systeme photovoltaique raccorder au réseaux STEG

REPUBLIQUE TUNISIENNE UNIVERSITE DE GAFSA
******
******
FACULTE DES SCIENCES DE GAFSA
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT
SUPERIEUR Département de Physique

ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE ******
*******

PROJET DE FIN D’ETUDES

Présenté par :

Houssem Loungou & Ahmed Kherallah

En vue de l’obtention de la :

Licence Appliquée en Énergétique :

Energie renouvelable

***

Conception, dimensionnement et démonstration de
l’implantation d’un système photovoltaïque raccordé

au réseau

Soutenu le 05/07/2021 devant le jury composé de :

M. Othmen KHALDI Maitre-Assistant à la FS Gafsa Président
M. Mohamed BEN BECHIR Maitre-Assistant à la FS Gafsa Examinateur
M. Moufid RADAOUI Maitre-Assistant à la FS Gafsa Encadrant

Dédicaces

Louange à Dieu, le grand seigneur, le tout puissant
qui nous a aidés à accomplir ce travail.

On a le plaisir de dédier ce projet de fin d’étude, en
témoignage de notre gratitude a :

Nos chers parents pour leur assistance continue, leur
patience et leur encouragement.

Tous nos enseignants qui nous ont prodigué leurs
savoirs.

Tous nos proches et nos amis pour leurs souhaits
sincères de succès et de prospérité.

Remerciements

Avant toute chose, nous remercions Dieu le tout
puissant de nous avoir donné la vie et le courage

pour terminer nos études.
Nous réservons une pensée toute particulière à nos

chers parents qui nous ont toujours soutenus et
guidés tout au long de nos études. Qu'ils trouvent ici,

le témoignage de notre profonde reconnaissance.
Nos remerciements les plus particuliers vont à notre

encadrant académique Monsieur MOUFID
RADAOUI et notre encadrant technique docteur
SOULAYMEN KAMMOUN pour leurs rôles majeurs
dans l'élaboration de ce travail pour leurs remarques
constructives, leurs suggestions pertinentes et pour

leurs rôles importants dans l'amélioration de la
rédaction de ce mémoire.

Nous remercions également tous ceux Qui nous ont
aidés au sein de la société Green Power Company.
Enfin, Nous tenons à remercier les membres du jury
M. OTHMEN KHALDI et M. MOHAMED BEN
BECHIR qui ont accepté d’évaluer notre travail.

Table des matières

Introduction générale.................................................................................................................. 1
Présentation de la société Green Power Company..................................................................... 2

1 Introduction .................................................................................................................... 2
2 Présentation générale de la société :............................................................................... 2
3 Les solutions photovoltaïques de la société ................................................................... 2
4 Réalisations de la société................................................................................................ 3
Chapitre Ⅰ : Généralités sur l’énergie solaire photovoltaïque .................................................. 5
1. Introduction .................................................................................................................... 6
2. Historique de l’énergie pv .............................................................................................. 6
3. Caractéristiques de rayonnement solaire........................................................................ 6

3.1. Composition............................................................................................................. 6
3.2. Dualité de la lumière ................................................................................................ 7
3.3. Types du rayonnement solaire ................................................................................. 8
4. Module photovoltaïque .................................................................................................. 9
4.1. Composition............................................................................................................. 9
4.2. Conditions d’essais standards (Standard Test conditions)....................................... 9
4.3. Principe du fonctionnement des panneaux photovoltaïques .................................. 10
4.4. Les types de panneaux solaires existants sur le marché......................................... 10
4.5. Champ photovoltaïque ........................................................................................... 10
5. Principe de conversion photovoltaïque ........................................................................ 11
5.1. Semi-conducteur .................................................................................................... 11
5.2. Le dopage de semi-conducteur .............................................................................. 12

5.2.1. Dopage de type N ........................................................................................... 12
5.2.2. Dopage de type P ............................................................................................ 12
5.2.3. La Jonction P-N .............................................................................................. 13
6. Caractéristiques électriques de cellule PV ................................................................... 13
6.1. Caractéristique courant – tension (I-V) d’une cellule photovoltaïque................... 13
6.2. Caractéristique puissance-tension (P-V)................................................................ 14
6.3. Schéma équivalent de cellule photovoltaïque........................................................ 15
6.4. Association des cellules ......................................................................................... 15
6.4.1. Association en série ........................................................................................ 15
6.4.2. Association en parallèle.................................................................................. 16
6.4.3. Association mixte : ......................................................................................... 16

7. Les facteurs influents sur le fonctionnement de la cellule PV ..................................... 16
7.1. Influence de l’éclairement...................................................................................... 16

7.2. Influence de la température.................................................................................... 17

8. Les principaux composants d'un système photovoltaïque............................................ 18

9. Les différentes configurations des systèmes PV .......................................................... 19

9.1. Systèmes PV pour sites isolés (OFF-GRID).......................................................... 19

9.2. Système de pompage solaire .................................................................................. 19

9.3. Systèmes PV raccordés au réseau (ON-GRID)...................................................... 20

10. Les avantages des systèmes PV ............................................................................... 21

10.1. Les avantages écologiques ................................................................................. 21

10.2. Les avantages économiques ............................................................................... 21

10.3. Les avantages techniques ................................................................................... 21

11. Les inconvénients des systèmes PV ......................................................................... 22

12. Conclusion................................................................................................................ 23

Chapitre Ⅱ : ............................................................................................................................. 47

Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié ....................................... 47

1. Introduction .................................................................................................................. 48

2. Puissance crête de générateur PV................................................................................. 48

3. Conception et dimensionnement du système PV ......................................................... 50

3.1. Module photovoltaïque .......................................................................................... 50
3.2. L’onduleur.............................................................................................................. 52

3.2.1. Principe de fonctionnement de l’onduleur...................................................... 52

3.2.2. La fonction MPPT (ou recherche de Pmax) ................................................... 53

3.2.3. Conditions de couplage au réseau électrique :................................................ 53

3.2.4. Conditions de découplage au réseau électrique :............................................ 53
3.2.5. Les différents types d’onduleur : .................................................................... 54
3.2.6. L’onduleur choisi............................................................................................ 54

3.3. Compatibilité onduleur-panneaux.......................................................................... 55

3.3.1. Compatibilité en courant ................................................................................ 55

3.3.2. Compatibilité en tension................................................................................. 55

3.3.3. Compatibilité en puissance ............................................................................. 56

3.3.4. Compatibilité en plage de variation de tension .............................................. 56

3.4. Conception et dimensionnement des supports de modules.................................... 57

3.4.1. Types de supports ........................................................................................... 57

3.4.2. Caractéristiques techniques ............................................................................ 57
3.4.3. Dimensions des supports ................................................................................ 58
3.1. Dimensionnement et conception des câbles .......................................................... 60
3.1.1. Critères de choix ............................................................................................. 60
3.1.2. Repérage des conducteurs .............................................................................. 60
3.1.3. Courant admissible des câbles ........................................................................ 61
3.1.4. Câbles DC....................................................................................................... 61
3.1.5. Câbles coté AC ............................................................................................... 62
3.1.6. Câbles de mis à la terre................................................................................... 63
3.2. Coffret DC ............................................................................................................. 63
3.2.1. Choix de parafoudre ....................................................................................... 63
3.2.2. Choix de l’interrupteur-sectionneur : ............................................................. 64
3.3. Coffret AC ............................................................................................................. 64
3.3.1. Choix de disjoncteur :..................................................................................... 64
3.3.2. Choix de parafoudre AC................................................................................. 65
4. Conclusion.................................................................................................................... 65
Chapitre Ⅲ : Démonstration d’implantation du système photovoltaïque................................ 67
1. Introduction .................................................................................................................. 68
2. Equipements de l’installation ....................................................................................... 68
3. Schémas de l’installation du système........................................................................... 69
3.1. Schéma descriptif de l’implantation de système sur le toi..................................... 69
3.2. Schéma de connexion des panneaux...................................................................... 70
3.3. Schéma unifilaire de l’installation ......................................................................... 71
4. Emplacement, orientation et ongle d’inclinaison optimale.......................................... 72
5. Les étapes d’implantation du système.......................................................................... 72
5.1. Assemblage de structure ........................................................................................ 72
5.2. Fixation des panneaux............................................................................................ 73
5.3. Câblage et cheminements des câbles ..................................................................... 73
5.4. Installation de l’onduleur ....................................................................................... 74
5.5. Mis en œuvre des coffrets ...................................................................................... 74
5.6. Mise à la terre......................................................................................................... 75
5.7. Etiquetage des composants .................................................................................... 75
5.8. Entretien avant mise en service.............................................................................. 76
5.9. Mesures après installation...................................................................................... 77

6. Conclusion.................................................................................................................... 78
Conclusion générale ................................................................................................................. 79

Liste des figures

Figure 1: la société Green Power Company............................................................................... 2
Figure 2: La répartition spectrale du rayonnement solaire......................................................... 7
Figure 3: types de rayonnement solaire...................................................................................... 8
Figure 4: Composition du panneau photovoltaïque ................................................................... 9
Figure 5: Champ photovoltaïque.............................................................................................. 11
Figure 6: Structure atomique de semi-conducteur (silicium)................................................... 11
Figure 7: Dopage de de type N de semi-conducteur ................................................................ 12
Figure 8: Dopage de type P de semi-conducteur...................................................................... 12
Figure 9: Jonction PN de silicium ............................................................................................ 13
Figure 10: Caractéristique courant – tension (I-V) d’une cellule photovoltaïque.................... 14
Figure 11: Caractéristique puissance-tension (P-V)........................ Erreur ! Signet non défini.
Figure 12: Caractéristique puissance-tension (P-V)................................................................. 14
Figure 13: Schéma équivalent de cellule PV ........................................................................... 15
Figure 14: Schéma d’un groupement des cellules en série et la courbe caractéristiques I(V) . 15
Figure 15: groupement des cellules en parallèle et la courbe caractéristique .......................... 16
Figure 16: Influence de l'éclairement sur les caractéristiques.................................................. 17
Figure 17: Influence de la température sur les caractéristiques I_V ........................................ 17
Figure 18: Systèmes PV pour sites isolés................................................................................. 19
Figure 19: Système de pompage solaire................................................................................... 20
Figure 20: Systèmes PV raccordés au réseau........................................................................... 20
Figure 21: localisation du site de "Benguerdan" ...................................................................... 49
Figure 22: production énergétique du site pour un système PV couplé au réseau................... 49
Figure 23: dimensions de panneau SOLUXTEC 275Wc........................................................ 51
Figure 24: injection du courant produit sur le réseau électrique .............................................. 52
Figure 25: couplage au réseau électrique ................................................................................. 53
Figure 26: découplage au réseau électrique ............................................................................. 53
Figure 27: détermination des dimensions du support............................................................... 58
Figure 28: schéma récapitulatif des dimensions de support..................................................... 58
Figure 29: dimensions des trous de tube carré et trous du coté supérieur de triangle.............. 59
Figure 30: couleurs des fils électriques .................................................................................... 60
Figure 31: Schéma descriptif de l’implantation de système sur le toi...................................... 69
Figure 32: Schéma de connexion des panneaux....................................................................... 70
Figure 33: Schéma unifilaire de l’installation .......................................................................... 71
Figure 34: Orientation et ongle d'inclinaison optimale ............................................................ 72
Figure 35: Etiquette de signalisation 1 ..................................................................................... 75
Figure 36: Etiquette de signalisation 2 ..................................................................................... 75
Figure 37: Etiquette de signalisation 3 ..................................................................................... 76
Figure 38: Etiquette de signalisation 4 ..................................................................................... 76

Liste des tableaux

Tableau 1: Réalisations de la société.......................................................................................... 3
Tableau 2 : caractéristiques électriques du module photovoltaïque "SOLUXTEC 275Wc" ... 51
Tableau 3: caractéristiques électriques du coté DC de l'onduleur INVT iMars MG3KTL..... 54
Tableau 4: courant admissible IZ des câbles photovoltaïques pour une température maximale
à l’âme de 90°C ........................................................................................................................ 61

Liste des abréviations

Symboles Désignations Unités

PV : photovoltaïque joule ou W/h
Stc : test au conditions standards Joule.s
AC : hertz
DC : courant alternatif Ampère
E: courant continu Volt
h: Watt
υ: énergie Watt crête
Icc : constante de planck kWh/an
Voc : W
MPP : fréquence Ampère
Pc : intensité court-circuit Volt
Pra : tension circuit ouvert
Pmax_champ : point de puissance maximale nombre entier
Imax_champ : nombre entier
Umax_champ : puissance crête
Nch : production annuelle en énergie Ampère
Np : puissance maximale du champ Volt
Imp : courant maximal fourni par le champ Volt
Vmp : Volt
VMPP_max : tension maximale du champ
VMPP_min : nombre des chaines
Kt% : nombre des panneaux
Kp% :
intensité maximale du panneau
tension maximale du panneau
tension maximale au point de puissance maximale
tension minimale au point de puissance maximale
coefficient de la température relative à la tension
coefficient de température relative à la puissance

Introduction générale

Introduction générale

Du 22 Février au 5 Juin 2021, nous avons effectué notre stage de licence au sein de la société
Green Power Company, qui est un établissement privé à caractère commercial doté à
l’autonomie financière.

L’énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d’une partie du
rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d’énergie s’effectue par
l’ensemble des cellules dites photovoltaïques (PV), basées sur un phénomène physique appelé
effet photovoltaïque, qui consiste à produire une force électromotrice lorsque la surface de
cette cellule est exposée à la lumière. L’association de plusieurs cellules PV en série/parallèle
donne naissance à un module photovoltaïque.

Les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau permettent d’éviter le problème de
stockage par batteries qui sont les plus couteuses pour l’installation.

La diminution du coût des systèmes photovoltaïques passe nécessairement par le choix d’une
technologie adéquate aux besoins de l’utilisateur. Lorsqu’on s’équipe en énergie
renouvelable, il est important de respecter certain nombre d’étapes. Ces dernières permettront,
grâce à des calculs simples, de dimensionner la source d’énergie. Une installation d’un
système PV nécessite plusieurs étapes dont la première est d’estimer la consommation
d’électricité, puis vient le chiffrage de l’énergie solaire récupérable selon l’emplacement et la
situation géographique. Avec ces données, il sera possible de connaitre le nombre des
modules photovoltaïques nécessaires, ainsi que l’onduleur le mieux adapté et enfin le câblage
adéquat.

Dans notre travail, nous avons effectué la conception, le dimensionnement et l’implantation
d’un système photovoltaïque à basse tension (BT), raccordé au réseau de distribution
électrique STEG. Pour mener bien ce travail, notre rapport comporte une introduction
générale où on fera une présentation de la société Green Power Company dans laquelle on a
fait notre stage et trois chapitres :

 Le premier sera consacré aux généralités sur l’énergie solaire photovoltaïque.
 Le deuxième est dédié à la conception et au dimensionnement du système

photovoltaïque.
 Le troisième est consacré à la démonstration de l’implantation du système

photovoltaïque.

Houssem Loungou & Ahmed Kherallah 1 FSGf

Présentation de la société Green Power Company

Présentation de la société Green Power Company

1 Introduction

En Tunisie, il existe de nombreuses entreprises spécialisées dans l'électricité photovoltaïque
Parmi lesquelles la société « Green power Company », qui a trouvé de nombreuses solutions
comme les installations résidentielles, le pompage solaire, l’éclairage public, etc.

2 Présentation générale de la société :

Fondée en 2013, « Green Power Company » est leader dans l’installation des solutions
photovoltaïques en Tunisie. Elle assure l’installation des panneaux photovoltaïques que ce
soit pour les logements, les espaces commerciaux, les industries ou les projets agricoles. La
société apporte la solution la mieux adaptée au besoin du client et lui permet de profiter le
maximum de l’énergie solaire pour qu’il produise sa propre électricité avec le meilleur rapport
qualité prix.
GPC dont le siège social est situé à Sfax, opère sur tout le territoire Tunisien à travers ces
agences à Tunis, à Kébili, à Tozeur et à Kairouan.

Figure 1: la société Green Power Company

3 Les solutions photovoltaïques de la société

 Installation photovoltaïque raccordé au réseau (on grid)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 2 FSGf

Présentation de la société Green Power Company

La société propose deux types de solutions pour les installations photovoltaïques raccordées
au réseau :

- Installation photovoltaïque résidentielle.
- Installation photovoltaïque pour l’industrie.
 Installation photovoltaïque pour site isolé (off grid)
La société propose deux types de solutions pour les installations photovoltaïques non
raccordées au réseau :

- Installation photovoltaïque pour site isolé avec stockage : l’éclairage public
solaire photovoltaïque.

- Installation photovoltaïque pour site isolé sans stockage : pompage au fil du
soleil.

4 Réalisations de la société

 La société a installé jusqu’à présent plus que 10 MWc (+40 000 panneaux
Photovoltaïques).

 La première société d’installation photovoltaïque en Tunisie ayant les certifications :

ISO 9001 : 2015 Tableau 1: Réalisations de la société ISO 45001 : 2018

ISO 14001 : 2015

Satisfaction client Préservation de Santé, sécurité & ergonomie
Amélioration image de l’environnement au travail

Marque Acquérir de Optimisation des ressources Formation continue
nouveaux Satisfaction personnelle
Marchés Tri des déchets Consultation & participation

Avantage concurrentielle Développement durable

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 3 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Chapitre Ⅰ : Généralités sur l’énergie
solaire photovoltaïque

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 5 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

1. Introduction

L’énergie photovoltaïque résulte de la transformation directe de la lumière du soleil en
énergie électrique aux moyens des cellules généralement à base de silicium cristallin qui reste
la filière la plus avancées sur le plan technologiques et industriel, en effet le silicium et l’un
des éléments les plus abondants sur terre sous forme de silice non toxique. En effet le mot "
photovoltaïque " vient de grec " photo " qui signifie lumière et de " voltaïque " qui tire son
origine du nom d’un physicien italien Alessandro Volta (1754 -1827) qui a beaucoup
contribué à la découverte de l’électricité, alors le photovoltaïque signifie littérairement la «
lumière électricité ».

Dans ce chapitre on va énoncer les notions fondamentales de l’énergie solaire photovoltaïque
et ses principes.

2. Historique de l’énergie pv

La découverte de l’effet photovoltaïque remonte à 1839, l’année où le physicien français
Alexandre Edmond Bequeret découvre la possibilité de produire de l’électricité grâce à la
lumière et a la présence des matériaux semi-conducteurs comme le silicium.

Après 1913, naissent les premières cellules photovoltaïques, mais ce n’est qu’en 1916 que
Robert Millikan parvient à produire un courant continu. Le premier véritable panneau solaire,
avec un rendement de 6%, est développé en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell.

La recherche continue son travail afin de pouvoir adapter les panneaux solaires à une
utilisation terrestre. L’Université Delaware est à l’origine de la première maison alimentée par
des cellules photovoltaïques en 1973. Plusieurs paramètres font de l’énergie solaire une
ressource de plus en plus sollicitée : l’augmentation du coût des énergies fossiles et la prise de
conscience liée à l’épuisement des ressources naturelles en font partie. L’usage domestique
des panneaux solaires se développent davantage d’année en année.[1]

3. Caractéristiques du rayonnement solaire

3.1. Composition

Le rayonnement solaire se compose de radiations électromagnétiques émises par le soleil,
dont le spectre s’étend des plus petites longueurs d’ondes (rayons gamma) vers les grandes
ondes radioélectriques. Les parties de ce spectre qui jouent un rôle dans l’interaction du

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 6 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

rayonnement solaire avec l’environnement terrestre sont essentiellement les bandes
infrarouges, visibles et ultraviolettes, ainsi que la gamme radioélectrique et celles des micros
ondes lorsque ce rayonnement traverse l’atmosphère pour atteindre la surface terrestre, il est
fortement atténué en raison des phénomènes d’absorption et de diffusion par les différents
constituants de celle-ci. On trouvera sur la figure (2) la répartition spectrale du rayonnement
solaire au niveau du sol terrestre avec indication des gaz partiellement opaques qui filtrent ce
rayonnement selon la longueur d’onde.[2]

Figure 2: La répartition spectrale du rayonnement solaire

3.2. Dualité de la lumière

La lumière peut être considérée sous forme d’ondes électromagnétiques de longueur d’onde λ
ou sous forme de photons, corpuscules possédant une énergie E liée à λ par la relation
suivante :

= ℎ × [3]

Avec :

E : l’énergie du photon (en joule).
h : constante de planck dont une valeur approchée est 6.63 × 10−34J.s
υ : la fréquence (en hertz) de l’onde électromagnétique associée au photon considéré.

La notion de dualité onde/corpuscule est importante pour comprendre les phénomènes
d’interaction entre un rayonnement et un matériau. Les longueurs d’ondes du rayonnement

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 7 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

solaire terrestre sont comprises entre 0,2μm (ultra-violet) et 4μm (infrarouge) avec un
maximum d’énergie pour 0,5μm.[3]

3.3. Types du rayonnement solaire

L’atmosphère ne transmet pas au sol la totalité du rayonnement solaire qu’elle reçoit. De ce
fait le rayonnement solaire peut se décomposer en plusieurs catégories définies comme suites
(voir figure 3) :[4]

Figure 3: types de rayonnement solaire

Le rayonnement direct : est celui qui traverse l’atmosphère sans subir de
modifications.
Le rayonnement diffus : est la part du rayonnement solaire diffusé par les particules
Solides ou liquides en suspension dans l’atmosphère. Il n’a pas de direction privilégiée.
Le rayonnement réfléchi : C’est la fraction du rayonnement incident diffusé ou
réfléchi par le sol et les nuages. Ce terme étant généralement réservé au sol, c’est une
valeur moyenne de leurs réflexions pour le rayonnement considéré et pour tous les
angles d’incidences possibles. Par définition ; le corps noir possède un albédo nul.
Le rayonnement global : est la somme du rayonnement direct, diffus et réfléchi.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 8 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

4. Module photovoltaïque

Le module (panneau) photovoltaïque convertit directement la lumière du soleil en courant
électrique continu par le biais des cellules solaires.

4.1. Composition

La composition du panneau solaire photovoltaïque comprend plusieurs parties. La partie
mécanique est un ensemble de cellules photovoltaïques encapsulées de l’EVA, un cadre
(châssis) en aluminium, une coque arrière en polyfluorure de vinyle, une plaque de verre côté
soleil. Une partie électrique permet de connecter le panneau solaire à l’installation (boite de
jonction) (voir figure 4).[5]

Figure 4: Composition du panneau photovoltaïque

4.2. Conditions d’essais standards (Standard Test conditions)

Les trois conditions de test Standard sont :[6]
 Irradiation : 1 000 W/m²
 Température de cellule : 25 °C
 Coefficient Air Masse : 1.5 (composition du spectre identique au spectre solaire
lorsqu’il traverse une épaisseur et demie d’atmosphère, ce qui correspond à un angle
d’incidence de 41.8° par rapport à l’horizontale).

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 9 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

4.3. Principe du fonctionnement des panneaux photovoltaïques

Le fonctionnement des panneaux photovoltaïques se base sur l’effet photovoltaïque. Quand
l’ensemble photovoltaïque s’expose au rayonnement solaire, les photons contenus dans la

lumière transmettent leur énergie aux électrons des matériaux semi-conducteurs. Ces électrons
peuvent alors franchir la barrière de potentiel de l’union P-N et sortir du matériau semi-

conducteur à travers un circuit extérieur, donnant lieu à un courant électrique. Le module le
plus petit d’un matériau semi-conducteur avec une union P-N (et, par conséquent, avec la
capacité de produire de l’électricité) est dénommé cellule photovoltaïque. Ces cellules
photovoltaïques se combinent de manières spécifiques pour obtenir la puissance et la tension
souhaitées. L’ensemble de cellules situées sur un support approprié et recouvertes de
matériaux qui les protègent d’une façon efficace contre les agents atmosphériques s’appelle
panneau photovoltaïque.[7]

4.4. Les types de panneaux solaires existants sur le marché

Plusieurs types de panneaux différents existent sur marché, dont la grande majorité est
toujours des panneaux cristallins.

 Module au silicium monocristallin : cellules de couleur bleu nuit, uniforme par un
monocristallin avec un meilleur rendement. Le rendement maximal obtenu dans le
laboratoire est de 24.7 %, et de 16 % dans les modules commercialisés.

 Module au silicium polycristallin : cellules de couleur bleu avec des motifs, et
formées par plusieurs cristaux avec un rendement meilleur. Ils sont très
reconnaissables visuellement parce que leur superficie présente un aspect granulé. Le
rendement obtenu avec ces modules est inférieur à celui des modules monocristallins
(19.8 % dans le laboratoire et 14 % dans les modules commercialisés), et leur prix
est aussi plus bas.

 Module au silicium amorphe : Ce matériau n’a pas de structure cristalline. Son
rendement maximal obtenu dans le laboratoire est de 13 %, et de 8 % pour les
modules commercialisés. Ils sont moins utilisés. (Ils s’appellent aussi modules à
couche mince).

4.5. Champ photovoltaïque

L’interconnexion de plusieurs modules, en série ou en parallèle, permet d’obtenir une
puissance plus grande, formant ainsi un champ photovoltaïque (appelé aussi générateur
photovoltaïque). (Voir figure 5).

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 10 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Figure 5: Champ photovoltaïque

5. Principe de conversion photovoltaïque

Les cellules photovoltaïques sont fabriquées avec des matériaux semi-conducteurs
principalement produits à partir de silicium. Ces matériaux émettent des électrons lorsqu’ils
sont soumis à l'action de la lumière. Ceux-ci sont éjectés du matériau et ils circulent dans un
circuit fermé, produisant ainsi de l’électricité.[8]

5.1. Semi-conducteur

Le matériau semi-conducteur est un corps dont la résistivité électrique est intermédiaire entre
celle des conducteurs et celle des isolants. Les quatre électrons de valence du silicium
permettent de former quatre liaisons covalentes avec un atome voisin. Dans ce cas, tous les
électrons sont utilisés et aucun n’est disponible pour créer un courant électrique (voir figure
6).[9]

Figure 6: Structure atomique de semi-conducteur (silicium)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 11 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

5.2. Le dopage de semi-conducteur

Le dopage est une méthode permettant de réaliser la jonction P-N. Cela consiste à introduire
des impuretés dans un cristal intrinsèque pour modifier ces propriétés électriques. Le semi-
conducteur dopé est alors appelé « semi-conducteur extrinsèque ».
Il existe deux types de dopage : le type N (Négatif) et le type P (Positif).[10]

5.2.1. Dopage de type N

Le dopage de type N consiste à ajouter un atome de phosphore au sein de la structure
cristalline de silicium. Le phosphore disposant de 5 électrons sur sa couche électronique
externe va s’associer avec 4 atomes de silicium laissant ainsi libre un électron (voir figure 7) :

Figure 7: Dopage de de type N de semi-conducteur

Cet ajout a pour effet de donner à la structure cristalline une charge globale négative

5.2.2. Dopage de type P

Le dopage de type P consiste à ajouter un atome de bore au sein de la structure cristalline du
silicium. Le bore disposant de 3 électrons sur la couche électronique externe va s’associer
avec 4 atomes de silicium, laissant ainsi libre un trou (voir figure 8) :

Figure 8: Dopage de type P de semi-conducteur

Cet ajout a pour effet de donner à la structure cristalline une charge globale positive.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 12 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

5.2.3. La Jonction P-N

Une jonction PN est l’accolement d’une région dopée P et d’une région dopée N. Lors de cet
assemblage les porteurs de charges libres s’attirent et se recombinent dans la zone de jonction
où les porteurs libres disparaissent : c’est la zone de transition. Il ne reste donc plus que les
ions dans cette zone qui vont créer un champ électrique interne au niveau de la jonction et qui
empêche les charges libres restantes dans chaque zone de traverser la jonction pour se
recombiner (voir figure 9) :

Figure 9: Jonction PN de silicium

- Migration des charges mobiles vers le plan de jonction
- Champ électrique E résultant, dû aux charges fixes

6. Caractéristiques électriques de cellule PV
6.1. Caractéristique courant – tension (I-V) d’une cellule
photovoltaïque

Comme nous le voyons sur la figure 10, la cellule solaire PV est caractérisée par la courbe
I(V) non linéaire qui dépend particulièrement des conditions d’ensoleillement et de
température. (Voir figure 10)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 13 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Figure 10: Caractéristique courant – tension (I-V) d’une cellule photovoltaïque

Cette courbe nous informe sur trois points importants :

 Le point de fonctionnement optimal PPM (la puissance maximale de la cellule).
 Le point du courant maximal (Icc). Il se produit lorsque les bornes de la cellule sont

court-circuitées. Il est appelé aussi courant de court-circuit (Icc).
 Le point de la tension maximale de la cellule (Voc), (environ 0.6 V) , cette tension est

nommée tension de circuit ouvert (Voc).[11]

6.2. Caractéristique puissance-tension (P-V)

La puissance crête d’une cellule PV, notée Wc (Watt crête) représente la puissance électrique
maximum délivrée dans les conditions suivantes dites conditions standards (voir figure 11) :

 Éclairement solaire de 1 kW / m2
 Température de la cellule PV égale à + 25 °C

Figure 11: Caractéristique puissance-tension
(P-V)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 14 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

6.3. Schéma équivalent de cellule photovoltaïque

Une cellule photovoltaïque est souvent présentée comme un générateur de courant
électrique dont le comportement est équivalent à une source de courant shunté par une
diode. Pour tenir compte des phénomènes physiques au niveau de la cellule, le modèle est
complété par deux résistances série Rs et Rsh comme le montre le schéma équivalent de la
figure suivante :

Figure 12: Schéma équivalent de cellule PV

La résistance en série est la résistance interne de la cellule ; elle dépend principalement de la
résistance du semi-conducteur utilisé, de la résistance de contact des grilles collectrices et de
la résistivité de ces grilles. La résistance shunt est dûe à un courant de fuite au niveau de la
jonction.[12]

6.4. Association des cellules
6.4.1. Association en série

Ici les tensions des cellules s’additionnent, augmentant ainsi que la tension totale de
générateur (voir figure 13) :

Figure 13: Schéma d’un groupement des cellules en série et la courbe caractéristiques I(V)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 15 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

6.4.2. Association en parallèle

Une association en parallèles des cellules PV permet d’augmenter le courant.

Figure 14: groupement des cellules en parallèle et la courbe caractéristique

6.4.3. Association mixte :

Pour atteindre une puissance importante, il faut associer plusieurs cellules en série et en
parallèle. Cette interconnexion des modules forme un module photovoltaïque.

7. Les facteurs influents sur le fonctionnement de la cellule PV
7.1. Influence de l’éclairement

La cellule photovoltaïque réagit différemment selon l’énergie qu’elle reçoit. Plus elle reçoit de
l’énergie plus elle en restitue, mais toujours avec un coefficient de rendement faible.

La variation des caractéristiques est représentée sur les courbes de la figure 17. Pour de
différents niveaux d’irradiation, le changement du courant optimal est important. Selon les
conditions météorologiques, nous obtenons de différentes courbes avec différentes puissances
maximales au cours d’une même journée.[13]

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 16 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Figure 15: Influence de l'éclairement sur les caractéristiques

Comme le montre ce graphique, le courant de court-circuit (Icc) croît proportionnellement
avec l’éclairement, alors que la tension à vide (Vco) varie très peu (environ 0,5 V).Ainsi, plus
la couverture nuageuse est importante, plus l’intensité du courant généré est faible.

7.2. Influence de la température

La température a une influence considérable sur le comportement de la cellule et donc sur son
rendement. Cette influence se traduit principalement par une diminution de la tension générée
(et une très légère augmentation du courant).[14]

Figure 16: Influence de la température sur les caractéristiques I_V

La perte de tension d’un module ou d’une cellule peut être estimée par la formule suivante :

U(T°) = U (25°C) + (ΔT°*a)[14]

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 17 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Avec :

 ΔT : augmentation de la température par rapport aux conditions STC (25°C).
 a : coefficient de température Voc [mV/K], valeur fournie par le fabriquant.

8. Les principaux composants d'un système photovoltaïque

Les composants d'un système photovoltaïque dépendent du type d'application :
- En site isolé les principaux composants sont :

 Panneaux photovoltaïques (+ structure de support).
 Chargeur/régulateur DC/DC.
 Système de stockage (batteries, condensateurs, ...).
 Eventuellement un onduleur si la consommation est alimentée en courant alternatif.
 Eventuellement un groupe électrogène en appoint.
 Facultatif : système de monitoring/supervision pour enregistrer les données et

éventuellement y accéder à distance ou via un portail web.

- En système photovoltaïque connecté au réseau, les principaux composants sont :

 Panneaux photovoltaïques (+ structure de support).
 Coffret de coupure et de protection courant continu DC.
 Onduleurs.
 Coffret de coupure et de protection courant alternatif AC.
 Facultatif : système de monitoring/supervision pour enregistrer les données et

éventuellement y accéder à distance ou via un portail web.

Remarque : Le coffret de protection peut être de type AC/DC en intégrant les protections
continues (entrée onduleur DC) et alternatives (sortie onduleur AC).
La structure du support peut-être un élément très important en cas d'intégration au bâtiment.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 18 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

9. Les différentes configurations des systèmes PV

9.1. Systèmes PV pour sites isolés (OFF-GRID)

Les installations solaires hors-réseau (OFF-GRID) transforment la lumière du soleil en
électricité sans raccordement au réseau.
Ces systèmes autonomes constituent la solution idéale dans les zones qui ne sont pas
raccordées ou desservies par le réseau électrique.

Figure 17: Systèmes PV pour sites isolés

L’énergie produite doit être directement consommée et/ou stockée dans des batteries pour
permettre de répondre à la totalité des besoins.

9.2. Système de pompage solaire

Le pompage solaire consiste à capter l’énergie solaire via des panneaux photovoltaïques pour
produire de l’électricité qui alimente une pompe électrique permettant d’assurer l’evacuation
de l’eau. L’énergie solaire n’est disponible que pendant la journée, c’est pourquoi on parle de
pompage « au fil du soleil ».

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 19 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Figure 18: Système de pompage solaire

9.3. Systèmes PV raccordés au réseau (ON-GRID)

Les installations solaires connectées réseau (ON-GRID) transforment la lumière du soleil en
électricité avec raccordement au réseau. Le client consomme instantanément et en priorité la
production d'électricité des panneaux solaires et réduit d'autant sa facture d'électricité. Si
l’installation solaire ne produit pas assez d’énergie pour alimenter l'ensemble des appareils
électriques en marche, le réseau du distributeur prend le relais et apporte le complément
d'énergie nécessaire.

Figure 19: Systèmes PV raccordés au réseau

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 20 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

Il existe d’autres types des systèmes photovoltaïques (comme les systèmes pv hybrides,
l’éclairage public solaire, l’éclairage Led, …)

10. Les avantages des systèmes PV

10.1. Les avantages écologiques

 Le panneau solaire photovoltaïque contribue à la réduction des émissions de CO2, à
la réduction des rejets polluants et à la préservation des ressources naturelles.

 Aucun mouvement, pas de pollution directe ou indirecte (effluents atmosphériques ou
liquides, produits de nettoyage, risque d’accident physique, …) aucun déchet, aucune
perturbation pour l’environnement de proximité.

 Le panneau solaire photovoltaïque contribue à l’évolution des consciences vers la
préservation de la nature.

 Les panneaux solaires photovoltaïques sont recyclables.
 Une production énergétique silencieuse.[15]

10.2. Les avantages économiques

 Une très bonne rentabilité et un amortissement rapide.
 Une prévision sûre à long terme de l’investissement et du rendement (que ce soit pour

l’autoconsommation avec ou pas vente de surplus ou tout simplement vente totale de
l‘électricité).
 La valeur d’une maison augmente grâce à la mise en place d’une installation
photovoltaïque. (Que ce soit pour la vente ou pour l’autoconsommation)
 L’autoconsommation énergétique en fort développement depuis 2016 qui se confirme
réellement en 2021. (Représentant environ 95 % du marché actuel des particuliers).
 Un prix de l’électricité en très forte augmentation en 2021 : + 7 % => avantage
économique de plus en plus important en 2021 pour l’autoconsommation électrique
via des panneaux solaires photovoltaïques.

10.3. Les avantages techniques

 L’énergie photovoltaïque est exploitable pratiquement partout, la lumière du soleil
étant disponible dans le monde entier.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 21 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

 Le photovoltaïque est particulièrement bien adapté à l’intégration dans la plupart des
bâtiments quel que soit leur usage (habitations, bureaux, entreprises…).

 Il est totalement modulable et la taille des installations peut être facilement ajustée
selon les besoins ou les moyens.

 Aucune obligation, maintenant, d’intégrer les panneaux solaires au bâtit (possibilité
d’installer les panneaux au-dessus du toit), plus facile à installer et surtout plus
économique et sans risque d’infiltration de l’eau…).

 La maintenance et les réparations sont réduites à presque rien pour la partie
photovoltaïque et à peu de chose pour l’électronique associée.

 Pas de combustion et un peu d’usure thermique des composants.
 Des systèmes fiables et stables (résistance aux intempéries, aux rayonnements UV et

aux variations de température).
 Des systèmes intelligents et des progrès techniques impressionnants pour

l’autoconsommation énergétique.
 Une rentabilité accrue pour l’autoconsommation avec vente de surplus de l’électricité.

11. Les inconvénients des systèmes PV

Bien que les panneaux solaires photovoltaïques présentent de nombreux avantages, ils ont
aussi leurs inconvénients :[16]

 Un investissement important lors de leur installation.
 L’installation est parfois peu esthétique.
 Depuis la suppression du crédit d’impôt, le retour sur investissement est rallongé de 9

à 18 mois.

 L’onduleur doit être remplacé au bout de 10 ans et les panneaux au bout de 25 à 35
ans.

 Les démarches administratives pour installer des panneaux photovoltaïques sont
longues, environ 2 à 6 mois et même un an en cas de difficultés de raccordement.

 Pas de production d’électricité à la nuit.
 Baisse du rendement de la production photovoltaïque lors de l’augmentation de la

température.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 22 FSGf

Chapitre I : Généralité sur l’énergie solaire photovoltaïque

12. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté des notions importantes sur l’énergie solaire
photovoltaïque ainsi que les différentes configurations des système PV.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 23 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Chapitre Ⅱ :
Conception et dimensionnement du système

photovoltaïque étudié

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 47 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

1. Introduction

La réalisation d’un système photovoltaïque connecté au réseau électrique « STEG », fiable et
à bon rendement constitue une solution pratique et économique pour le bénéficiaire. En effet,
un système photovoltaïque devient intéressant lorsqu’il est facile à installer avec une
autonomie acceptable et une excellente fiabilité de service.
On va traiter dans ce chapitre plus particulièrement les éléments nécessaires qui constituent ce
système, sans oublier la conception et le dimensionnement de ces derniers et trouver les bons
choix du matériel soit en quantité ou en qualité. Notre exemple pratique est destiné à
l’alimentation d’une habitation dans la région de Ben gardane.
On va suivre une méthode simple, compréhensible, et pratique qui va nous permettre de
dimensionner notre système comme suit:

- Calcul de puissance crête à installer selon les coordonnées météorologiques du
site.

- Dimensionnement et conception des différents composants du système (panneaux,
onduleur, supports des panneaux, câbles et coffrets de protection).

2. Puissance crête de générateur PV

La puissance crête (PC) est la puissance théorique (exprimée en watt) que peut produire un
panneau PV, dans les conductions de test standards (STC).

- Pour estimer la puissance crête du système photovoltaïque à partir des données
météorologiques (géographiques et d’ensoleillement) du site, on utilise le logiciel de
simulation du site web « PVGIS ».

- Les résultats fournis par la simulation de PVGIS concernant le site « Ben guerdane »
sont illustrés dans les figures 21 et 22 ci-dessous.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 48 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Figure 20: localisation du site de "Benguerdan"

Figure 21: production énergétique du site pour un système PV couplé au réseau

- Les besoins en énergie électrique (KWh/an)sont déduits à partir des factures de la
consommation du client.

- La production annuelle de 1 KWc dans le site concerné est déduite à partir de la
simulation.

- Tenant compte de la consommation annuelle du client « Ec= 4922.1089 kW/an » on
va déterminer la puissance crête à installer selon la formule suivante :

= [17]



Avec :

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 49 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Pc : puissance crête à installer (kWc)

Eac : énergie annuelle consommée du client (kWh/an)

Pra : production annuelle d’un kilo watt (le productible) dans le site étudié (Pr=1796.37
kWh/an)

- Pour trouver la puissance crête de l’installation photovoltaïque destinée à alimenter un
local en électricité, nous avons utilisé les paramètres suivants :

Pr = 1796.37 Wh/an Ea = 4922.1089 kWh/an

AN : Pc = 4922.1089 = 2.740030 kWc
1796.37×1

- L’abonné a décidé d’encourager la politique de l’état pour l’exploitation des énergies
renouvelables et précisément la mise en service d’un réseau photovoltaïque raccordé
au réseau STEG.

- Une installation de 2.750 kWc sera réaliser après l’approbation de la STEG.

3. Conception et dimensionnement du système PV

Le projet consiste à installer 2.750 kWc, suivant les fiches techniques des onduleurs et des
panneaux (présentés en annexe) on va concevoir et dimensionner notre système
photovoltaïque.

3.1. Module photovoltaïque

Les modules (panneaux) photovoltaïques sont des convertisseurs de l'énergie solaire en
énergie électrique. Ils sont composés de cellules photovoltaïques qui produisent du courant
continu lorsqu'elles perçoivent de la lumière. Ils jouent le rôle de générateur dans les systèmes
photovoltaïques (voir figure 25) [18]

Quelle que soit la technologie, les modules photovoltaïques doivent être conformes aux
normes pour prendre l’approbation de la STEG :

 CEI 61215 : Modules photovoltaïques au silicium cristallin pour application terrestre-
Qualification de la conception et homologation.

 CEI61646 : Modules photovoltaïques en couches minces à usage terrestre
qualification de la conception et l’homologation.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 50 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

 CEI 60904-3 : Dispositifs photovoltaïques - Partie 3 : Principes de mesure des
dispositifs solaires photovoltaïques à usage terrestre incluant les données de
l’éclairement spectral de référence.

 CEI 61 730 : qualification pour la sûreté de fonctionnement des modules
photovoltaïques.

 EN 50 548 : Boites de connexion pour le module photovoltaïque.
 NF EN 50380 : Spécifications particulières et informations sur les plaques du

constructeur pour les modules photovoltaïques. Pour l’admissibilité au marché
national, les modules photovoltaïques doivent avoir un certificat d’homologation
délivré par l’Agence Nationale pour la Maîtrise de l’Energie (ANME).

La technologie proposée pour notre système est « soluxtec 275Wc », model de 275 Wc
conforme aux normes d’approbation, dont les principales caractéristiques électriques (dans les
conditions de teste standard STC) sont spécifiées dans le tableau ci-dessous.

Les caractéristiques du panneau sont illustrées dans la fiche technique en Annexe.

Tableau 2 : caractéristiques électriques du module photovoltaïque "SOLUXTEC 275Wc"

Puissance Tension à Courant à Pmax Tension circuit ouvert Courant circuit Efficacité
maximal court (Icc) module
(Pmax) Pmax (Vmpp) (Impp) (Voc)

275 W 31.32 V 8.80 A 38.37 V 9.21 A 16.98 %

Figure 22: dimensions de panneau SOLUXTEC 275Wc

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 51 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Pour déterminer un nombre provisoire de modules, il faut diviser la puissance crête totale du
générateur photovoltaïque par la puissance crête du module solaire choisi.
Le nombre provisoire de modules est un nombre entier qui se calcule de la façon suivante :

= ( ) [19]
′ ( )

AN : Nombre des modules = 2750 = 10 modules PV.
275

3.2. L’onduleur

L’onduleur photovoltaïque est un équipement d’électronique de puissance qui convertit

l’énergie électrique continue en énergie électrique alternative.

3.2.1. Principe de fonctionnement de l’onduleur

L’onduleur convertit le courant continu du champ pv en courant alternatif compatible avec le
réseau électrique (voir figure 26) [20]

Le courant produit est injecté sur le réseau au fils du soleil.
L’onduleur intègre 3 fonctions principales :

 Suivi de Pmax du champ PV en fonction de l’irradiation et de la température.
 Conversion du courant continu en courant alternatif.
 Couplage/découplage du réseau électrique.

Figure 23: injection du courant produit sur le réseau électrique

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 52 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

3.2.2. La fonction MPPT (ou recherche de Pmax)

 L’onduleur a pour fonction de faire travailler de manière optimale le champ PV auquel
il est raccordé.

 Il adapte en permanence son impédance d’entrée côté DC pour se placer au MPP
(Pmax) du champ PV.

3.2.3. Conditions de couplage au réseau électrique :

 Puissance et tension suffisantes en entrée d’onduleur (début de journée).
 Présence de tension du réseau électrique.
 Absence de défaut d’isolement au niveau du champ PV.

Figure 24: couplage au réseau électrique

- L’onduleur se synchronise sur le réseau électrique en tension, en fréquence et en
phase.

- Le couplage s’effectue lorsque la synchronisation est effective.

3.2.4. Conditions de découplage au réseau électrique :

Découplage automatique entre une installation de production d’électricité en parallèle avec le
réseau public basse tension. (Voir figure 25)

Figure 25: découplage au réseau électrique

- Puissance et tension insuffisantes en entrée d’onduleur (fin journée).

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 53 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

- Absence de tension du réseau électrique (ou hors tolérance en tension et en fréquence).

3.2.5. Les différents types d’onduleur :

 Micro-onduleurs
Petit onduleur implanté à l’arrière de chaque module pv

 Onduleurs modulaires sans MPPT
- Des convertisseurs DC/DC intégrés à chaque panneau PV.
- Chaque chaîne de modules PV avec MPPT est raccordée directement à l’onduleur.

 Onduleurs modulaires avec plusieurs MPPT
- Puissance de quelque KW.
- Un convertisseur DC/DC par sous-champ avec suivi de Pmax.
- Un convertisseur DC/AC unique.
- Adapté pour des bâtiments avec pans de toiture d’orientation et/ou d’inclinaison

différentes.
 Onduleurs modulaires avec 1 MPPT
- Puissance unitaire des onduleurs de quelques KW.
- Chaque chaîne est raccordée directement à un onduleur.
- Tension d’entrée de 150 à 1500 V
 Onduleurs centralisés
- Un seul onduleur pour le champ PV.
- Tension d’entrée de 300 à 900 V.
- Plutôt utilisés dans les centrales pv (100 ). [21]

3.2.6. L’onduleur choisi

L’onduleur choisi pour notre projet est « INVT iMars MG3KTL » onduleur photovoltaïque
d’injection réseau à 1 MPPT dont les principales caractéristiques électriques sont illustrées
dans le tableau ci-dessous : (fiche technique de l’onduleur : Annexe 2)

Tableau 3: caractéristiques électriques de l'onduleur INVT iMars MG3KTL

Max. Max. Tension MPPT Max Nombre Rendement Dimensions Poids
DC DC de Plage DC de MPPT 97.30%
Power Voltage courant 420×3600× 17Kg
3300 500 V démarrage 120 à 15A 1 150mm
W 80/60V 450V (h×l×p)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 54 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

3.3. Compatibilité onduleur-panneaux

Pour assurer les besoins énergétiques du projet, le champ photovoltaïque pour cette station
aura donc une puissance totale de 2.750 KWc composé d’une chaîne de 10 panneaux en série
de type « SOLUXTEC275 » de puissance crête unitaire de 275 Wc, branchés à un onduleur
modulaire monophasé avec une puissance maximale de 3300W, model INVT iMars
MG3KTL.
Les paramètres à prendre en compte pour la compatibilité onduleur-panneaux :[22]

 Le courant maximal fourni par le champ PV selon son orientation.
 La tension maximale produite par le champ.
 La puissance maximale fournie par le champ PV selon son orientation.
 La plage de variation de tension du champ pv en fonction de la température des

cellules PV.

3.3.1. Compatibilité en courant

ℎ = ℎ ×
Avec :
Imax_champ : le courant maximal fourni par le champ PV.
Nch : nombre des chaînes.
Imp : intensité maximale du panneau.
AN : Imax_champ = 1×8.80 = 8.80 A < 15 A (courant maximal acceptable par l’onduleur).
Avec Icc = 9.21 A < 15 A.

Le courant du générateur PV est compatible au courant de l’onduleur.

3.3.2. Compatibilité en tension

_ ℎ = ×

Avec
Umax_champ : tension maximale du champ PV.
Np : nombre totale des panneaux.
Vmp : tension maximale du panneau.
AN :
Umax_champ = 10 × 31.32 = 313.2 V < 500 V (tension maximale acceptable par l’onduleur)

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 55 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

La tension du générateur PV est compatible à la tension de l’onduleur.

3.3.3. Compatibilité en puissance

_ ℎ = _ ℎ × _ ℎ
AN :
Pmax_champ = 313.2 × 8.80 = 2756.16 W < 3300 W (puissances maximales acceptables par
l’onduleur).

La puissance de générateur PV est compatible à la puissance de l’onduleur.

3.3.4. Compatibilité en plage de variation de tension

_ = × ( )
Et : ( ) = _ × [1 + % × ( − )]
Avec :
VMPP_max : tension maximale au point de puissance maximale.
Nps : nombre des panneaux en série.
Voc(T) : tension circuit ouvert à une température donnée[−10° ].
Voc_stc : tension circuit ouvert dans les conditions de test standard.
Kt% : coefficient de la température relative à la tension.
Tmax : température maximale du module prise égale à 85°C.
Tstc : température dans les conditions de test standard égale à 25°C.

AN : Voc (-10) = 38.37 × [1 + (−0.0032) × (−10 − 25)] = 38.37 × 1.10 = 42.2 V
VMPP_max = 10 × 42.2 = 422 V < 500 V (tensions maximales acceptables par l’onduleur).

La tension maximale du générateur à -10°C est compatible à la tension maximale de
l’onduleur.

_ = × (T)

Et : ( ) = _ × [1 + % × ( − )]

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 56 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Avec :
VMPP_min : tension minimale au point de puissance maximale.
Ns : nombre des panneaux en série.
Voc(T) : tension circuit ouvert à une température donnée[85° ].
Voc_stc : tension au point de puissance maximale dans les conditions de test standard.
Kp% : coefficient de température relative à la puissance.
Tstc : température dans les conditions de test standard égale à 25°C.

AN : VMPP (85) = 31.32 × [1 + (−0.004) × (85 − 25)] = 31.32 × 0.76 = 23.80 V
VMPP_min = 10 × 23.80 = 238 V > 60 V (tensions minimales de démarrage de l’onduleur).

La tension minimale du générateur à 85°C est compatible à la puissance de
l’onduleur.

3.4. Conception et dimensionnement des supports de modules

3.4.1. Types de supports

Les types de supports à utiliser sont :
• Structure posée ou ancrée au sol.
• Structure fixée sur toiture / terrasse.
• Structure fixée sur charpente sauf indication contraire.

3.4.2. Caractéristiques techniques

Les supports des modules photovoltaïques à utiliser devront être métalliques.

Les matériaux constitutifs des supports de modules PV doivent être capables de résister à 10
ans d’exposition extérieure sans corrosion ou fatigue notables.

Les matériaux suivants sont admis :[23]

• Acier galvanisé à chaud en conformité aux exigences de la norme ISO 1461 :2009
(Revêtements par galvanisation à chaud sur produits finis en fonte et en acier : Spécifications
et méthodes d’essai).

• Aluminium anodisé.

Les autres types de matériaux ne sont pas acceptés.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 57 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

3.4.3. Dimensions des supports

Le matériau utilisé pour notre système est l’aluminium anodisé. La structure porteuse des
modules photovoltaïques est composée de 5 supports en aluminium ayant une forme de
triangle rectangle possédant un angle de 30°. (Voir figure 26) :

Figure 26: détermination des dimensions du support

- Le triangle est construit à partir des cornières de dimensions 40×40×4 mm
- Les deux pièces de renforcement reliant le côté supérieur avec le côté inférieur du

support, sont formées à partir d’un tube carré en aluminium dont la dimension est
40×40×1,4 mm
- La pièce de renforcement qui fixe les deux côtés formants l’angle droit est une cornière
de dimension 40×40×4 mm (voir figure 27) :

Figure 27: schéma récapitulatif des dimensions de support

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 58 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

- Les dimensions de ce support sont compatibles à une structure supportant deux niveaux
successifs de panneaux soluxtec 275 Wc en portrait.

- Les supports vont être reliés avec quatre tubes carrés sur lesquels les modules deviennent
fixés.

- Les dimensions des trous pré-percés du coté supérieur de support et de tube carré (pour
la fixation des panneaux) sont les suivants (voir figure 28) :

Figure 28: dimensions des trous de tube carré et trous du coté supérieur de triangle

La conception et la mise en œuvre de la structure porteuse des modules doit respecter les
normes appliquées au niveau des constructions des maisons ou bâtiments et doit respecter les
recommandations suivantes :

- La structure doit résister, avec les modules installés, aux surcharges du vent et à la neige, en
accord avec les normes techniques de la construction.

- La conception et la construction de la structure et le système de lestage, ou ancrage, du
châssis du générateur photovoltaïque, permettront les dilatations thermiques nécessaires, sans
charges de transmission qui puissent affecter l'intégrité des modules, selon les indications du
fabricant.

- La structure supportant les modules doit être, sans s’y limiter, en aluminium (anodisé de
préférence) ou en acier galvanisé à chaud.

- Les boulons, les rondelles et écrous seront de dimension adéquate en acier galvanisé ou
inox.

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 59 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

- Les éléments de fixation des modules et leurs propres structures ne doivent pas créer des
zones d’ombre sur les modules photovoltaïques.

3.1. Dimensionnement et conception des câbles

Les câbles des installations PV sont divisés en deux types :

 Câbles installés côté DC (câbles solaires) : ils ont été mis au point pour répondre aux
spécificités du solaire PV.

 Câbles installés côté AC : ils se conforment aux règles applicables aux installations
électriques standards.

3.1.1. Critères de choix

Les principaux critères de choix des câbles :

 Le courant admissible du câble doit être égal ou supérieur à 1,25 fois Icc STC de la
chaîne PV.
Section à déterminer de façon à ce que la chute de tension maximale soit (pour
réduire les pertes énergétiques) inférieur à 3%.

3.1.2. Repérage des conducteurs

Les installations électriques basse tension sont soumises à la norme NFC 15-100. Cette norme
créée en 1956 est obligatoire depuis 1969, concernant les couleurs des fils et câbles
électriques ainsi que les couleurs d’usage généralement adoptées par les professionnels.

Figure 29: couleurs des fils électriques

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 60 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

3.1.3. Courant admissible des câbles

Le premier paramètre à prendre en compte pour le calcul de la section des câbles est le
courant admissible. Le courant admissible IZ des câbles dépend notamment du mode de pose
et de la température du conducteur. (Voir tableau 4)

Tableau 4: courant admissible IZ des câbles photovoltaïques pour une température maximale à l’âme de 90°C

Section (mm) Courant admissible
(Deux câbles adjacents sur
2.5
4 paroi)
6 19 A
10 26 A
16 33 A
25 46 A
35 62 A
82 A
102 A

3.1.4. Câbles côté DC

 Le câble solaire DC utilisé pour le transport de l’énergie électrique des panneaux
photovoltaïques au point de raccordement de coffret DC à une langueur maximale de
20 m.

 Les câbles DC et le câble de liaison à la terre cohabitent dans un même chemin de
câble métallique.

 L’injection du courant continu se fait à travers un câble 2×1×4 mm2 sur l’entrée de
l’onduleur.

- Calcul de la chute de tension

Au niveau du câble DC à 90°C :

R= 2 × × et ∆ = × [ ] (loi d’ohm)


AN:

R = 2×0.02149×20= 0.219Ω

∆ = 0.219×8.80=1.97 V

∆ % = (∆ )×100 [24]

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 61 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

AN :∆ % = 1.97 ×100 = 0.56% ≪ 3%
346.17

Avec :

L : distance entre le coffret DC et les modules [20 ].

I : courant d’entrée [8.80 ].

: conductivité cuivre à 90°C [0.0219 2/ ].

S : section du conducteur [4 2].

U : tension maximale des panneaux[ = 11 × 31.47 = 346,17 ].

∆ % : chute de tension au niveau du câble DC.

Le calcul de chute de tension démontre qu’un câble de 2×1×4 mm2 peut assurer
une chute de tension inférieur à 3% pour cette chaîne avec une distance entre les panneaux et
l’onduleur égale à 20 m.

3.1.5. Câbles côté AC

L’onduleur distant de 12 m du compteur STEG, l’injection du courant électrique se fait à
travers un câble 2×4 2 sur l’entrée du compteur qui assure une chute de tension très
inferieure à 3%.

- Calcul de chute de tension

Au niveau du câble AC à 90°C :

∆ = ( × × + × ) × [ ] [25]



AN :

∆ = 1,869 V ∆ % = (∆ )×100
AN:

∆ % = 0.74%< 3% 62 FSGf
Avec :
Houssem Loungou & Ahmed Khirallah

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

L : Longueur simple du conducteur [12 ].
I : Courant par phase [14.3 ].
: Conductivité cuivre à 90°C [0.0219 2/ ]
S : Section du conducteur [2 × 4 2].
∶ Réactance linéique du conducteur [0.08 / ].
b = 2 (en régime monophasé un phénomène à double perte).

3.1.6. Câbles de mis à la terre

Chaque structure est mise à la terre à travers un câble de section 16 2 en utilisant des
répartiteurs de terre aussi la mise à la terre entre les panneaux est faite à travers des causses de
6 2 intercalées avec des rondelles bimétalliques.

3.2. Coffret DC

3.2.1. Choix du parafoudre

- Rôle du parafoudre
 Les parafoudres sont destinés à limiter le niveau des surtensions à un niveau
admissible par le matériel électrique.
 Le niveau de tenue aux chocs est défini par la coordination de l’isolement.
 Le parafoudre se comporte en temps normal comme un circuit ouvert. Lors du passage
du courant de foudre, il se transforme en court-circuit, permettant ainsi de limiter la
différence de potentiel dangereuse entre les différents circuits de l’installation.

 Afin de protéger les équipements (modules photovoltaïques et onduleurs) contre les
coups de foudre indirects, un parafoudre doit être installé au niveau du coffret DC.

- Critères de choix
Un parafoudre est conçu en fonction de :

 La configuration de l’installation (capacité à dissiper l’énergie).
 La tenue au choc du système à protéger (capacité à écrêter la surtension)
Il existe des parafoudres dédiés aux courant forts (énergie) et d’autres destinés aux courant
faibles (Mesure, commande, Régulation, Télécommunication, etc.) et répondent à une
application toujours bien définie.
Le parafoudre se caractérise par sa tension admissible Uc, son pouvoir de décharge Imax et
In, ainsi que son niveau de protection Up. [26]

Houssem Loungou & Ahmed Khirallah 63 FSGf

Chapitre II : Conception et dimensionnement du système photovoltaïque étudié

Uc : la tension admissible par le parafoudre doit être sélectionnée en fonction de la tension
maximale à vide du générateur PV correspondant à la tension maximale VocMAX du
générateur photovoltaïque.
Uc = 600 V>Vmax avec VMax = 422 V

Up : niveau de protection du parafoudre, cette valeur doit être inférieure ou égale à 50% de la
tension de tenue de choc Uw du matériel électrique à protéger.

0,5 ×Uw = 0,5 × 6000 = 3000 V avec Uw = 6000 V

Up = 2700 V< 3000 V

Imax : courant de décharge maximal que peut écouler le parafoudre une seule fois sans
dommage. Cette valeur est mesurée à partir de l’onde d’essai 8/20 µs.
Imax = 40 KA
In = 5 KA (valeur minimale du courant nominal de décharge).
Un courant nominal de décharge supérieur à la valeur exigée procurera une durée de vie plus
longue au parafoudre.
In = 20 KA > 5KA
Résumé : le parafoudre DC choisi est de type 2 de marque Suntree « SUP2H-PV »

3.2.2. Choix de l’interrupteur-sectionneur :

Un Interrupteur-Sectionneur DC Digital 04312-25A a été utilisé. Les caractéristiques de cet
interrupteur-sectionneur sont les suivantes :

- Tension assignée d’emploi 600 VDC > Vmax = 422 V
- Catégorie d’emploi DC-25 A > Courant max de court-circuit = 9.21 A

3.3. Coffret AC

L’ensemble des appareils de protection AC (disjoncteur différentiel, parafoudre) sont
généralement regroupés dans un même coffret situé en sortie de l’onduleur (coffret AC).

Le choix du calibre des dispositifs de protection doit tenir compte des contraintes particulières
telle que le montage côte à côte d’appareillages utilisés simultanément à leur courant nominal

et/ou température ambiante élevée. On se référera à la norme NF 61439-1 pour la conception
du coffret AC.[27]

3.3.1. Choix de disjoncteur :

Pour une puissance de raccordement inférieure ou égale à 36 KVA, le disjoncteur de

branchement (AGCP) avec fonction différentielle 30 mA de type S assure les deux fonctions

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