fndae12

FNDAE n12Document technique

Rdition 2003

Application au traitementde leau potable et

des eaux usesen zones rurales

Eric MICHEL, Arnaud DEVES

nergie photovoltaque

Ministre lAlimentation,de la res rurales de lAgriculture, de Pche et des AffaiCentre de Digne les bainsRue Lavoisier - ZI de Saint Christophe04000 Digne les bainsTl. : 04 92 31 19 30

Photo de couverture : Installation de pompage de Zigliara (Corse)

nergie photovoltaqueApplication lalimentation en eau potable et au traitement des eaux uses en zones rurales

1

SOMMAIRE

INTRODUCTION............................................................................................ 3

CHAPITRE 1 - RECENSEMENT DINSTALLATIONS EXISTANTES ........... 4

1.1 TYPES DINSTALLATIONS RECENSES.........................................................................................61.2 ANALYSE DE QUELQUES INSTALLATIONS ...................................................................................7

CHAPITRE 2 - RGLEMENTATION ............................................................. 9

2.1 ALIMENTATION EN EAU POTABLE DES ZONES RURALES ............................................................92.2 EAUX USES ET ASSAINISSEMENT ...............................................................................................9

CHAPITRE 3 - LLECTRICIT SOLAIRE PHOTOVOLTAQUE ............... 10

3.1 GNRALITS ............................................................................................................................103.1.1 FONCTIONNEMENT D'UNE PHOTOPILE..................................................................................................103.1.2 AVANTAGES DE LA CONVERSION PHOTOVOLTAQUE ..........................................................................103.1.3 LES APPLICATIONS DE L'NERGIE PHOTOVOLTAQUE ..........................................................................103.2 L'NERGIE PHOTOVOLTAQUE..................................................................................................113.2.1 LA CELLULE PHOTOVOLTAQUE...........................................................................................................113.2.2 L'EFFET PHOTOVOLTAQUE ..................................................................................................................113.2.3 LE MODULE PHOTOVOLTAQUE............................................................................................................123.2.4 PRODUCTION DE CELLULES ET DE MODULES .......................................................................................133.2.5 NORMES ET SPCIFICATIONS CONCERNANT LES MODULES PHOTOVOLTAQUES .................................133.3 LES COMPOSANTS DUN SYSTME PHOTOVOLTAQUE .............................................................143.3.1 LE GNRATEUR PHOTOVOLTAQUE ....................................................................................................143.3.2 STOCKAGE DE L'NERGIE .....................................................................................................................153.3.3 LA RGULATION...................................................................................................................................193.3.4 PROBLMES VENTUELS ......................................................................................................................193.4 MTHODE DE DIMENSIONNEMENT SIMPLE D'UN SYSTME PHOTOVOLTAQUE.......................203.4.1 PRINCIPALES RGLES DE DIMENSIONNEMENT .....................................................................................203.4.2 ESTIMATION DE LA PUISSANCE CRTE NCESSAIRE.............................................................................203.4.3 COMPARAISON AVEC LES SOURCES D'NERGIE CONCURRENTES.........................................................223.5 QUALIT D'INSTALLATION, ENTRETIEN, GARANTIE, ASSURANCES .......................................243.5.1 QUALIT D'INSTALLATION ...................................................................................................................243.5.2 L'ENTRETIEN ........................................................................................................................................253.5.3 SCURIT..............................................................................................................................................253.5.4 SUIVIS ET CONTRLE DES INSTALLATIONS ..........................................................................................253.5.5 GARANTIES DES MATRIELS ENTRANT DANS LES INSTALLATIONS PHOTOVOLTAQUES .....................253.5.6 ASSURANCES DU MATRIEL .................................................................................................................263.5.7 SOURCES DE FINANCEMENT ENVISAGEABLES POUR LES INSTALLATIONS PHOTOVOLTAQUES...........26


2

CHAPITRE 4 - ALIMENTATION EN EAU POTABLE DES ZONESRURALES .................................................................................................... 27

POMPAGE .......................................................................................................................................28CHLORATION ................................................................................................................................31STRILISATION PAR RAYONS ULTRAVIOLETS ................................................................35LECTROVANNE ..........................................................................................................................37TLMESURE ................................................................................................................................38SURPRESSEUR...............................................................................................................................41BARRAGE........................................................................................................................................42

CHAPITRE 5 - TRAITEMENT DES EAUX USES EN ZONE RURALE ..... 43

POSTE DE RELEVAGE.................................................................................................................45DGRILLAGE MCANIQUE ......................................................................................................46LITS BACTRIENS........................................................................................................................47DISQUES BIOLOGIQUES.............................................................................................................48LAGUNAGE NATUREL ................................................................................................................49TOILETTES SCHES ....................................................................................................................50

CHAPITRE 6 - RSUM ............................................................................. 51

PRINCIPAUX INTERVENANTS NERGIE PHOTOVOLTAQUE ............... 52

AUTRES INTERVENANTS CITS .............................................................. 53


3

INTRODUCTION

Produire une eau potable de qualit en zone rurale, traiter les eaux uses des petitescollectivits, ces actions sont des impratifs pour le dveloppement des zones rurales et laprotection de lenvironnement. Des solutions techniques existent pour traiter leau potable et leseaux uses, mais ncessitent bien souvent le recours une alimentation lectrique.Or, lalimentation lectrique de ces sites rencontre de nombreuses contraintes :loignement, difficults d'accs, environnement difficile. Le raccordement de ces sites au rseaude distribution peut alors savrer tre dun cot trs lev.Des solutions de production dcentralise existent : les piles, les groupes lectrognes, lesgnrateurs photovoltaques et dautres solutions mettant en uvre une nergie renouvelable(pico-centrales hydrolectriques, oliennes). Par rapport aux autres solutions lnergiephotovoltaque prsente les avantages suivants : Entretien rduit Autonomie (vite l'approvisionnement en carburant et limite le remplacement des piles) Respect de l'environnement (absence de bruit, rduction des infrastructures ncessaires) Possibilit dadapter cette solution tous les sites sous rserve de respecter certaines rgles

de mises en uvre.

De plus, des tudes conomiques menes au cas par cas montrent que les gnrateursphotovoltaques peuvent tre tout fait comptitifs tant en terme d'investissement qu'enterme de cot de fonctionnement. Aussi apparat-il important d'analyser cette technologiecomme solution potentielle d'alimentation lectrique des appareillages isols pour la fournitured'eau potable et le traitement des eaux uses.Le cot du watt produit tant cependant relativement lev, il est important de limiter lespuissances installes et donc de veiller la consommation des appareils rcepteurs. En effet, lechoix d'quipements performants du point de vue nergtique permet de rendre tout fait rentableune solution photovoltaque alors qu'elle pouvait apparatre impossible en premire approche.

Le recours un gnrateur photovoltaque rsout les problmes suivants : Difficults d'accs, isolement des sites Cot d'installation de lignes EDF lev Cot d'exploitation lev pour des quipements de production dnergie dcentralise Manque de comptences techniques pour les oprations de maintenance : ces oprations sont

simplifies dans le cas dun gnrateur photovoltaque

Ce document prsente les diffrentes solutions adaptes une application de lnergie solairephotovoltaque. Il comprend trois parties :

1. un recensement des installations existantes dans le domaine du traitement de leau2. une prsentation de l'lectricit photovoltaque3. des fiches de synthse par type d'installation envisageable


4

CHAPITRE 1 - RECENSEMENTDINSTALLATIONS EXISTANTES

Le tableau ci-dessous rcapitule les rsultats dune enqute mene en 2002 auprs des DirectionsDpartementales de lAgriculture et de la Fort (DDAF) et de dlgations de lAgence DelEnvironnement et de la Matrise de lnergie (ADEME). Certaines installations sont issuesdenqutes plus anciennes (1997 et 1999) auprs des mmes interlocuteurs.Ces enqutes ont permis de recenser environ 250 installations photovoltaques ayant trait lalimentation en eau potable ou au traitement des eaux uses en zones rurales.

Tableau 1 Installations photovoltaques pour lalimentation en eau potable et pour le traitement deseaux uses en zone rurale

Dpartement Matre douvrage ou site Type dinstallation( ) nb dinstallations

Aisne Cuiry les Iviers Chloration sur rservoir + clairage +tlgestion

Alpes de HauteProvence

Commune de ValavoireONF Gte des Blaches

Strilisation par rayonnements UVPompage

Alpes Maritimes Syndicat intercommunal de Coaraze Strilisation par UV de 2 sources

Ardennes Rservoir de Villers Cernay et de Blagny

Chteau deau de Gernelle

Chteau deau de Foisches

clairage, chloration

Chloration, clairage, chambre desvannes

Chloration, clairage, tlsurveillance

Arige Syndicat dpartemental des collectivits lectrifiesdArige : 7 Refuges et 1 cabane pastorale

Chteau deau de Lieurac

Chteau deau de Pauly

Alimentation dun refuge / strilisation UVdeau potable / pompage (8)

Tlmesure

Chloration / mesures

Aude Syndicat Intercommunal du Sud Audois

Maison Minford

lectrovannes pour injection du chloregazeux

Pompage

Cantal Diverses Communes

ND de Courson et Le Mesnil Durand

Transmetteurs de niveau deau (15)

Chloration (2)

Corrze Bassignac, Chadirac, Rouchamp Pompes doseuses de chlore (3)

Corse Plusieurs sites en Corse du Sud

Syndicat mixte des Agriates

Pompes doseuses de chlore (9)

Mesures de dbit / tltransmission (20)

Pompage

Cte dor Thoisy le dsert

Pouilly en Auxois

Pompe doseuse de chlore

Tlsurveillance dun rservoir

Creuse Divers sites

Divers sites

Laiterie Chavegrand

Saint Laurent et Faux Mazuras

Tlsurveillance du rseau deau potable(6)

Tlmesure sur un rservoir isol (5)

Pompage en amont dun site detraitement deaux uses par lagunage

Chloration (2)

Finistre St Nicolas des Glnans

Commune de Tregarvan

Pompage

Pompe doseuse de chlore (2)


5


Syndicat mixte de lAulne

Syndicat de Plozvet

Tlmesure de comptage

lectrovanne et comptage

Gard Chloration dun rservoir deau potable

Haute Garonne Syndicat intercommunal des eaux de St Beat Tlgestion

Gers Diverses communes Mesures de niveau dans rservoirs (2)

Gironde Syndicat Intercommunal du Bassin dArcachon Motorisation de vanne sur rseaudassainissement

Hrault Diverses communes : Meze, Gigean, Villeveyrac Aration de lagunes (traitement deauxuses)

Indre Amnagements hydrauliques debarrages

Jura Syndicats dlectrification rurale Mesures sur chteau deau

Transmission de niveau deau

Loir et Cher Commune dOuzouer le March Relevage deau pour station dpurationpar lagunage

Loire Mesure sur rservoir deau

Lozre Syndicat dpartemental dlectrification

Syndicat intercommunal dalimentation en eau potabledu Causse de Sauveterre

Pompage eau potable (2)


Manche Communes Systme de tlsurveillance

Marne Installations de tlsurveillance

Haute Marne Chteaux deau Chloration (9)

Meurthe et Moselle Commune de Tramont Saint Andr

Vandeleville

SIE de Selaincourt

SIE de Diarville

SIE de Pulligny Rservoir de Laneuveville

SIE de Trey St Jean Rservoir Tour de Seicheprey

SIE de Trey St Jean Rservoir semi enterr de laCroix des Carmes

Tonnoy Rservoir principal

SIE de Champey Vittonville

Tlmesure de niveau deau




Tlmesure de niveau deau

Tltransmission

Tltransmission

Tltransmission

Tlgestion (en soutien de batteriesclassiques)

Moselle Syndicat des eaux de Benamont Tlmesure de niveau de chteau deau- Tltransmission

Moselle Syndicat des eaux du Pays des tangs Tlmesure de niveau de chteau deau- Tltransmission

Nivre Association syndicale libre de Vauclaix

SIAEP de Varzy, SIAEPA de Prmery

SIAEP de Varzy, SIAEPA de Prmery

Communes de Brassy, Dun les Places, Saint Brisson

SIAEP Mhre Vauclaix Gacogne, SIAEP dePannecire, SIAEP du Bazois, SIAEP du Val dAron,commune de Brassy

Commande dune lectrovanne

Tlgestion / pompage / strilisation /tltransmission (2)

Tlgestion / pompage (2)

Pompe doseuse de chlore sur rservoir(3)

Tlsurveillance de rservoir (9)


6


Puy de dme Diverses communes : St Julien la Geneste, Bussireprs Pionsat, St Ferrol des Ctes, La Cellette

Pompe doseuse de chlore (7)

PyrnesAtlantiques

Commune dAlbintze, de Larrau, de Mendive,dAussurucq

Pompage (6)

Bas Rhin Wisches Source du Tieffenbach Chloration

Rhne Socit de Distributions d'Eau Intercommunales Rillieux

Ferme

Pompes doseuses de chlore (19)

Pompage + chloration

Sane et Loire Diverses communes : Cuzy, Roussillon en Morvan,Anost, St Leger sous Beuvray, La grande Verrire

Chloration (6)

Savoie Commune de Bonneval sur Arc Refuge des Evettes

Commune de Bonneval sur Arc Refuge du Carro

Bellecombe en Bauges

SI de lagglomration de Chambry

Commune de Barby

Refuge + strilisation UV

Toilettes sches


Mesure du niveau de la nappe

Tlmesure du niveau du rservoir

Haute-Savoie Refuge du Parmelan Dingy st Clair

SDEI de St Jeoire en Faucigny

Refuge + toilettes sches


Seine Maritime Gnrale des Eaux Installations de tlgestion

Haute Vienne Commune de Sauviat sur Vige Tlsurveillance

Yonne Diverses communes : Chassignelles, Esnon Dsinfection UV (2)

Guadeloupe Diverses communes Pompage deau (9)

Guyane Diverses communes Pompage + chloration (9 installations enfonctionnement, 7 en projet, 3 rhabiliter)

Mayotte Diverses communes Pompage pour lirrigation

Nouvelle-Caldonie Diverses communes Pompage eau potable

1.1 Types dinstallations recenses

Tableau 2 Rcapitulation des types dinstallations recenses

Traitement de leaupotable

La chloration : essentiellement par pompes doseuses de chlore La strilisation par rayonnement ultraviolet

Pompage En haute montagne : pompage au fil du soleil pour acheminer leauaux btails (notamment dans les Pyrnes Atlantiques)

Sites isols dans les DOM TOM (Guyane et Guadeloupe) Sites isols en mtropole

Tlmesure Mesures de niveau dans les chteaux deau ou les rservoirs deaupotable

Comptage, mesure de dbits Tlsurveillance dinstallations


7

Gestion automatiqueou tlgestiondinstallationstechniques

Commande de louverture de vannes Commande de barrages hydrauliques (programme dquipement dans

lIndre)

Traitement deauxuses

quipements techniques sur des oprations de lagunage : relevagedes eaux uses, dgrillages

Procds de traitements des eaux uses : aration de lagunes (voir lesapplications dans lHrault), toilettes sches (notamment dans desrefuges de haute montagne en Savoie)

Les applications les plus courantes sont celles de tlmesure, de traitement de leau potable et depompage. Ces applications peuvent tre regroupes sur un seul site et alimentes par le mmegnrateur photovoltaque. Ainsi un gnrateur peut alimenter une installation de chloration etassurer la tlsurveillance du systme. Dans les refuges, le gnrateur assure souvent letraitement de leau et lalimentation nergtique dautres besoins du refuge (clairage, froid,alarmes).Ce document prsente par la suite la plupart de ces applications ainsi que dautres possibilitsdapplications non rencontres ce jour en France.

1.2 Analyse de quelques installations

Pour 42 installations recenses, des informations sur les puissances crtes et les cots desinstallations sont disponibles et exploites ci-aprs. La plupart de ces installations sont rcentes etpostrieures 1997. Des comparaisons peuvent donc tre effectues.

Tableau 3 Puissances crtes des installations recenses en fonction de lusage

Types dinstallations Nb dinstallationstudies

Puissance crte Commentaires

Tlmesure 8 100 500 Wc

Motorisation de vannes 1 1 750 Wc

Chloration (ventuellement avectlmesure)

10 80 300 Wc Les installations de chloration seulesont quipes de gnrateurs delordre de 100 Wc

Strilisation UV seule 2 100 300 Wc

Strilisation UV (+ alimentation dunrefuge)

9 400 5 000 Wc Ces installations quipent en prioritdes refuges. La grande varit deces refuges explique la large gammede puissance installe.

Pompage (haute montagne) 7 2 000 4 000 Wc Ces installations alimentent en eaupotable des troupeaux. Les dbits etles hauteurs de pompage sontlevs

Pompage (ferme) 2 200 400 Wc Ces installations quipent unparticulier et un petit gte

Aration de lagunage (traitementdeaux uses)

2 600 4 000 Wc

Toilettes sches 2 180 270 Wc

Relevage deaux uses 1 360 Wc


8

0

20

40

60

80

100

120

0 1000 2000 3000 4000 5000

Puissance crte [Wc]

Co

t TTC

[EU

R /

Wc]

Figure 1 Cot TTC dun gnrateur photovoltaque en fonction de la puissance crte installe1

Les cots sont trs variables pour les gnrateurs de puissance infrieure 1 000 Wc. Pour cessites, ce sont les frais inhrents au site quiper qui sont prpondrants. Pour des sites dont lapuissance crte est suprieure 1 000 Wc, le prix stablit dans une fourchette de 15 25 EURTTC / Wc.Ces rsultats peuvent tre rapprochs dune tude2 ralise pour lADEME et EDF par PHKConsultants. Elle tablit sur un chantillon de 92 installations les ratios suivants : Cot moyen TTC en mtropole : 22,7 EUR / Wc Cot moyen TTC dans les DOM : 30,5 EUR / Wc

1 Une installation napparat pas sur cette figure. Elle prsentait un cot de 500 EUR / Wc pour une puissance de 100 Wc. Ce cotextrmement important nest pas reprsentatif car il comprend le transport des matriels par hlicoptre pour accder au site.2 Synthse de laudit des moyens de production dlectricit partir dnergies renouvelables en sites isols ADEME EDF Dcembre 2000


9

CHAPITRE 2 - REGLEMENTATION

2.1 Alimentation en eau potable des zones rurales

Les eaux destines la consommation humaine sont rglementes par le dcret 2001-1220 du 20dcembre 2001. Quelques unes des rgles respecter sont exposes ci-aprs. Prlvement deau : lutilisation deau prleve dans le milieu naturel en vue de la

consommation humaine par une personne publique ou prive, est autorise par arrtprfectoral.

Protection du captage : autour de tous les captages deau destine la consommationhumaine des primtres de protection (mentionns dans le code de la sant publique) doiventtre dtermins par dclaration dutilit publique.

Qualit de leau : les eaux fournies par un rseau de distribution doivent respecter un certainnombre de critres physico-chimiques. Un traitement adapt (dsinfection, traitement physico-chimique) doit tre mis en uvre sur le rseau de distribution.

Contrle de la qualit de leau : le dcret dfinit des programmes de contrle de la qualit deleau ainsi que la priodicit de ces contrles.

2.2 Eaux uses et assainissement

Les installations concernes par le prsent document ont une capacit infrieure 2 000quivalents - habitants (EH)3. L'arrt du 21 juin 1996 fixe les prescriptions techniques minimalesrelatives aux ouvrages de collecte et de traitement des eaux uses pour des installations de moinsde 2 000 EH. La circulaire du 17 fvrier 1997 relative l'assainissement collectif des communespour des ouvrages de capacit infrieure 2 000 EH donne les recommandations ncessaires laconception de ces ouvrages.Quatre tapes principales ressortent des textes :1. Les collectivits doivent dfinir les zones d'assainissement collectif et les zones

d'assainissement non collectif. Elles n'ont pas obligation de mettre en place une collecte, maissi elle est mise en place le traitement doit alors tre appropri et ralis avant le 31 dcembre2005.

2. La cration d'une station d'puration doit faire l'objet d'un Avant Projet Sommaire (APS) en vuede bien dfinir les besoins et de s'orienter vers les filires les mieux adaptes.

3. La construction d'une station d'puration doit faire l'objet d'une dclaration (ouvrages decapacit comprise entre 200 et 2 000 EH) et se conformer aux rgles d'urbanisme (PLU...).

4. Pour les installations soumises dclaration, les contraintes suivantes doivent tre respectesen vue d'un rejet minimum dans les eaux de surface :- Les effluents doivent au minimum tre traits par voie physico-chimique,- La concentration maximale en DBO5 dans les eaux rejetes est de 35 mg/l,- Un dgrillage est impos en amont des dispositifs de traitement,- Les collectivits doivent prvoir une auto surveillance de base. Pour les stations de moins

de 1 000 EH elles doivent procder une analyse par an et pour celles comprises entre1 000 et 2 000 EH deux analyses. Ces dernires seront transmises l'Agence de l'eau.

3 1 EH correspond la charge organique biodgradable ayant une demande biochimique d'oxygne en cinq jours (DBO5) de 60grammes d'oxygne par jour. Il correspond par convention 90 g/hab./j de matires en suspension, 57 g/hab./j de matire organique,15 g/hab./j d'azote et 4 g/hab./j de phosphore. En gnral 1 EH est quivalent 150 litres d'eau utiliss par jour.


10

CHAPITRE 3 - LELECTRICITESOLAIRE PHOTOVOLTAQUE

3.1 Gnralits

La conversion photovoltaque est le seul moyen connu de convertir directement la lumire ennergie lectrique. Les cellules photovoltaques ou photopiles sont ralises l'aide de matriauxsemi-conducteurs. Le matriau de base est le silicium.

Photo 1 Modules photovoltaques Alimentation dlectrovannes pour le Syndicat Intercommunaldu Bassin dArcachon Photo ADEME

3.1.1 Fonctionnement d'une photopile

La conversion photovoltaque se produit en soumettant la cellule photovoltaque au rayonnementsolaire. L'nergie reue provoque un mouvement chaotique des lectrons l'intrieur du matriau.Si la cellule est forme de deux zones dont les concentrations en lectrons, modifiesartificiellement, sont diffrentes, un champ lectrostatique constant se produit. Un courantlectrique continu est ainsi produit.

3.1.2 Avantages de la conversion photovoltaque Aucunes pices en mouvement, ce qui limite les causes de pannes et limine les nuisances

sonores Absence de tempratures leves et de fluides sous pression Trs faible incidence sur l'environnement

3.1.3 Les applications de l'nergie photovoltaque

Du fait des avantages prsents ci-dessus, lnergie photovoltaque est adapte une largegamme dapplications4 : lectrification rurale (clairage, rfrigrateur...), tlcommunications (relaishertzien, relais T.V., relais radiotlphone...), pompage, signalisation (routire, arienne,

4 Les applications de llectricit solaire photovoltaque - plaquette ADEME - 2001


11

maritime...), dtection, protection (commandes de vannes de scurit, systme d'alarme...),stations de mesures (stations automatiques mtorologiques, mesures de dbit, de niveau,comptage de trafic...).

3.2 L'nergie photovoltaque

3.2.1 La cellule photovoltaque

Le fonctionnement de la photopile est bas sur les proprits lectroniques acquises par le siliciumquand des atomes trangers en petit nombre (des impurets ) sont substitus dans un rseaucristallin. Cette action est appele dopage. Si l'atome d'impuret contient plus d'lectrons que le silicium, le matriau contiendra des

lectrons libres en excs : il sera dit de type N (exemple : silicium dop au phosphore) Si au contraire, l'atome d'impuret contient moins d'lectrons que le silicium, le matriau sera

dficitaire en lectrons : il sera dit de type P (exemple : silicium dop au bore)La fabrication des cellules s'effectue partir de lingots de silicium. Ces lingots sont dcoups enfines couches. Des couches de type P ou N sont cres en y diffusant du brome ou du phosphore.Une cellule solaire est alors obtenue en constituant une jonction de deux zones de type oppos(jonction PN). Au voisinage de la jonction apparat un champ lectrique qui maintient la sparationdes charges positives et ngatives. Des contacts mtalliques en forme de grille (contacts avant etarrire) sont dposs sur chaque face de la cellule.

3.2.2 L'effet photovoltaque

Un photon (particule de lumire) dont l'nergie est suffisante et heurtant un atome peut arracherun lectron. Il cre ainsi une paire lectron - trou. L'lectron ayant acquis suffisamment d'nergiepeut se dplacer vers la jonction N/P, o la prsence du champ lectrique a pour consquence lacollecte de l'lectron vers la rgion N.Une tension lectrique apparat entre les deux cts N et P. Le dispositif devient donc gnrateurlectrique sous l'effet de la lumire. La collecte de courant se fait par les contacts mtalliques(lectrodes). Si ces lectrodes sont relies un circuit extrieur, un courant circule. Le courantproduit par une cellule photovoltaque est un courant continu.

Couche P

Couche N

Rayonnement solaire

+

+++

Jonction N/ P

Tension

Contact arrire

Contact avant

Figure 2 Schma de principe du fonctionnement dune cellule photovoltaque


12

Toute l'nergie de la lumire solaire n'est pas transforme en lectricit : Certains photons sont rflchis sur la face avant des photopiles Certains ne sont pas assez nergtiques pour arracher un lectron Seuls les photons d'nergie suffisante sont absorbs et crent des paires lectrons / trous Enfin de nombreux lectrons crs rencontrent des charges positives et se recombinent avant

d'avoir fourni un courant utile

3.2.3 Le module photovoltaque

Les cellules sont connectes en sries en soudant le contact avant de chaque cellule au contactarrire de la suivante. Ces ensembles de cellules sont encapsuls dans des modules tanches quiles protgent de l'humidit, des chocs et des nuisances : il sagit du module photovoltaque. Laface avant du module est gnralement en verre et la face arrire en tedlar. Des modules bi-verre(deux faces en verre) existent, essentiellement pour lintgration aux btiments.Le nombre de cellules qui composent le module dpend de la tension et de la puissance que lemodule doit avoir. Gnralement les modules fournissent une tension de 12 ou 24 volts. Sur lemarch, il existe principalement des modules ayant une puissance crte de 10 Wc jusqu' 110 Wc.

9 Principales caractristiques dun module Puissance crte : La puissance lectrique produite par un module varie en fonction de

l'ensoleillement. La puissance crte d'un module est la puissance dlivre sous un clairementde 1 000 W/m et pour une temprature de jonction de la cellule de 25C. En France,l'clairement de 1 000 W/m correspond l'clairement maximum reu, la puissance crtecorrespond donc une puissance maximum que le module peut fournir.

Rendement : Le rendement dpend des conditions de fonctionnement lectrique (intensit,tension) des cellules. Il passe par un maximum ce que l'on appelle le point de puissancemaximale.

Caractristique courant - tension d'un module : Le courant produit par un module varieconformment aux diagrammes courant / tension. Il dpend de l'clairement solaire et de latemprature des cellules.

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

0 5 10 15 20 25Tension [V]

Cou

rant

[A]

0

12,5

25

37,5

50

62,5

75

87,5

100

Puis

sanc

e [W

]

Puissance fournie

Caractristique courant tensionCourant de court

circuit : 3 A

Circuit ouvert

Pour un clairement de 1000 W/m et une temprature Tjonction = 25 C

45 W

16,5 21

Point de puissance maximale :45 W - 16,5 V - 2,7 A

2,7

Figure 3 Exemple de caractristique courant - tension dun module


13

3.2.4 Production de cellules et de modules

Il existe essentiellement quatre technologies de cellules photovoltaques prsentes ci-aprs.

Siliciummulticristallin

50% du march mondial Rendement des cellules commercialises : 12 14% Moins cher que le mono cristallin Applications : modules de grandes dimensions pour toits et faades,

gnrateurs de toutes tailles (reli au rseau ou en sites isols)

Siliciummonocristallin

35 % du march mondial Procd de fabrication bien matris Rendement des cellules commercialises : 14 16% Trs bonne tenue de l'efficacit sur la dure Matire premire largement disponible Matriau sans influence sur l'environnement Faible coefficient d'absorption : utilis en couches paisses, il ncessite de

grandes quantits de matriau Applications : modules de grandes dimensions pour toits et faades,

appareils de faibles puissance, espace

Siliciumamorphe

9 % du march mondial Dpts de couches minces sur du verre Rendement des cellules commercialises : 6 8% Applications : appareils de faible puissance, production dnergie embarque

(calculatrices, montres), modules de grandes dimensions (intgration dansle btiment

Couchesminces

Technologie mergente Rendements infrieurs au silicium cristallin mais les cots sont

potentiellement infrieurs (cette technologie ncessite moins de matriauxsemi-conducteurs)

Application : modules de grandes dimensions (intgration dans le btiment)

Dans les applications en sites isols lies au traitement de leau, les modules photovoltaquesutiliss sont en silicium multicristallin ou monocristallin.

3.2.5 Normes et spcifications concernant les modules photovoltaques

Les modules photovoltaques doivent tre conformes aux conditions dhomologation dfinies dansles normes CEI (Commission lectrotechnique Internationale) 1215 et CEI 1646. Les modulesdoivent notamment pouvoir supporter les conditions ambiantes suivantes : Temprature : de - 40 C + 85C Humidit : jusqu' 100 % d'humidit relative Vent : jusqu' 190 km / heure Grlons : diamtre infrieur 25 mm Atmosphre saleIls doivent pouvoir tre installs sans cadre pour l'intgration en toiture par exemple.


14

Les fabricants assurent rgulirement une garantie de 10 ans sur la production dnergie de leursmodules. Une baisse de puissance de 10% au cours de ces dix annes est anormale.En France, il existe une norme gnrique (NF C 57-100) et trois normes spcifiques : NF C 57-101 pour les modules utiliser en climats quatoriaux NF C 57-102 pour les modules utiliser en climats tropicaux NF C 57-103 pour les modules utiliser en climats temprsCes normes dfinissent des essais d'environnement (chaleur, humidit), des essais lectriques etmcaniques qui permettent d'affirmer qu'un module satisfaisant ces normes et plac dans lesconditions climatiques correspondantes a une dure de vie probable d'une vingtaine d'annes.

3.3 Les composants dun systme photovoltaque

Onduleur

Champ de modulesphotovoltaques

Rcepteurs courant continu

Rgulation charge / dcharge

Batteriesde stockage

Rcepteurscourant alternatif

Figure 4 Schma gnral dune installation photovoltaque avec stockage dnergie

3.3.1 Le gnrateur photovoltaque

9 Le module de base

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

0 5 10 15 20 25

Tension [V]

Inte

nsit

[A]

Ensoleillement : 1 000 W / m

800 W / m

500 W / m

T jonction = 25 C

Zone de puissance maximale

Figure 5 Exemple de caractristique courant - tension d'un module


15

Les caractristiques courant-tension donnent les performances des modules. Ici, le module pourrafournir, une tension de 15 V et un clairement de 800 W/m, un courant d'environ 2 A. Le but estde fonctionner dans la zone o le module produit sa puissance maximale, cest dire autour de15 V, ce qui correspond la tension des batteries daccumulateurs plomb-acide (voir ci-aprs).

9 Le champ de modules photovoltaquesLes modules peuvent tre monts en srie, en parallle ou en srie parallle.

En srie les tensions s'ajoutent le courant reste celui d'un seul module

En parallle la tension reste constante les courants de chaque module s'ajoutent

En srie / parallle pour obtenir la tension et le courant (donc la puissance) souhaits.

9 Implantation du champ de modulesPour choisir l'implantation du panneau solaire, quatre lments sont considrer : L'orientation du champ de modules : favoriser au maximum une orientation sud dans

lhmisphre Nord L'inclinaison des modules : en fonction de la priode de fonctionnement de linstallation, il

faudra favoriser soit le fonctionnement t (inclinaison de 30 sur lhorizontale) soit lefonctionnement hiver (inclinaison de 60) soit faire un compromis (inclinaison de 45)

L'ombre porte sur le champ de modules : un relev de profils dombre sur le site estprimordial au dmarrage du projet afin de contrler la qualit de lensoleillement

La distance modules batteries : En courant continu basse tension, les chutes de tensionpeuvent tre importantes. Une distance importante entre les modules et la batterie peut rendrencessaire la pose de cble de sections importantes (10 ou 16 mm voire plus). Il faut donclimiter au maximum la distance entre le champ de modules et les usages en courant continu.

3.3.2 Stockage de l'nergie

Les caractristiques de l'nergie solaire imposent d'utiliser un organe de stockage de l'nergielectrique dans les installations autonomes. Ses fonctions sont les suivantes : Permettre un dphasage entre la production et la consommation : jour/nuit, courtes priodes

de mauvais temps (quelques jours 15 jours) ; Permettre une puissance leve, sur un temps court, compatible avec la production

journalire, avec une puissance crte installe faible.

9 Principe de stockage

nergie lectrique Ractions chimiques nergie lectriqueCharge Dcharge

Cycle2 types de batterie sont utiliss dans les applications photovoltaques : Accumulateurs plomb / acide (Pb / Pb SO4) ; Accumulateurs nickel / cadmium (Ni Cd).


16

9 Caractristiques de fonctionnement photovoltaque Dcharge journalire : Dj. Dans le cas de besoins journaliers constants, cette dcharge est

constante. Pour une autonomie du systme compris entre 4 et 8 jours, cette dcharge sera del'ordre de 10 20 % ;

Dcharge profonde : Dp. Il s'agit de la dcharge maximale de l'accumulateur qui n'esttolrable que quelques jours par an (1 3 jours par an).

9 Les accumulateurs plomb/acide (Pb / Pb SO4)Tableau 4 Types de batteries utilisables pour les applications photovoltaques

Type de batteries Capacits Particularits

Batteries formes d'lmentsstationnaires plaque positivetubulaire (2V) et grande rserved'lectrolyte

1 000 3 000 Ah Bien adaptes aux cycles journaliers etsaisonniers rencontrs dans lessystmes photovoltaques

Batteries formes d'lmentsstationnaires plaques planes (2V) etgrande rserve d'lectrolyte

10 3 000 Ah Dure de vie plus courte que lesprcdentes (nombre de cyclesinfrieur)

Batteries plomb tanches sansentretien (2V, 6V et 12 V)

10 500 Ah Ncessitent trs peu de maintenance.

Batteries monobloc drives de labatterie automobile

10 500 Ah Aptitude au cyclage moins leveRserves aux petites installations

Photo 2 - Batterie stationnaire plaquestubulaires (documentation OLDHAM)

Photo 3 - Batterie monobloc (documentationSonnenschein)

Principe de fonctionnementL'lectrode positive est une plaque en plomb renforce par des nervures entre lesquelles sontdisposes des oxydes de plomb. L'lectrode ngative est une plaque de plomb. L'lectrolyte estune solution d'acide sulfurique dont la densit varie en fonction de l'tat de charge de la batterie.


17

tat charg tat dcharg

Plaque positivePb O2 Pb SO4Plaque positivePb O2 Pb SO4

Plaque ngative Pb SO4Pb Plaque ngative Pb SO4Pb

Densit faible

lectrolyte(H2SO4 + H2O)

Densit leve

Densit faible

lectrolyte(H2SO4 + H2O)

Densit leve

Figure 6 - Principe de fonctionnement d'un accumulateur plomb / acide

Tension nominaleLa tension aux bornes d'un lment d'accumulateur au plomb est voisine de 2 V. Sa valeur varieentre 1,7 V et 2,4 V suivant l'tat de charge. La tension nominale des batteries au plomb sera doncun multiple de 2 V (6, 12, 24, 48, ...).Capacit d'un accumulateurLa capacit d'un lment d'accumulateur est la quantit d'lectricit qu'un lment charg peutfournir pendant la priode de dcharge, elle s'exprime en ampres-heures [Ah]. La capacit d'unlment est fonction du rgime de dcharge. Plus un rgime de dcharge est lev et plus lacapacit diminue. Les fabricants daccumulateurs proposent des courbes prsentant la capacit delaccumulateur en fonction du courant de dcharge. Ce courant est indiqu par le rapport C/n, Ctant la capacit de laccumulateur.Un accumulateur de capacit 100 Ah C/100 pourra dlivrer 100 Ah avec un courant de dchargede C/100 soit 1 ampre. Il pourra donc dlivrer 1 ampre pendant une heure. Attention : si lecourant de dcharge est suprieur 1 ampre, la capacit sera infrieure 100 Ah.Conservation de la charge (ou auto-dcharge)C'est la perte de capacit en pourcentage de la capacit nominale lorsque la batterie n'est pasutilise. Pour une batterie en bon tat de fonctionnement, elle ne doit pas tre suprieure 3% parmois.Rendement de charge / dchargeIl s'agit du rendement nergtique (exprim en [Wh/Wh]) ou faradique [Ah/Ah] lors d'un cyclecomplet de charge / dcharge. La valeur moyenne sur une longue priode est d'environ 70%.Aptitude au cyclageC'est le nombre de cycles journaliers de charge / dcharge que peut supporter la batterie avantune perte donne de sa capacit. Les meilleures batteries utilises en photovoltaque (batteriesstationnaires grande rserve d'lectrolyte) ont un nombre de cycles garanti suprieur 3 000pour une profondeur de dcharge journalire de 10% et de 1 500 pour 20% de dchargejournalire avant de perdre 20% de leur capacit.


18

Les batteries moins bien adaptes ont des valeurs typiques de 1 200 et 600 cycles pour cesmmes valeurs de dcharge.La dure de vie maximale des meilleures batteries en usage photovoltaque (environ 10 ans) esttrs infrieure celle des modules. Elles constituent donc un maillon faible dans un systmephotovoltaque. C'est pourquoi leur dfinition, leur protection contre les surcharges et lesdcharges profondes et leur entretien doivent faire l'objet de soins attentifs.

9 Les accumulateurs cadmium / nickel lectrode positive : hydroxyde de nickel lectrode ngative : cadmium lectrolyte : solution de potasse liquide ou gel Raction chimique :

( ) ( )2222 OH Cd OH Ni 2Dcharge

ChargeCd OH 2 HO Ni 2 +

++ ;

Tension nominale : 1,2 V par accumulateur.

Avantages : Inconvnients : Rsistance aux surcharges et aux

dcharges profondes (alors que les batteriesau plomb doivent tre protges contre lesdcharges profondes)

Possibilit de raliser plusieurs centaines decycles sans dtriorer la batterie

Meilleure rsistance aux trs bassestempratures

Pas de rgulateur (intressant pour hautefiabilit et petites puissances)

Tension par lment : 1,2V Mauvais rendement nergtique de charge /

dcharge Cot lev (cot multipli par 5 par rapport

aux accumulateurs au plomb), cependant cecot est acceptable sur les petits systmesdu fait des conomies sur le rgulateur (ex. :lampe photovoltaque)

Risque " d'excursions " de tension en fin decharge s'il n'y a pas de rgulateur de fin decharge car la tension pour une batterie de12 V peut dpasser 18 V (risques ventuelsde dtrioration de certains rcepteurs)

9 Installation des batteriesLes batteries doivent tre places dans un coffre ou dans unlocal technique ddi. Le coffre ou le local doivent tre conuspour rsister lacide et tre ventils pour vacuer lesmissions de gaz. Si les batteries sont installes dans un local,celui-ci doit tre indpendant et de taille suffisante pour lesmanipuler aisment et en toute scurit. Le site choisi doit deprfrence tre labri du rayonnement solaire.

Des rgles de scurit strictes doivent tre observes : il fautprendre garde aux manipulations dlments et dacide, auxinversions de polarit et aux courts-circuits, ne pas fairetomber doutils entre les cosses.

Photo 3 - Local batteries pourune aration de lagunes

Mze (34) - 1 220 [Ah]Photo APEX


19

3.3.3 La rgulation

Son rle : rguler la charge et la dcharge de la batterie. Une surcharge de la batterie plombacide provoque une perte en eau et un vieillissement prmatur des accumulateurs. Une dchargeprofonde entrane la sulfatation des plaques et un vieillissement prmatur des accumulateurs.

20

22

24

26

28

30

32

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 Temps

Tens

ion

batte

rie [V

]

Fin de charge force

Fin de charge normale (Rgulation de charge)

Alarme batterie basseLimitation de dcharge

Fin limitation de dcharge Fin alarme batterie basse

T T

Charge force Mise en service

de la batterie

Cycle normal de charge et de dcharge

Dcharge Alarme

Charge, dcharge et limitation de

dcharge

Charge, fin de limitation et

charge force

Cycle normal de charge et de dcharge

Figure 7 - Fonctionnement type d'un rgulateur5

Les rgulateurs peuvent tre quips dun module de tltransmissions des donnes afin decontrler distance le bon fonctionnement de linstallation.Installation : Le rgulateur, londuleur ventuel pour convertir le courant continu en courantalternatif, le chargeur de batteries ventuel doivent tre implants de prfrence en dehors delenceinte batterie dans un local sec. La longueur maximum du cble batterie/armoire doit treinfrieure 6 mtres. Les cbles dinterconnexion de ces diffrents appareils entre eux ainsi queles arrives des cbles provenant des modules et de la batterie doivent cheminer sous goulottesou tre poss sur des chemins de cbles.

3.3.4 Problmes ventuels

9 FoudreLe rgulateur doit tre protg contre les surtensions transitoires

9 VolCe problme peut tre en partie rsolu en rendant ledmontage difficile : Boulonnerie inaccessible Boulonnerie tte complexe Cadre complet rendu solidaire Rivetage...

5 Ceci est un exemple de rgulation possible, dautres modes de fonctionnement existent.

Figure 7 Exemple devisserie antivol

Doc. Total nergie


20

3.4 Mthode de dimensionnement simple d'un systmephotovoltaque

Principes de base :Rduire les consommations sans rduire le service rendu.

3.4.1 Principales rgles de dimensionnement N'utiliser le gnrateur photovoltaque que pour les usages spcifiques de l'lectricit,

lclairage, les tltransmissions, les pompes Rejeter les applications thermiques de l'lectricit (chauffage, cuisson) Choisir les chanes de puissance les plus courtes : viter si possible les onduleurs Adapter la tension en courant continu, en jouant sur les assemblages de modules :

- 12 V pour Pc < 150 Wc- 24 V pour 150 Wc < Pc < 1000 Wc- 48 V pour Pc > 1000 Wc

Choisir des rcepteurs haut rendement : lampes basse consommation, rfrigrateurs sur-isols

3.4.2 Estimation de la puissance crte ncessaire

Soient : Ej : l'nergie moyenne journalire ncessaire pour le fonctionnement des quipements

courant continu Ei : le rayonnement solaire global journalier reu dans le plan des modules Pc : la puissance crte des modules.9 Formule simplifie

Ei0,6EjPc

= ou PcEi0,6Ej =

Avec : Ej en [Wh / jour]Ei en [kWh / m / j]Pc en [Wc]

Cette formule est utilisable pour un gnrateur photovoltaque fonctionnant sur batteries. Pour unusage au fil du soleil , sans batteries, le coefficient 0,6 doit tre remplac par 0,75.Quand l'installation doit fonctionner toute l'anne ou en hiver seulement :L'inclinaison du panneau photovoltaque sera de 60 sur l'horizontale en mtropole. L'installationest dimensionne sur le mois de dcembre.Quand l'installation est prvue pour fonctionner en t :L'inclinaison du panneau photovoltaque sera de 30 sur l'horizontale en mtropole. L'installationest dimensionne sur le mois de mai.


21

9 Rayonnement solaire globalLes valeurs de l'nergie incidente en France pour le mois de mai et de dcembre sont donnes ci-aprs.

Lille

Arras

Amiens

BeauvaisRouen

Caen

St-LAlenon

RennesSt Brieuc

QuimperVannes

Nantes

La RocheSur Yon

La Rochelle

NiortPoitiers

Bordeaux

Montde Marsan

Bayonne

PauTarbes

Foix

Toulouse

Evreux

ChartresLaval

Le Mans

AngersTours

Blois

Orlans

Paris

Troyes

Auxerre

Chlons

Laon

Chaumont

CharlevilleMzires

Bar le Duc

Metz

Nancy Strasbourg

pinal

Colmar

BelfortVesoul

BesanonDijonNeversBourges

Chteauroux MconLons

le SaunierMoulins

GuretLimogesAngoulme

Prigueux

Agen

Auch

MontaubanAlbi

Carcassone

Perpignan

Montpellier

Rodez

Aurillac

Tulle

Cahors

Clermont

Ferrand

Le Puy

Mende

Nimes

Privas

St tienneLyon

Bourg en Bresse

Annecy

ChambryGrenoble

Valence Gap

DigneAvignon

Marseille

Toulon

Nice

Bastia

Ajaccio

1,0

1,2

1,4

1,6

1,8

2,0

2,2

2,42,6 3,0

3,2

3,4 3,6 2,8

3,03,2

Figure 8 -Rayonnement solaireglobal reu par unplan inclin de 60 surl'horizontale - Orientau sud - nergiemoyenne quotidienne[kWh/m. jour] - Moisde dcembre - D'aprsl'Atlas Europen durayonnement solaire

Lille

Arras

Amiens

BeauvaisRouen

CaenSt-L

Alenon

RennesSt Brieuc

Quimper Vannes

Nantes

La RocheSur Yon

La Rochelle

NiortPoitiers

Bordeaux

Montde Marsan

Bayonne

PauTarbes

Foix

Toulouse

Evreux

ChartresLaval

Le Mans

AngersTours

Blois

Orlans

Paris

Troyes

Auxerre

Chlons

Laon

Chaumont

CharlevilleMzires

Bar le Duc

Metz

Nancy Strasbourg

pinal

Colmar

BelfortVesoul


Chteauroux MconLons

le SaunierMoulins

GuretLimogesAngoulme

Prigueux

Agen

Auch

MontaubanAlbi

Carcassone

Perpignan

Montpellier

Rodez

Aurillac

Tulle

Cahors

Clermont

Ferrand

Le Puy

Mende

Nimes

Privas

St tienneLyon

Bourg en Bresse

Annecy

ChambryGrenoble

Valence Gap

DigneAvignon

Marseille

Toulon

Nice

Bastia

Ajaccio

4,8

5,0

5,2

5,4

5,8

6,0

6,2

6,2

6,4

5,85,6

5,8

6,2

4,8

5,6

5,4

5,2

6,6

Figure 9 -Rayonnement solaireglobal reu par unplan inclin de 30 surl'horizontale - Orientau sud - nergiemoyenne quotidienne[kWh/m. jour] - Moisde mai - D'aprsl'Atlas Europen durayonnement solaire


22

9 Estimation de la capacit de stockage (mthode simplifie) Nombre de jours d'autonomie (Nj) : variera selon le lieu gographique et l'application de 4 jours

1 mois Capacit utile : consommation moyenne x nombre de jours d'autonomie Capacit relle : capacit utile / Dp (Dp : pourcentage de dcharge profonde entre 70 et 80 %).Il faut s'assurer que la dcharge journalire (Dj) est de lordre de 10 20% soit au minimum Nj = 5jours.

[ ]Dp

EjNjWh relle C = [ ]VDpEjNjAh relle C

=

Avec V : tension aux bornes de la batterieIl faut choisir la batterie de capacit nominale immdiatement suprieure, avec un courant dedcharge adapt aux besoins.

Lille

Arras

Amiens

BeauvaisRouen

CaenSt-L

Alenon

Rennes

St Brieuc

Quimper Vannes

Nantes

La RocheSur Yon

La Rochelle

NiortPoitiers

Bordeaux

Montde Marsan

Bayonne

PauTarbes

Foix

Toulouse

Evreux

ChartresLaval

Le Mans

AngersTours

Blois

Orlans

Paris

Troyes

Auxerre

Chlons

Laon

Chaumont

CharlevilleMzires

Bar le Duc Metz

Nancy Strasbourg

pinal

Colmar

BelfortVesoul


Chteauroux MconLons

le SaunierMoulins

Guret

Limoges

Angoulme

Prigueux

Agen

Auch

MontaubanAlbi

Carcassone

Perpignan

Montpellier

Rodez

Aurillac

Tulle

Cahors

Clermont

Ferrand

Le Puy

Mende

Nimes

Privas

St tienneLyon

Bourg Annecy

ChambryGrenoble

Valence Gap

DigneAvignon

Marseille

Toulon

Nice

Bastia

Ajaccio

8

7

7

6

5

4

44

5

5

5

6

6

6

7

3,9

Figure 10 - Nombre de jours conscutifs o la dure d'insolation a t infrieure une heure -Nombre minimal de jours des squences se produisant en moyenne 3 fois par an - D'aprs legisement solaire en France - Direction de la Mtorologie - Dcembre 1980

3.4.3 Comparaison avec les sources d'nergie concurrentes

9 Comptitivit du gnrateur photovoltaque par rapport au rseau EDFCot du raccordement au rseau (source EDF - Donnes 1er mai 2002)Il s'agit du ticket bleu pour des puissances infrieures ou gales 18 kW6. 747 EUR ht si la distance au rseau est infrieure 30 m ; 6 Pour une puissance suprieure 18 kW et infrieure 36 kW, le principe reste le mme. Le cot du premier seuil (distance infrieure 30 mtres) est port 1 006,16 EUR, les autres cots restent inchangs.


23

15,09 EUR ht / m rajouter jusqu' 200 m ; 30,16 EUR ht / m rajouter au del et jusqu' 700 m.Pour une distance L suprieure 700 mtres, le montant du ticket est compar au cot rel destravaux de raccordement. La participation demande au client correspond au montant le plusfaible.Ces cots ne sont pas les cots de revient rels mais des cots forfaitaires quelle que soit la zone(plaine, montagne, centre ville). Il n'y a pas de surcot pour les transformateurs et les autresquipements annexes.

9 Domaine de rentabilit de l'lectricit photovoltaque par rapport au rseau EDF

2000

30 100 200 300 400 500 1000 1500Distance au rseau (m)

Investissement(k EUR)

Tlmesure / tlgestion

Motorisation de vannes

Strilisation UV

Pompageen montagne

Puissance crteWc

50

100

200

300

400

7001000

1500

Chloration

Aration de lagunes

Toilettes sches

108

216

432

648

864

15122160

3240

4320

Consommation journalireWh/jour

2

4

8

12

16

17,525

37,5

40

Zone favorable lnergie photovoltaque

2000

250050

2000

30 100 200 300 400 500 1000 1500Distance au rseau (m)

Investissement(k EUR)

Tlmesure / tlgestion

Motorisation de vannes

Strilisation UV

Pompageen montagne

Puissance crteWc

50

100

200

300

400

7001000

1500

Chloration

Aration de lagunes

Toilettes sches

108

216

432

648

864

15122160

3240

4320

Consommation journalireWh/jour

2

4

8

12

16

17,525

37,5

40

Zone favorable lnergie photovoltaque

2000

250050

Figure 11 - Domaine de rentabilit de l'lectricit photovoltaque par rapport au rseau EDF 7

La figure 11 prcise, en fonction de la taille de linstallation photovoltaque envisage, la distanceentre le site et le rseau partir de laquelle une installation photovoltaque devient envisageableavec un cot dinvestissement infrieur celui du cot du raccordement au rseau.

Exemple : une installation de chloration ncessiterait un gnrateur photovoltaque de 150 Wc. Sicette installation est situe 400 mtres du rseau, son raccordement reprsenterait un cotsuprieur celui dun gnrateur photovoltaque.

7 Hypothses utilises :

Cot dinvestissement de linstallation photovoltaque : 40 EUR ht/Wc jusqu 400 Wc, 25 EUR ht/Wc jusqu 1 500 Wc, 20 EUR ht/Wcau-del.

Consommation journalire : base sur un rayonnement de 3,6 kWh / j / m (midi de la France en dcembre). L'nergie est calcule parla formule Ej = 0,6 x Ei x Pc


24

9 Analyse conomique comparativeLa comparaison conomique entre diverses solutions nergtiques ne doit pas se faire sur le seulposte d'investissement mais il est ncessaire de calculer un cot annuel de fonctionnement.Cot total annuel = cot actualis d'amortissement + cot de fonctionnement

Tableau 5 Postes de dpense prendre en compte pour une comparaison conomique dessolutions nergtiques

Gnrateurphotovoltaque Rseau EDF

Groupelectrogne Piles alcalines

A

Gnrateur

Transport

Gnie civil

Montage

Onduleur ventuel

Raccordement EDF

Taxe deraccordement

Protection foudre

Gnie civil

Montage

Cuve

Cot initial

Montage

B Groupe

Postesdinvestissement

C Batteries Batteries de secours Batteries

Investissement total A + C A + C A+ B + C A

D A sur 15 ans A sur 20 ans A sur 15 ans

E B sur 5 000heures

Amortissementannuel actualisselon un tauxdintrt et fonctionde la dure de viedes lments F C sur 5 ans C sur 5 ans C sur 5 ans

Amortissement totalannuel D + F D + F D + E + F

Cot defonctionnementannuel

G Entretien (1 2visites par an)Abonnement

Consommation

Carburant

Transport

Entretien dugroupe

Pices et mainduvre

Changement despiles N fois par an

Cot annuel total D + F + G D + F + G D+ E+ F + G N x A

3.5 Qualit d'installation, Entretien, Garantie, Assurances

3.5.1 Qualit d'installation

Pour linstallation dun gnrateur photovoltaque, des spcifications techniques sont donnesdans un guide issu d'une collaboration entre EDF, l'ADEME et la profession en 1997 : Directivesgnrales pour l'utilisation des nergies renouvelables dans l'lectrification rurale dcentralise .Ce document s'adresse tous les intervenants du secteur, matres d'ouvrage, matres d'uvre,constructeurs, installateurs, exploitants et agents de maintenance.Ces directives ont pour objectif d'tre un guide depuis l'identification du besoin nergtique satisfaire jusqu l'identification des produits techniquement les mieux adapts dans le respect descontraintes conomiques. Elles constituent une aide pour : Choisir un systme d'lectrification rurale dcentralise adapt au site quiper


25

Spcifier un systme pour un site donn Prparer l'exploitation et la maintenance d'un systme d'lectrification rurale dcentralise

3.5.2 L'entretien

Afin de prvenir tout dfaut sur un gnrateur solaire photovoltaque, il est ncessaire d'inspecter,au moins une fois par an, l'ensemble des composants le constituant.

Composants Actions de maintenanceLes modulessolaires

Nettoyage ( l'eau claire) de la face avant lagage des buissons ou arbres pouvant faire de l'ombre sur les modules Resserrage ventuel des visseries ventuellement, une mesure du courant de court circuit par modules

permet de contrler lhomognit des performances des modules et dedtecter dventuels modules dfaillants

Le cblage Vrification de l'tanchit des botes de connexion et de jonction Nettoyage des contacts en cas d'oxydation des cosses au niveau de la

bote de connexion

La rgulation Contrle des fusiblesLes batteriesd'accumulateurs

Contrle visuel : niveau d'lectrolyte, nettoyage des connexions desaccumulateurs

Contrle de l'tat de charge l'aide d'un pse-acide Recharge priodique d'galisation

3.5.3 Scurit

Il ne faut pas oublier qu'il s'agit d'une application lectrique. Il faut donc, durant toutes lesoprations d'entretien, dconnecter les sources de courant (couverture de modules avec matriauopaque, dconnexion des batteries...)

3.5.4 Suivis et contrle des installations

Des systmes de suivis des installations se dveloppent. Il s'agit de systmes d'acquisition dedonnes et de tltransmissions par liaison tlphonique ou radio. Ces produits permettent demieux suivre les installations et de dtecter facilement les pannes ventuelles. Ils contribuent simplifier la maintenance et amliorer le service rendu mais aussi mieux connatre lefonctionnement sur site des installations.

3.5.5 Garanties des matriels entrant dans les installations photovoltaques

quipement Dure de garantie

Modules 5 ans pour la tenue mcanique des modules 10 ans ou plus pour la puissance lectrique fournie Chaque fabricant a sa propre dure de garantie lie ses conditions

Batteries,Rgulateur,Onduleur,Convertisseur

2 ans


26

3.5.6 Assurances du matriel

L'assurance de l'installation dpendra beaucoup des compagnies d'assurances et des contrats.Les risques couverts pourront tre : Bris de glace (certaines compagnies le couvrent, d'autres n'assurent que portes et fentres

verticales mais pas les vitres inclines) Grle Poids de la neige Tempte Incendie Chute directe de la foudre sur les panneaux (couvert chez certaines compagnies) Dommages lectriques dus la foudre pour l'installation intrieure Vol des lments extrieurs et vandalisme (couvert chez certaines compagnies)

3.5.7 Sources de financement envisageables pour les installationsphotovoltaques

9 Soutien financier en zone dlectrification ruraleLe FACE (Fonds damortissement des charges dlectrification) peut participer au financement desinstallations qui rpondent aux critres suivants : Rsidence principale, soutien dune activit conomique, intrt public manifeste, etc. Intrt conomique par rapport la solution dextension ou de renforcement des lignes

lectriques existantes.Laide du FACE reprsente, en 2003, 65 % du montant du projet. Des systmes daidescomplmentaires existent (rcupration de TVA, subventions de lADEME). Le bnficiaire delinstallation participe au minimum 5 % du montant des travaux.Le futur bnficiaire doit formuler sa demande de financement auprs de sa mairie. Lesdlgations rgionales de lADEME peuvent laider dans sa dmarche.En cas daccord de financement par le FACE, le syndicat dlectrification du lieu a la fonction dematre douvrage. La ralisation des travaux est conforme la procdure des marchs publics. Lesyndicat dlectrification dsigne un matre duvre indpendant charg des appels doffre et dusuivi des travaux. Linstallation est prise en concession par EDF pour son exploitation. Lebnficiaire de linstallation lui verse une somme forfaitaire fonction de la quantit moyennednergie dlivre.

9 Soutien financier en zone dlectrification dite de rgime urbain En zone dlectrification dite de rgime urbain , EDF et lADEME ont mis en place uneprocdure de financement des installations. Les critres de choix sont les mmes quen zonedlectrification rurale.EDF et lADEME participent au financement hauteur de 35 % chacun du montant des travaux.Des systmes daides complmentaires peuvent sappliquer. En gnral, le montant total dessubventions en rgime urbain est de lordre de 70 95 %.Lusager doit formuler sa demande daide EDF. EDF assure alors la matrise douvrage et secharge des diffrentes dmarches. Aprs rception des travaux, linstallation est prise enconcession par EDF pour son exploitation dans les mmes conditions quen zone dlectrificationrurale.

9 Soutien financier dans lenvironnement btiDes systmes daides existent aussi pour les installations intgres au btiment et raccordes aurseau. Ces systmes ne sappliquent pas lobjet de cette brochure et ne sont pas dtaills ici.


27

CHAPITRE 4 - ALIMENTATION EN EAUPOTABLE DES ZONES RURALES

Les sites concerns ici sont des sites isols, cest dire non raccords au rseau

Les besoins des zones rurales en matire dalimentation en eau potable sont divers : Pompage : pour acheminer une eau potable au site de consommation, ou une eau non potable

au site de traitement Le traitement de leau : par chloration ou rayonnement ultraviolet La tlgestion, tlmesure,

Figure 12 Alimentation dune installation de pompage Estive de Bergons (Hautes Pyrnes) Photo APEX BP SOLAR


28

POMPAGE

PRESENTATION

Sous le terme gnral pompage, diffrentes applications sont regroupes. Les diffrences entreles types de pompage photovoltaque rsident dans la source do provient leau (rivire, puits,forage) et dans le mode de fonctionnement de linstallation (sur batteries ou au fil du soleil).

Slection de la pompe :

1 - Pompe aspirante

2 - Pompe flottante

Moteur immerg ou

merg

Rservoir

Moteur immerg

Canalisation

Rservoir

Moteur immerg

Canalisation

Pompe immerge / pompe de forage Pompes de surface

Utilisation : bassins, tangs, cours deau, puits peu profond (inf. 7 mtres)

Utilisation : puits, forage

Les pompes peuvent tre volumtriques ou centrifuges. Les pompes volumtriques sont rservesaux applications faible dbit et grande hauteur.

Modes de fonctionnement

Dbit

Heure

Fonctionnement sur batteries

Ensoleillement

Heure

Fonctionnement au fil du soleil

Dbit

Heure

Ensoleillement

Heure


29

Lorsquun stockage de leau est possible, linstallation de pompage photovoltaque peutfonctionner au fil du soleil. Le gnrateur photovoltaque ne ncessite pas alors de stockagednergie sur batteries daccumulateurs.Cette option permet de limiter le cot de linstallation. Le pompage au fil du soleil n'est pas adaptaux rgimes particuliers (applications domestiques dbit faible, applications particulires avecune hauteur manomtrique totale (HMT) leve,). Dans ces cas, le pompage sur batterie seraprfr.

Conversion de lnergieLes installations de grandes tailles utilisent en gnral des pompes centrifuges alimentes encourant alternatif triphas. Ce courant est obtenu par l'intermdiaire d'un onduleur frquencevariable en fonction de l'ensoleillement. L'onduleur impose alors une tension de fonctionnement augnrateur photovoltaque qui correspond au maximum de puissance.

DIMENSIONNEMENT DU GENERATEUR

nergie ncessaire au pompage : lnergie quotidienne fournir Ej [Wh/jour] pour pomper Q m

deau par jour une HMT moyenne de H mtres est de : rH x Q x 725,2

=Ej (r est le rendement

du systme de pompage, en gnral r est compris entre 50 et 60 %). Compte tenu de cerendement, 1 wattheure fourni la pompe permet de pomper environ 200 litres deau pour unehauteur manomtrique totale (HMT) gale 1 mtre.

Puissance crte installer :Cette puissance crte est calcule en utilisant les formules de dimensionnement en page 20.Exemples de dimensionnement :La socit GRUNDFOSS a dvelopp un systme de pompe immerge adapt une alimentationpar modules photovoltaques. Quelques exemples de performances sont donns ici(fonctionnement au fil du soleil, ensoleillement de 6 kWh/m.jour) :

Hauteur [mtres] 20 50 20Dbit [m/jour] 15 15 30Puissance crte [Wc] 400 900 900

EXEMPLES DE COUTS

Une pompe immerge SHURFLO 120 W / 24 V pouvant fonctionner au fil du soleil et assurant undbit de 440 l/h pour une hauteur de 70 mtres cote environ 700 euros ht. Ladaptateurdimpdance adapt cote environ 150 euros. Divers oprateurs de la filire photovoltaque (Totalnergie, APEX BP Solar, nergies nouvelles Entreprise) proposent des kits de pompagesolaire : pompe + modules + adaptateur dimpdance.Exemples dinstallations : Pompage au fil du soleil Larrau (Pyrnes Atlantiques) ralise en 1999.

- Puissance crte : 3 800 Wc- Priode de fonctionnement : t- Puissance de la pompe : 4 kVA- Caractristiques : HMT 140 mtres, Dbit 15 m / jour- Cot de linstallation : 95 000 EUR ht.


30

Alimentation dun rservoir de desserte deau pour le village de Desges (Haute Loire)

Besoins : 13 m/jourPuissance crte : 1 kWcFonctionnement sur batteries : 600 Ah en C100Date de mise en service : 1996

Photo Transnergie

Stations mobiles de pompage dansla plaine de La Crau (Bouches duRhne)

quipement de 25 bergeries avec despompes volumtriques installes sur desremorques mobilesFonctionnement tPuissance crte : 100 Wcquipement dvelopp par la socitAPEX BP SOLAR.

MAINTENANCE

La maintenance des motopompes comprend les points suivants : Nettoyage de la vgtation ventuelle autour de la pompe Pompes immerges : la maintenance est quasiment nulle. Un contrle de l'tat de la pompe

permet de dtecter la ncessit de la dmonter pour procder un nettoyage ou unervision.

Pompe flottante : contrle du bon coulissement sur le support Pompe volumtrique : contrle du niveau d'huile Vrification de fonctionnement : mesures de dbit en fonction de l'ensoleillement et

comparaison avec les mesures effectues lors de la mise en route

ACTEURS :

Spcialiste pompage solaire : APEX BP SOLAR, TOTAL ENERGIE, VERGNETFabricants de pompes : GRUNDFOSS (pompes immerges courant alternatif), SHURFLO(pompes courant continu)


31

CHLORATION

PRESENTATION

La potabilisation des eaux en zone rurale passe souvent par la chloration. Elle seffectue pardosage dhypochlorite de sodium ( eau de Javel ) ou par hydrojection de chlore gazeux. Lapremire application ncessite lemploi dune pompe doseuse, la deuxime la prsence dunelectrovanne. Dans les deux cas, les besoins nergtiques sont faibles. La solution photovoltaquepeut savrer rentable pour de nombreuses applications isoles.La chloration possde un avantage majeur : elle a un effet rmanent. La quantit de chlore injecter est dtermine par un professionnel en fonction de la qualit de leau brute. Le but de cedosage est de conserver un taux de chlore libre rsiduel suffisant l'aval du traitement. L'injectiondoit se faire au niveau du rservoir pour que le chlore ait le temps de ragir.Point important : le chlore nest efficace que dans une eau dont le pH est compris entre 6,5 et 8.Lexpertise dun professionnel est ncessaire pour dterminer le traitement adapt.

Stockagedeau de javel

Pompe doseuse

Compteur impulsion

Eau brute

Eau brute

Groupesurpresseur

HydrojecteurBouteille dechlore gazeux

Chloromtre

Eauchlore

Bassin de contact

Eau traite

Dsinfection auchlore gazeux

Dsinfection leau de javel

Figure 13 Schma de principe : dsinfection au chlore gazeux et dsinfection leau de javel

Injection de chlore gazeux :Le chlore gazeux prsente les avantages suivants

Meilleure efficacit de la chloration : il sagit dun mlange homogne instantanment efficacepour la destruction des germes. Tout le chlore inject est transform en chlore libre actif,contre seulement 50% pour la solution dhypochlorite de sodium

Stockage rduit : le produit est concentr et se conserve bien

Cot de fonctionnement : la chloration par chlore gazeux cote deux fois moins cher que pareau de Javel

Le chlore gazeux est livr et stock sous forme liqufie dans des bouteilles sous pression. Parconnexion sur la bouteille, le chlore gazeux est soutir pour tre mlang grce un hydrojecteur


32

une eau de service, ce qui permet la production d'eau chlore. Dans cette phase, des conditionsminimales de pression deau sont ncessaires. Un surpresseur permet de remonter cette pression.Leau chlore est ensuite injecte dans le bassin de contact (voir Figure 13).Cette solution est rserve des dbits relativement importants : 150 500 m3/j. En zone rurale,les pompes doseuses de chlore sont la solution la plus frquente.Conversion de lnergieLes pompes doseuses habituellement utilises existent en version courant continu.

DIMENSIONNEMENT DU GENERATEUR



Pompe doseuse

Chlore


Figure 14 Schma de principe dune installation de chloration par pompe doseuse de chlore

Pour une installation en zone rurale avec des dbits deau traits limits (quelques m par heureen pointe), les besoins nergtiques sont faibles. La puissance nominale dune pompe doseuseest de lordre de 20 watts en priode de fonctionnement et 1 ou 2 Watts en priode de veille. Puissance crte du gnrateur : environ 100 Wc Capacits des batteries : de lordre de 100 Ah en C/100 Attention : si le gnrateur doit alimenter dautres quipements tels que des alarmes de

dysfonctionnement ou des tl-contrles, ces quipements doivent videmment tre pris encompte dans le dimensionnement

Avec du chlore gazeux : le chloromtre et llectrovanne ne consomme que quelques watts.Cependant, si un surpresseur est ncessaire, la puissance crte du gnrateur photovoltaquesera nettement plus importante (cf. page 41).

COUTS

Pompe doseuse PERMO GENIUS 6 C 1 195 EUR htCanne dinjection 185 EUR htCompteur deau metteur dimpulsions + botierdasservissement 700 EUR ht

Cot dinstallation Suivant le siteModules 100 Wc + batteries + rgulateur 1 500 EUR ht

Total A partir de3 600 EUR ht

Systme de chloration par eau de javel de marque CIFEC Environ 3 500 EUR htSystme de chloration par chlore gazeux de marque CIFEC Environ 5 500 EUR ht


33

EXEMPLES Ville de Saint Ferrol des Cotes (Puy deDme) : alimentation dune pompe doseuseafin de traiter leau de 2 rservoirs.

Besoins nergtiques : 120 Wh / jour

Puissance crte installe : 100 WcAccumulateurs : 140 AhTension : 24 V

Ville de Cuiry les Iviers (Aisne) : Alimentation dun rservoirLinstallation alimente la chambre des vannes, la pompe doseuse de chlore, et la tlgestion delinstallation.Puissance crte : 1 kWcMise en service : 2002Cot du gnrateur photovoltaque : environ 10 000 EUR ht.

MAINTENANCE Leau de javel peut dgazer. Elle ne doit pas tre stocke plus de 6 mois. La solution

dsinfectante ne doit pas tre prpare pour une dure suprieure 15 jours. Le chloregazeux conserve, lui, son efficacit.

Si l'eau traite est calcaire, lhypochlorite de soude peut prcipiter. Le point dinjection doitdonc tre nettoy frquemment.

Dsinfection par chlore gazeux. Le chlore gazeux tant un gaz toxique, sa mise en uvre et samaintenance doivent respecter la lgislation en vigueur. La maintenance est peu contraignante etfacilement ralisable. Frquemment : contrle rapide du fonctionnement A chaque changement de bouteille : renouvellement du joint d'tanchit en plomb et du filtre

chlore, contrle de ltanchit Priodiquement : vrification pousse de l'tat des diffrents composants : hydrojecteur,

chloromtre (joints interne, dbitmtre...), inverseur automatique de bouteilleDsinfection par hypochlorite de sodium. Lhypochlorite de sodium tant un produit irritant pourles tissus humains, il est recommand dutiliser des gants et lunettes de protection lors desmanipulations Une fois par jour : contrle du fonctionnement (installation ventuelle dune tltransmission) Une fois par trimestre : nettoyage de l'appareillage (crpine, tuyaux, clapets...), contrle visuel

des quipements En cas dentartrage, linstallation sera rince avant puis aprs nettoyage lacide chlorhydrique

dilu


34

UNE AUTRE SOLUTION : LELECTROCHLORATION

Il sagit dune lectrolyse deleau sale. Cettelectrolyse produitlhypochlorite de sodium quisert ensuite ladsinfection de leau.

Cette lectrolyse estralise dans la cellule deproduction.

Lintrt de cette solutionrside dans lutilisation desels dorigine alimentairecomme sourcedhypochlorite de sodium :la maintenance est doncfacilite.

Dimensionnement : Traitement de 40 m/jour 0,5 ppm :

- Consommation journalire : 500 Wh en 220 V- Ncessit dun onduleur- Puissance crte : 250 Wc dans le sud de la France- Capacit du parc batteries : 150 Ah en 24 V- Autonomie en sel : Avec un bac de 100 litres de saumure lautonomie atteint 85 jours avec

34 kg de charge de sel Cot :

- pour une capacit de 25 g/heure 100 g/heure, le cot varie entre 25 500 et 33 000 EURht (source CIFEC),

- pour une capacit adapte une commune de 50 habitants, le cot serait denviron 6 000EUR ht (source ENGREF - cole nationale du gnie rural, des eaux et des forts)

ACTEURS :

Fabricants de pompes doseuses : PROMINENT (pompes doseuses en courant continu), PERMO,LEWA (pompes doseuses en courant alternatif), CIFEC, HYDRO SYSTEMES, ALLDOSChlore gazeux : ALLDOS, CIFEClectrochloration : CIFEC, AEP

Figure 14 Schma de principe de llectrochloration

Bac deproduction

Pompedoseuse

Hypochloritede sodium

Compteur impulsion

Eau brute

Bassin de contact

Eau traiteHypochloritede sodium

SEL

Pompe doseusede saumure

Bac desaumure

Cellule de production

Appointd eau

Appointd eau


35

STERILISATION PAR RAYONS ULTRAVIOLETS

PRESENTATION

La strilisation des eaux potables par rayon ultraviolet est connue et utilise depuis longtemps.Aujourd'hui, les gnrateurs UV sont au point et permettent une efficacit parfaite pour uneconsommation d'nergie relativement faible. Cette technique est particulirement adapte autraitement des faibles dbits. Une trop grande turbidit de leau peut limiter lefficacit de ce modede traitement. Il faut donc prvoir un systme de filtration. La prsence de fer dans l'eau peut aussinuire aux performances du systme.Contrairement la dsinfection par le chlore et ses drivs, la strilisation par rayons UV na pasdeffet rmanent. La qualit microbiologique de leau peut donc se dgrader en aval du traitementsur le rseau de distribution. Le rseau doit donc tre maintenu en excellent tat par un entretienrgulier.



Lampe UVRgulation charge / dcharge

Figure 15 - Installation de strilisation par rayons UV alimente par panneaux photovoltaques

Gestion de lnergieDes lampes UV fonctionnent en courant continu.Selon la gestion du fonctionnement du strilisateur, l'nergie consomme sera plus ou moinsleve. Le mode de fonctionnement peut tre : Fonctionnement 24 h / 24 : cest le mode de fonctionnement le plus courant, mais il implique

des consommations dnergie importantes Fonctionnement au fil de l'eau : la mise en route du strilisateur est commande par la

demande d'eau. Cependant les lampes UV ont besoin dun temps de prchauffage avantdavoir un effet strilisateur. Le soutirage de leau ne pourra donc pas tre immdiat

Stockage d'eau strileDans les sites isols, la quantit d'eau consomme est souvent faible (quelques m / j) mais il estdlicat de fonctionner au fil de l'eau en raison du temps de chauffe ncessaire pour la lampe.Les gnrateurs ultraviolets peuvent traiter des dbits d'eau allant de 300 l/h 40 m/h. lapuissance de la lampe UV varie en fonction du dbit de pointe traiter.Exemple : lampe UV type A de WEDECO

Dbit max trait [m/h] 5,7 10,4 16,3Puissance [W] 115 140 230


36

Compte tenu des puissances des auxiliaires, les consommations dnergie peuvent devenirimportantes et rendre non rentable linstallation de modules photovoltaques. En travaillant sur largulation du systme, une diminution des consommations est possible.Exemple de ralisation : site de Valavoire (Alpes de Haute Provence)Ce systme a t dvelopp dans le cadre dun projet financ en partie par la CommissionEuropenne et coordonn par le COSTIC.Sur cette installation, les consommations dnergie de la lampe UV et du circulateur ont tcalcules de manire limiter les consommations afin de pouvoir fonctionner avec des modulesphotovoltaques. La conception du systme et de la rgulation a permis de diviser par un facteur 5 8 les consommations dnergie.Caractristiques de linstallation de Valavoire : Consommation deau : 9 m/jour (50 habitants) Dbit de traitement : 5 m/heure Rservoir de stockage : de la consommation

journalire. Le but est de limiter le temps defonctionnement et le nombre dallumages de lalampe.

Consommation lectrique journalire : 660 Wh(210 pour la lampe UV, 330 pour le circulateur et120 pour la rgulation du systme)

Caractristiques du gnrateur photovoltaque :330 Wc, 500 Ah, 24 V.

Cots approximatifs de lopration : Chane de traitement : 11 800 euros ht Gnrateur photovoltaque : 7 700 euros ht Total : 19 500 EUR ht (matriel et installation).

MAINTENANCE

Les lampes UV ont une dure de vie de 7 8 000 heures soit environ 1 an. Le prix de la lampe remplacer annuellement est compris entre 75 et 250 euros ht. Il est ncessaire de nettoyer lagaine quartz de la lampe UV deux fois par an. Cette action ne ncessite pas de comptencestechniques particulires.La lampe UV ne fonctionne correctement que si leau est suffisamment claire. Avec une eauturbide, il est ncessaire de prvoir une filtration en amont de la lampe UV. Dans ce cas, lamaintenance de linstallation doit inclure le nettoyage ou le remplacement de la cartouche du filtre.

ACTEURS

Strilisateurs UV : WEDECO, RER, UV GERMI, SIBILLE LECTRONIQUE

Figure 15 Local technique Valavoire


37

ELECTROVANNE

PRESENTATION

Les lectrovannes (vannes commandes par un servomoteur lectrique) sont par exempleutilises pour le remplissage de rservoirs ou comme organes de scurit (vannes desectionnement permettant de couper le dbit lorsquune alarme se dclenche). Les puissanceslectriques appeles par ces organes sont faibles et le temps rel de fonctionnement est trscourt. Llectricit photovoltaque est donc particulirement adapte ce type dapplication enmilieu isol.

GESTION DE LENERGIE DIMENSIONNEMENT

Les servomoteurs des vannes sont gnralement en courant continu. Il nest pas ncessaire deprvoir un onduleur.Les puissances des servomoteurs sont de lordre de quelques watts jusqu quelques dizaines dewatts. Les vannes utilises dans le secteur de ladduction deau sont gnralement des vannestout ou rien. Les temps de course nexcdent pas gnralement 10 secondes. Les consommationsdnergie reprsenteront donc moins dun wattheure par couse. Le dimensionnement dpend desbesoins rellement exprims sur linstallation.Point particulier : Sur des installations o des organes de scurit sont aliments, il peut trencessaire daugmenter la dure de lautonomie de linstallation lors du dimensionnement.Exemple : Gnrateur photovoltaque de 1 500 Wc en 48 V devant fournir 2 000 Wh/jour.Avec un nombre de jour dautonomie gal 5, le parc daccumulateur devrait tre de 300 Ah. Silautonomie est renforce et passe 12 jours afin daccrotre la scurit dapprovisionnement, leparc daccumulateur devra augmenter proportionnellement 720 Ah.

EXEMPLE

Motorisation de vannes sur un rseaude collecte et de traitement des eauxuses pour le syndicat intercommunaldu bassin dArcachon (SIBA). Ungnrateur photovoltaque a timplant qui alimente des moteurs devannes de puissances comprises entre8 et 40 W, ainsi que des capteurs deniveau, et des organes de rgulation. Besoins : 1 998 Wh/jour Puissance crte : 1750 Wc Accumulateurs : 620 Ah 48 V Cot du gnrateur photovoltaque : 32 500 EUR ht

ACTEURS

Tous les fabricants de vannes hydrauliques servomoteur.

Figure 15 Gnrateur photovoltaque du SIBA Photo ADEME


38

TELEMESURE

PRESENTATION

Sous le terme tlmesure , de multiples applications sont regroupes : Mesure de dbit (eau potable ou eaux uses), surveillance et asservissement de rservoirs

d'eau potable Mesure de niveau (eau potable ou eaux uses), surveillance et asservissement de station de

pompage ou de reprise Surveillance de postes de relvement et de stations d'puration Taux de rsidus chlors Commande d'quipements d'irrigation pour l'agriculture Tlcommande dappareillage

CONSOMMATION

Champ de modulesphotovoltaques Batteries

de stockage

Organe de contrle /

commande

Tlcommunication

Mesures diverses


Figure 16 Schma de principe dune installation de tlmesure alimente par modulesphotovoltaIques

Tous les quipements utiliss peuvent tre aliments directement en courant continu. Linstallationpeut ne servir que comme dtection et report dinformations ou dalarmes, ou alimenter aussi despompes ou des lectrovannes en fonction des paramtres mesurs.De nombreuses applications existent. Actuellement, ces applications sont soit alimentes par lerseau lectrique lorsque cest possible, soit alimentes par des batteries qui doivent trerecharges priodiquement. Linstallation dun gnrateur photovoltaque de quelques watts-crtepermet de saffranchir de cette visite de contrle et de recharge ou de remplacement des batteries.Quelques exemples dapplications :Au chapitre 1, de nombreuses installations sur des rservoirs deau potable sont recenses. Lessyndicats intercommunaux d'adduction d'eau potable pilotent, par exemple, leurs stations depompage en fonction du niveau des rservoirs. Ces rservoirs sont situs sur des points hauts,parfois loin du rseau EDF. Les dispositifs de mesure de niveau sont trs peu consommateursd'nergie. La consommation dnergie est essentiellement due aux tltransmissionsdinformations. Pour tous les exemples ci-aprs, les consommations sont de lordre de quelqueswattheures par jour. Tlmesures des niveaux et dbits par capteur de pression


39

Tlmesure de niveaux ou de dbits par injection dair. Alimentation dune micro-pompe moteur continu et du module de tlcommunication

Tlmesure des niveaux et dbits de cours deau par flotteur (limnimtres) Tlmesure des niveaux et dbits de cours deau par limnimtres bulle bulle Tlmesure de dbits par capteurs effet Doppler Tlmesure de la qualit des eaux (co

Documents

fndae12