow excesselectricity to servethermal loadlimit excess thermaloutput

  • 191

    CONTRAINTES

    CONTRAINTES / CONSTRAINTSDonnes Raison / Commentaires

    Maximum annualcapacity shortageMinimum renewablefraction

    Operating reserveAs percent of loadHourly loadAnnual peak load

    As percent of renewableoutputsolar powerwind power

    Primary energysavings

    Min prim. en. savingsRef electrical eff.Ref thermal eff.

  • 192

    ANNEXE 7 Donnes entres pour le disel

    Simulations HOMER

    LOGICIEL : HomerLIEU : Saint-Hubert (1er cas simul, explications dtailles)LATITUDE : 45.5 N = 45 deg 30 min NLONGITUDE : -73.4 E = 73 deg 24 min OTYPE DE SYST : Diesel seulNbre de Rsidences : 1

    tape 1 : VALUER LA DEMANDE NERGTIQUE

    Pour la demande, le fichier obtenu dHydro-Qubec est utilis. La consommation totale dusecteur rsidentiel est donne dheure en heure pour une anne entire. Pour obtenir laconsommation dune rsidence moyenne jai fait :

    1 maison moyenne = total conso rs. / nbre de rsidences.

    Pour chaque mois, jai calcul la moyenne de consommation journalire pour le mois. Le piremois est janvier avec 84.43 kWh/j. Cette valeur sera donc utilise pour le pr-dimensionnement.

    Mois 1 rs.

    Janvier 84.43 kWh

    Fvrier 74.70 kWh

    Mars 62.60 kWh

    Avril 46.61 kWh

    Mai 33.07 kWh

    Juin 29.63 kWh

    Juillet 29.08 kWh

    Aot 30.06 kWh

    Septembre 29.11 kWh

    Octobre 38.66 kWh

    Novembre 54.59 kWh

    Dcembre 73.96 kWhMoy./jourMensuelle 48.88 kWh

  • 193

    tape 2 : PR_DIMENSIONNER2.a. GNRATRICE1.2*puissance max = 1.2*5.25kW = 6.3kW

    6.3kW * 1200$/kW = 7560 $ achat48.88 kWh/j*365 jrs/an*25 ans*0.4L/kWh*1.2$/L=214094.4$ diesel48.88 kWh/j*365 jrs/an*25 ans*0.025$/KWh = 11150.75$ O&M

    7560+214094.4+11150.75=232805.15$ pour 25 ans48.88 kWh/j*365 jrs/an*25 ans = 446030 kWh0.52$/kWh

    tape 3 : IDENTIFIER LES QUIPEMENTS NCESSAIRES - HOMER

    Pour la zone quipement (equipment to consider) pour le systme photovoltaque seul, 4icnes sont ncessaires :

    - Demande nergtique (load)- Generator

    Le rseau nest pas modlis puisque cest un systme autonome.

  • 194

    tape 4 : DONNES ENTRER

    4a. DONNES DE CONSOMMATION NERGTIQUE

    DEMANDE NERGTIQUE / LOADDonnes Raison / Commentaires

    Type de tension /Load AC AC permet dutiliser les appareils usuels

    Data source Import Fichier hydro-qubec, 1 maison

    Baseline data ---

    Random variability

    day-to-day autotime-step-to-time-step auto

    Scaled annual average(kWh/h) moyenne j'ai laiss la moyenne

    Efficiency inputs nonpour le moment aucune donne entre, ilpourra tre intressant de voir pour unemaison pourvue d'quipement spcialementmoins nergivore

    efficiency multiplier ---

    capital cost $ ---

    lifetime yr ---

    La simulation a t faite avec du courant AC, puisque selon n. sol. pv. p.131, ceci permetdutiliser les appareils usuels, choix beaucoup plus vaste, prix plus avantageux.

    4b. DONNES POUR LE DIESEL

    DIESELDonnes Raison / Commentaires

    Price ($/L) 1.2

    Limit consumptionto non

  • 195

    4c. DONNES DQUIPEMENTS

    GNRATRICE

    GRRATRICE / GENERATORDonnes Raison / Commentaires

    Costssize kW 1 kW

    capitals $ 1200

    replacement $ 1200

    O&M $/yr 0.025

    PropertiesDescription Par dfaut

    Abbreviation Par dfaut

    Lifetime (operating hours) Par dfautMinimum load ratio (%) Par dfautType (AC / DC) AC

    Sizes to consider (kW)

    Fuel Par dfautSchedule RienEmissions Par dfaut

  • 196

    CONOMIE

    CONOMIE / ECONOMICSDonnes Raison / Commentaires

    Annual real interestrate 6Project lifetime 25System fixed capitalcost 0System fixed O&Mcost 0Capacity shortagepenalty 0

    MISSIONS

    EMISSIONSDonnes Raison / Commentaires

    Emissions penaltiesCarbon dioxideCarbon monoxideUnburned

    hydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

    Limits on emissionsCarbon dioxideCarbon monoxideUnburned

    hydrocarbonsParticulate matterSulfur dioxideNitrogen dioxides

  • 197

    CONTRLE DU SYSTME

    CONTRLE du SYSTME / SYSTEM CONTROLDonnes Raison / Commentaires

    SimulationSimulation time

    stepDispatch strategy

    load followingcycle charging

    apply setpointstate fo chargeGenerator control

    allow systems withmultiple generators

    allow multiplegenerators to operatesimultaneously

    allow systems withgenerator capacityless than peak loadOther settings

    allow systems withtwo types of windturbines

    allow excesselectricity to servethermal load

    limit excess thermaloutput

  • 198

    CONTRAINTES

    CONTRAINTES / CONSTRAINTSDonnes Raison / Commentaires

    Maximum annualcapacity shortageMinimum renewablefraction

    Operating reserveAs percent of load

    Hourly loadAnnual peak load

    As percent ofrenewable output

    solar powerwind power

    Primary energysavings

    Min prim. en. savingsRef electrical eff.Ref thermal eff.

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