Sujet du Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable 2024 · Métropole remplacement - Energies et Environnement (EE)

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 1: le parc photovoltaïque flottant permet-il de réduire l'impact environnemental ?

Dans cette première partie, il s'agit de quantifier la diminution de production de $\mathrm{CO_2}$ induite par les panneaux photovoltaïques par rapport aux autres moyens de production d'électricité. Il faudra aussi justifier le choix d'un parc flottant par rapport à un parc photovoltaïque au sol.

DT1: mix électrique français - Répartition et impact de la production d'électricité par filière en France

Filière

2021

Impact $\mathrm{CO_2}$ (Tonne de $\mathrm{CO_2\ eq}$ / MWh)

Charbon · 0,7 % · 0,986

Bioénergie · 1,9 % · 0

Fioul · 0,4 % · 0,777

Gaz · 6,3 % · 0,429

Solaire · 2,7 % · 0

Éolien · 7 % · 0

Hydraulique · 12 % · 0

Nucléaire · 69 % · 0

Question 1.1

Citer les énergies émettrices de $\mathrm{CO_2}$ qui participent à la production d'électricité en France (d'après DT1).

Question 1.2

Compléter sur le document réponse DR1 les données pour les deux autres filières qui émettent du $\mathrm{CO_2}$. Calculer la masse totale de $\mathrm{CO_2\ eq}$ générée en un an par ces filières carbonées. Déduire la masse de $\mathrm{CO_2}$ que la centrale photovoltaïque permet de ne pas émettre en un an.

P: Production électrique annuelle du parc en MWh

Filière qui produit du $\mathrm{CO_2}$

Proportion de production d'électricité de la filière en %

W: Énergie électrique produite par la filière en MWh/an

M: Émission annuelle de $\mathrm{CO_2}$ par filière en tonnes de $\mathrm{CO_2\ eq}$

15 450 MWh

Gaz

6,3 %

W = 0,063 × P

W = 973,35 MWh/an

M = 0,429 × 973,35

ME = 417,56 Tonnes de $\mathrm{CO_2\ eq}$ / MWh

%

MWh/an

t $\mathrm{CO_2\ eq}$

%

MWh/an

t $\mathrm{CO_2\ eq}$

Masse totale de $\mathrm{CO_2}$ engendrée par les filières carbonées en tonnes de $\mathrm{CO_2\ eq}$:

Question 1.3

Le cahier des charges relatif à la création du parc photovoltaïque de Saint-Élix prévoyait, pour préserver le biotope aquatique (préservation de la photosynthèse), un recouvrement partiel de la surface du lac afin de laisser passer les rayons du soleil dans le plan d'eau. La surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs) est de 12 ha.

Calculer à partir de la description du lac de la page 3, la proportion en % de la surface du plan d'eau recouverte par le parc photovoltaïque (panneaux + flotteurs).

Vérifier le respect de cette valeur par rapport aux exigences attendues (DT3). Argumenter ce résultat.

Extrait DT3: Cahier des charges

Contrainte Id = "25": « Occuper une surface limitée » — Texte = « Occuper moins de 50% de la surface totale du plan d'eau. »

%

DT2: parc photovoltaïque au sol de Cintegabelle

Données techniques:

• Surface occupée par le parc: 7,19 ha

• Surface totale de panneaux solaires: 2,4 ha

• Inclinaison 30°

• Puissance du parc: 5 MW

• Production électrique annuelle: 6 700 MWh

Question 1.4

Pour une production électrique équivalente au parc photovoltaïque étudié, compléter le DR2 afin de déterminer la surface cultivable épargnée en ayant construit le parc sur le plan d'eau de Saint-Élix plutôt que sur le sol de Cintegabelle.

Parc photovoltaïque au sol de Cintegabelle

Parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix

Surface occupée par le parc (ha)

ha

12 ha

Production annuelle du parc (MWh)

MWh

15 450 MWh

Surface de terres cultivables utilisées pour produire 15 450 MWh (ha)

ha

ha

ha

Question 1.6

Argumenter le fait qu'un parc photovoltaïque flottant permet (ou non) de réduire les impacts environnementaux par rapport aux autres moyens de production d'électricité.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Une évaluation des impacts peut être réalisée, le DR3 propose des critères d’évaluations à étudier.

Question 1.5

Sur DR3, noter pour chaque critère dans cases grisées (favorable +, nuisible − ou neutre 0) et compléter le commentaire pour le critère « occupation des surfaces cultivables » en fonction des résultats de la question 1.4.

Critères

Parc photovoltaïque flottant

Parc au sol

Commentaires

Influence de la température ambiante sur la production

L'eau permet une diminution des températures de fonctionnement, ceci permet un gain de production pour les parcs installés sur l'eau.

Occupation des surfaces cultivables

Impact sur la faune et la flore

Quel que soit le parc, flottant ou au sol, les nuisances apportées à la faune et à la flore sont limitées. Des mesures compensatoires aux quelques impacts générés sont imposés aux abords des installations (mise en place de nichoirs, plantation de haies).

Impact visuel

+

−

Le parc flottant ne doit pas dépasser la surface de l'eau de plus de 44 cm, ceci lui permet d'être discret et peu visible.

Le parc au sol est visible car les panneaux sont inclinés à 30° et plus grands que ceux utilisés pour les parcs flottants. L'impact visuel est important.

Maintenance de l'installation

La maintenance d'un parc au sol est facile à réaliser car l'accès au parc est peu contraint. Pour les parcs flottants, l'accès au système se fait sur des passerelles flottantes et en milieu humide, ceci complique les opérations de maintenance.

Déterminer le parc le moins impactant. Justifier.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

Le client annonce que la centrale a une puissance totale installée de 13 000 kWc. Le nombre de panneaux installés est inchangé (34 000 panneaux).

Question 2.1

Calculer la puissance crête installée $P_c$ [MWc] réelle sachant que la référence des panneaux est SPR-Max3-425 (DT5).

MWc

Question 2.2

Estimer la puissance crête minimale $P_{c25}$ [MWc] garantie par le constructeur des panneaux au bout de 25 ans (DT3, DT4, DT5).

Vérifier la conformité au cahier des charges.

MWc

Une simulation de production avec le logiciel PVGIS est envisagée.

Soit une rangée de 20 panneaux de référence SPR-Max3-425 avec une inclinaison de 11° et un azimut de 15°, l'objectif est de justifier la disposition de ces panneaux, de leur inclinaison et de la distance les séparant.

Question 2.5

Cocher dans les cases du DR5 les paramètres à configurer pour les deux premières lignes du tableau.

Écrire les valeurs pour les trois dernières lignes.

Paramètre

Configuration

Technologie d’un panneau

Silicium monocristallin ?

CIS (Cuivre Indium et Sélénium) ?

Cdte (Tellurure de Cadmium) ?

Position de montage

À l’air libre ?

Intégré au bâtiment ?

Puissance crête (kWc)

Inclinaison (°)

Azimut (°)

Questions 2.6 et 2.7

Les panneaux sont positionnés de la manière suivante:

Question 2.6: À partir du résultat de la simulation du DT8, relever l'énergie électrique totale produite $E_{an}$ [kWh] par une rangée de panneaux sur un an. Compléter le résultat dans le DR6.

Question 2.7: Calculer, pour la rangée de 20 panneaux, le ratio énergétique $RA$ [kWh·m⁻¹] de la production électrique fournie par cette rangée $E_{an}$ [kW·h] par rapport à la distance $Dp$ [m] séparant deux rangées pour chaque situation ($RA = E_{an}/Dp$). Compléter les 3 cases de la dernière ligne du DR6.

Note: $Dp$ est donné en cm dans la ligne du tableau (158 cm = 1,58 m, 205 cm = 2,05 m, 251 cm = 2,51 m).

Angle d’inclinaison d’un panneau $\alpha$ (°)

11

22

35

Distance Dp (cm) entre deux panneaux

158

205

251

Énergie électrique produite $E_{an}$ (kWh) par une rangée de 20 panneaux

12673

13053

Ratio RA (kWh·m⁻¹) = $E_{an}/Dp$

Question 2.8

Conclure sur les paramètres influents permettant d'optimiser la production d'énergie électrique injectée au réseau public de distribution.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 2: comment optimiser la production d'énergie électrique dans l'espace disponible du plan d'eau ?

L'objectif est de caractériser les flux principaux d'énergie de la centrale.

Question 2.3

Le diagramme de blocs internes du document réponse DR4 montre l'orientation du flux de l'énergie permettant d'alimenter les auxiliaires la nuit.

Représenter par des flèches, l'orientation du flux d'énergie électrique le jour (sur le diagramme ou sur votre document réponse).

DT6: principe de l'injection

DR4: diagramme de blocs internes (Fonctionnement de jour)

DR4: diagramme de blocs internes (Fonctionnement de nuit, pour comparaison)

Question 2.4

Placer sur le diagramme de blocs internes, les identifiants des flux:

- énergie électrique: AC HTA (ou AC HT)

- énergie électrique: DC BT

- énergie électrique: AC BT

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3: comment maintenir des modules photovoltaïques en surface d'un plan d'eau en toute sécurité et en minimisant les impacts environnementaux ?

L'objectif de cette partie est d'identifier les impacts environnementaux possibles et de vérifier les conditions de flottaison.

L'installation des panneaux sur le plan d'eau a été réalisée en mettant en œuvre un système de flotteurs, mais d'autres solutions auraient pu être envisagées. Le document technique DT9 présente quelques autres solutions.

DT9: solutions d'installation de panneaux en surface du plan d'eau

Question 3.1

Compléter le DR7 en précisant le nom des parties manquantes sur l'IBD partiel des solutions 2 et 3.

Solution n°2: Centrale sur pilotis

Solution n°3: Centrale suspendue

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 3 – Données géométriques et surfaces

Question 3.2

Calculer, à partir du DT10, la surface totale $S$ en $\text{m}^2$ délimitée par le rectangle.

Les surfaces hachurées $S_1$ et $S_2$ sont les surfaces qui laissent passer le rayonnement solaire. $S_m$ représente la surface qui empêche le rayonnement solaire de parvenir jusqu'à la surface de l'eau.

Déterminer la surface de masque $S_m$ en $\text{m}^2$ de l'ensemble « panneau + flotteurs » sachant que:

$S_1 = 63\,248\text{ mm}^2$

$S_2 = 35\,140\text{ mm}^2$

Sachant qu'il y a $34\,000$ panneaux, en déduire la surface de masque totale $S_{mt}$ de la centrale.

Question 3.4

Le module SPR-Max3-425 repose sur un flotteur dont la forme est précisée ci-dessous:

Calculer la surface $S_a$ [$\text{m}^2$] d'appui du flotteur sur l'eau (surface grisée).

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Les facteurs qui favorisent l'évaporation de l'eau sont:

la valeur de la surface exposée;

le type de matériau;

la présence ou non de vent;

la valeur de l'humidité de l'air (l'évaporation est plus facile dans un milieu sec qu'humide);

un apport de chaleur.

Question 3.3

Justifier en quoi la centrale limite l'évaporation de l'étendue d'eau.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

L'ensemble constitué du flotteur, d'un panneau et de la structure d'accrochage a une masse totale de 34,4 kg.

L'ensemble est en équilibre sur l'eau, ce qui signifie que son poids est compensé par la poussée de l'eau.

Cela se traduit par:

$$\mathrm{F_{eau/flotteur}} = \mathrm{Poids} = \rho \times \mathrm{S_1} \times \mathrm{h_i} \times g \quad \text{en unité S.I.}$$

$\rho = \text{masse volumique de l'eau, } 1\,000\text{ kg}\cdot\text{m}^{-3}$

$\mathrm{h_i} = \text{hauteur d'immersion du flotteur}$

$g = \text{accélération de la pesanteur: } 9{,}81\text{ m}\cdot\text{s}^{-2}$

Question 3.5

Calculer la hauteur d'immersion $\mathrm{h_i}$ (mm) de l'ensemble avec $\mathrm{S_a} = 1{,}60\text{ m}^2$.

Question 3.6

La structure reste-t-elle en surface du plan d'eau ? Justifier.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 4: comment stabiliser la position de la centrale sur le lac ?

L'objectif est de vérifier que la centrale sera maintenue dans une position respectant les contraintes environnementales (20 m minimum des bords du lac) quelles que soient les conditions météorologiques (niveau d'eau, vent,...).

Le maître d'ouvrage envisage de mettre en place des filins ancrés dans les sables des berges par une technique de pieux vissés « Techno Pieux » qui permettront de stabiliser chacun des deux îlots.

Il s'avère que les sollicitations liées au vent sont les plus problématiques pour le maintien de la position de la centrale.

Détermination des efforts liés au vent

Pour limiter la complexité de l'étude, les calculs ne seront réalisés que selon la direction des vents dominants du site: la direction Nord-Ouest. De plus, seul l'îlot principal Sud sera considéré.

La station météo la plus proche de Saint-Élix le Château se situe à Palaminy. Ce sont donc les données de cette station qui serviront pour le dimensionnement de la structure.

Document technique DT11: fiche climatologique – station de Palaminy

Question 4.1

Indiquer la valeur maximale de vent en rafale relevé à Palaminy.

Document technique DT12: forces exercées sur la structure en fonction du vent

Question 4.2

Déterminer l'effort maximal du vent (noté $F_v$) exercé horizontalement selon la direction Nord-Ouest à partir de la courbe du document technique.

Détermination de la résistance des Techno Pieux

L'ancrage du système de retenue du parc flottant sur les berges est prévu au moyen de pieux vissés de type Techno Pieux (technique présentée dans le document technique 13).

Document technique DT13: les Techno Pieux

Qu'est-ce qu'un Techno Pieu:

Le pieu vissé de marque « Techno Pieux » agit comme une grande vis qui est installée dans le sol par une machine spéciale, jusqu'à atteindre un sol permettant d'obtenir la capacité portante voulue suivant la structure. Plusieurs dimensions de pieux et d'hélices ont été ainsi conçues dans le but d'assurer que chaque projet profite d'un maximum de support.

La solution Techno Pieu permet de réaliser des fondations avec une machine de faible gabarit, dans une grande diversité de sol. Ces fondations faciles à mettre en œuvre sont également faciles à démanteler, puisque seulement vissées dans le sol. Il s'agit de fondation éco-responsable ne laissant qu'une faible trace lors de la démolition des ouvrages.

Le dimensionnement des Techno Pieux se fait classiquement à partir d'un tableau de corrélation entre le couple de rotation lors de la mise en place des pieux et la résistance aux efforts de portance et d'arrachement des pieux.

Tableau de corrélation pour dimensionnement de Techno Pieux (Tête: modèle L5K-200)

Remarque: Les valeurs des capacités incluent un facteur de sécurité supérieur ou égal à 2 contre la rupture, ce qui permet de limiter le déplacement total à +/- 10 mm sous la charge en service (ELS).

Question 4.3

Le pieu d'essai (de type L5K-200) réalisé en préalable au chantier a conduit à un couple de rotation moyen au sein de la couche d'ancrage de $6\,700\text{ N}\cdot\text{m}$.

Justifier le choix de prendre la valeur de $6\,404\text{ N}\cdot\text{m}$ dans le tableau de corrélation du document technique.

Question 4.4

Relever, dans le tableau de corrélation fourni par l'entreprise Techno Pieux, la résistance d'un Techno Pieu L5K-200 à l'arrachement (en tension) qui sera noté $T_{\text{A L5K}}$.

Les Techno Pieux seront mis en œuvre sur les berges avec une inclinaison de $12^\circ$ par rapport à l'horizontale (selon le schéma ci-dessous). La résistance à l'arrachement mobilisable horizontalement $T_{\text{H L5K}}$ pour chacun des pieux dans cette configuration sera alors de: $T_{\text{A L5K}} \times \cos 12^\circ$.

Question 4.5

Calculer l'effort à l'arrachement mobilisable horizontalement (noté $T_{\text{H L5K}}$) pour un Techno Pieux L5K-200.

Déterminer le nombre de Techno Pieux nécessaire pour reprendre les efforts horizontaux liés au vent $F_v$.

Mise en situation

Le parc photovoltaïque flottant désigne les installations de panneaux solaires posées sur des étendues d'eau. L'intérêt majeur de cette technologie est d'éviter les conflits dans l'usage des sols.

L'étude proposée doit permettre de mettre en évidence la valorisation d'un plan d'eau d'un point de vue du développement durable par l'implantation d'une centrale photovoltaïque flottante.

Présentation du parc flottant étudié

Le parc photovoltaïque de Saint-Élix le Château est situé dans le département de la Haute Garonne. Il est constitué de deux îlots flottants installés sur un plan d'eau de 27,6 ha, le lac du « Vignoble ».

Ces deux îlots sont installés à 20 mètres du rivage du plan d'eau. Ils sont constitués de flotteurs qui soutiennent les panneaux photovoltaïques. La hauteur maximale du parc n'excède pas 44 cm pour préserver l'aspect visuel.

Quelques caractéristiques techniques du parc flottant:

puissance de l'installation: 13 MWc;

production: $15\,450\text{ MWh}\cdot\text{an}^{-1}$;

ancrage des îlots en berge et au sol au fond du lac;

34 000 panneaux photovoltaïques soit 6,8 ha de panneaux inclinés à 11°;

surface totale des deux îlots (panneaux + flotteurs): 12 ha;

puissance par panneau: 425 Wc;

dimension d'un panneau: 1 812 mm x 1 046 mm;

câblage: les câbles flottent à la surface du plan d'eau du parc vers le poste de transformation;

il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque;

les câbles DC transportent l'énergie produite par les panneaux vers les onduleurs;

les câbles AC transportent l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison;

postes de transformation: 7 postes de transformation pour le parc.

En amont de chaque poste de transformation, les panneaux sont connectés entre eux en série.

Chaque série de panneaux est appelée chaîne. Les chaînes convergent jusqu'aux boîtes de jonction. Généralement une boîte de jonction comporte 16 chaînes. Celles-ci permettent de réduire le nombre de câbles allant des panneaux vers les onduleurs (DC). Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT (basse tension) et HTA (haute tension de domaine A), et les cellules de protection.

La surface au sol des postes de transformation est d'environ $15\text{ m}^2$.

Poste de livraison: un seul poste de livraison pour le parc.

L'électricité produite, après avoir été éventuellement rehaussée en tension, est comptée puis injectée dans le réseau électrique français au niveau du poste de livraison qui se trouve au Nord-Ouest du projet.

Structures flottantes

Les panneaux photovoltaïques, d'une inclinaison de 11°, sont assemblés par rangées sur une structure flottante formant ainsi un îlot. Le lac de Saint-Élix-le-Château sera composé de modules sur deux îlots.

La structure portante est constituée de plusieurs flotteurs préfabriqués. Ils sont livrés puis assemblés directement sur site.

Partie 5: comment structurer le réseau de communication ?

Quelques équipements sont installés en réseau dans le but de mesurer et de transmettre des informations pour la bonne gestion de la centrale.

Le schéma partiel ci-contre présente le principe et quelques clients connectés (caméras et station météo).

Question 5.1

DT7 Identifier la nature du flux transmis au logiciel distant SCADA.

DT7: diagramme de séquence partiel

Question 5.2

Proposer une adresse IP pour la caméra 2.

Question 5.3

Déterminer le nombre de clients connectés au réseau LAN.

Identifier et justifier les deux types de réseau.

Mise en situation

Les centrales photovoltaïques terrestres sont actuellement bien répandues en France, mais les centrales photovoltaïques flottantes sont encore peu installées.

Dans le cadre du projet de parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix-le-Château, les caractéristiques des modules photovoltaïques sélectionnés sont les suivantes:

Caractéristiques techniques des modules sélectionnés

Type de cellules · Silicium monocristallin

Puissance unitaire · Entre 380 et 430 Wc

Longueur · 2 m

Largeur · 1 m

Caractéristiques techniques de l'installation

Nombre · Environ 30 590

Surface des panneaux photovoltaïques · Environ 6,8 ha

Surface de l'ensemble de la zone photovoltaïque · Environ 12 ha

La conception du projet a été faite sur la base de panneaux permettant d'obtenir une puissance allant de 11 à 13 MWc pour l'ensemble du parc photovoltaïque flottant.

Câblage des structures flottantes

Tous les câbles issus d'un groupe de panneaux sont reliés à une boîte de jonction, pour ensuite rejoindre le poste de transformation, via des groupes de câbles. Les câbles haute tension en courant alternatif partant du poste de transformation transportent le courant jusqu'au réseau public de distribution d'électricité via le poste de livraison.

Il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque:

les câbles DC transportant l'énergie produite par les modules vers les onduleurs;

les câbles AC transportant l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison.

Le principe de câblage est identique aux systèmes installés au sol. La différence principale est que les câbles DC sont en contact avec de l'eau. En conséquence, le revêtement utilisé est étanche et inaltérable.

Les postes de transformation

En amont du poste de transformation, les modules sont connectés entre eux en série. Chaque série de modules est appelée string, les strings convergent jusqu'aux blocs de jonctions. Généralement un bloc de jonctions comporte 16 strings. Les blocs de jonctions permettent de réduire le nombre de câbles allant des modules vers les onduleurs. Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT/HTA, et les cellules de protection.

La centrale photovoltaïque nécessite l'utilisation de 7 postes de transformation (onduleurs/transformateur), afin de collecter l'électricité produite par les modules photovoltaïques. Ils sont situés à l'Est du lac du site.

Partie A: quelle quantité d'énergie peut produire la centrale photovoltaïque flottante ?

L'objectif de cette partie est de déterminer la production annuelle de la centrale et de vérifier l'influence du refroidissement sur l'installation flottante.

Dans les divers cas étudiés, la centrale possède 30 590 panneaux photovoltaïques d'une puissance crête de 425 Wc.

Question A.1

Calculer la puissance crête installée de la centrale photovoltaïque.

Question A.2

Calculer l'énergie produite par la centrale pendant une année dans le cas d'une installation terrestre.

Question A.3

Compléter sur le tableau DRS1 la nouvelle production énergétique de la station flottante sachant que, pour les mois d'avril à novembre, il y a un abaissement de la température des panneaux photovoltaïques de 2,5°C en moyenne par rapport à une centrale terrestre.

Se référer aux documents techniques DTS1 et DTS2 (caractéristiques électriques) pour la prise en compte du coefficient de température.

Document réponses DRS1: Estimation de la production d'une centrale photovoltaïque selon le type d'installation pour 1 kWc installé

Mois

Production énergétique centrale terrestre en kWh pour 1 kWc installé

(Inclinaison de 38°)

Production énergétique centrale flottante en kWh pour 1 kWc installé

(Inclinaison de 11°)

Production énergétique centrale flottante en kWh pour 1 kWc installé

(abaissement de 2,5°C)

Janvier · 75,7 · 52,7 · 52,7

Février · 89,2 · 69,6 · 69,6

Mars · 118,9 · 104,5 · 104,5

Avril · 125,4 · 122,7

Mai · 125,0 · 131,6

Juin · 136,7 · 137,8

Juillet · 131,4 · 141,1 · 142,1

Août · 135,5 · 133,5 · 134,4

Septembre · 124,6 · 113,5 · 114,3

Octobre · 109,2 · 88,1 · 88,7

Novembre · 84,1 · 60,2 · 60,6

Décembre · 78,8 · 52,1 · 52,1

Total

1334,4

1207,5

Question A.4

Calculer la production énergétique moyenne annuelle pour la centrale flottante avec abaissement de température de 2,5°C.

Question A.5

Calculer le rapport énergétique annuel en % entre:

la centrale flottante sans refroidissement et la centrale terrestre;

la centrale flottante avec refroidissement et la centrale terrestre.

%

%

Question A.6

Déterminer, du fait du refroidissement des panneaux photovoltaïques, le nombre de foyers supplémentaires que cette centrale photovoltaïque peut alimenter sachant que la consommation moyenne d'un foyer en France est de 4679 kWh.

foyers

Question A.7

Conclure sur l'intérêt de construire une centrale flottante et l'intérêt d'abaisser la température des panneaux photovoltaïques.

Mise en situation

Les centrales photovoltaïques terrestres sont actuellement bien répandues en France, mais les centrales photovoltaïques flottantes sont encore peu installées.

Dans le cadre du projet de parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix-le-Château, les caractéristiques des modules photovoltaïques sélectionnés sont les suivantes:

Caractéristiques techniques des modules sélectionnés

Type de cellules · Silicium monocristallin

Puissance unitaire · Entre 380 et 430 Wc

Longueur · 2 m

Largeur · 1 m

Caractéristiques techniques de l'installation

Nombre · Environ 30 590

Surface des panneaux photovoltaïques · Environ 6,8 ha

Surface de l'ensemble de la zone photovoltaïque · Environ 12 ha

La conception du projet a été faite sur la base de panneaux permettant d'obtenir une puissance allant de 11 à 13 MWc pour l'ensemble du parc photovoltaïque flottant.

Câblage des structures flottantes

Tous les câbles issus d'un groupe de panneaux sont reliés à une boîte de jonction, pour ensuite rejoindre le poste de transformation, via des groupes de câbles. Les câbles haute tension en courant alternatif partant du poste de transformation transportent le courant jusqu'au réseau public de distribution d'électricité via le poste de livraison.

Il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque:

les câbles DC transportant l'énergie produite par les modules vers les onduleurs;

les câbles AC transportant l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison.

Le principe de câblage est identique aux systèmes installés au sol. La différence principale est que les câbles DC sont en contact avec de l'eau. En conséquence, le revêtement utilisé est étanche et inaltérable.

Les postes de transformation

En amont du poste de transformation, les modules sont connectés entre eux en série. Chaque série de modules est appelée string, les strings convergent jusqu'aux blocs de jonctions. Généralement un bloc de jonctions comporte 16 strings. Les blocs de jonctions permettent de réduire le nombre de câbles allant des modules vers les onduleurs. Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT/HTA, et les cellules de protection.

La centrale photovoltaïque nécessite l'utilisation de 7 postes de transformation (onduleurs/transformateur), afin de collecter l'électricité produite par les modules photovoltaïques. Ils sont situés à l'Est du lac du site.

Partie B: quel type d'onduleur et quelle association choisir pour raccorder la centrale au réseau de distribution ?

L'objectif de cette partie est de choisir la structure de raccordement des panneaux photovoltaïques et des onduleurs.

Question B.1

Déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques (référence SPR-MAX3-425) à associer pour obtenir une puissance crête de 13 MW (arrondir à la valeur entière supérieure).

Question B.2

Déterminer le nombre de panneaux photovoltaïques à placer dans une ligne pour obtenir 560 V.

Pour la suite, le nombre de panneaux photovoltaïque retenu sera de 30 592.

Question B.3

Déterminer le nombre de lignes que comprend cette installation.

Question B.4

Relever, dans la mise en situation, le nombre de postes de transformation.

Déterminer la puissance crête théorique de chaque poste de transformation. La puissance totale sera répartie au mieux sur chaque poste de transformation.

Question B.5

Sélectionner un conteneur (onduleurs+transformateur) et relever le nombre d'onduleurs et la puissance maximale d'un conteneur (Document technique DTS3).

Question B.6

Justifier le choix de la référence SUNSYS P100TL pour les onduleurs de ce conteneur à l'aide des documents techniques DTS3 et DTS4.

Mise en situation

Les centrales photovoltaïques terrestres sont actuellement bien répandues en France, mais les centrales photovoltaïques flottantes sont encore peu installées.

Dans le cadre du projet de parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix-le-Château, les caractéristiques des modules photovoltaïques sélectionnés sont les suivantes:

Caractéristiques techniques des modules sélectionnés

Type de cellules · Silicium monocristallin

Puissance unitaire · Entre 380 et 430 Wc

Longueur · 2 m

Largeur · 1 m

Caractéristiques techniques de l'installation

Nombre · Environ 30 590

Surface des panneaux photovoltaïques · Environ 6,8 ha

Surface de l'ensemble de la zone photovoltaïque · Environ 12 ha

La conception du projet a été faite sur la base de panneaux permettant d'obtenir une puissance allant de 11 à 13 MWc pour l'ensemble du parc photovoltaïque flottant.

Câblage des structures flottantes

Tous les câbles issus d'un groupe de panneaux sont reliés à une boîte de jonction, pour ensuite rejoindre le poste de transformation, via des groupes de câbles. Les câbles haute tension en courant alternatif partant du poste de transformation transportent le courant jusqu'au réseau public de distribution d'électricité via le poste de livraison.

Il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque:

les câbles DC transportant l'énergie produite par les modules vers les onduleurs;

les câbles AC transportant l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison.

Le principe de câblage est identique aux systèmes installés au sol. La différence principale est que les câbles DC sont en contact avec de l'eau. En conséquence, le revêtement utilisé est étanche et inaltérable.

Les postes de transformation

En amont du poste de transformation, les modules sont connectés entre eux en série. Chaque série de modules est appelée string, les strings convergent jusqu'aux blocs de jonctions. Généralement un bloc de jonctions comporte 16 strings. Les blocs de jonctions permettent de réduire le nombre de câbles allant des modules vers les onduleurs. Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT/HTA, et les cellules de protection.

La centrale photovoltaïque nécessite l'utilisation de 7 postes de transformation (onduleurs/transformateur), afin de collecter l'électricité produite par les modules photovoltaïques. Ils sont situés à l'Est du lac du site.

Partie C: Câblage et pertes en ligne

Quel est l'influence des câbles sur le bon fonctionnement des onduleurs ?

Documents techniques de référence

Consultez les caractéristiques électriques des modules (DTS2) ainsi que les données relatives aux câbles Prysmian (DTS5) ci-dessous:

Question C.1

Déterminer le courant circulant dans ce câble à puissance maximale (DTS2, bloc de jonctions de 16 strings).

Question C.2

Déterminer la section préconisée du câble pour une température ambiante de 70 °C (DTS5, pose à l'air libre).

La distance moyenne de raccordement étudiée est de 50 m entre le bloc de jonctions et le groupe onduleurs/transformateur. La chute de tension maximum autorisée est de 5 %.

Question C.3

Calculer la chute de tension pour une température de 90 °C pour un câble de section 16 mm² (DTS5).

Question C.4

Calculer la chute de tension en Volt puis en % provoquée par la ligne composée de 2 câbles qui relie le bloc de jonction à l'onduleur.

%

Question C.5

Calculer la puissance perdue dans la ligne (DTS5).

Question C.6

Conclure sur le respect de la chute de tension maximale et l'impact du câble sur la production.

Partie D: comment identifier un défaut de production ?

L'objectif de cette partie est de déterminer un défaut de production par analyse des graphes de production.

Mise en situation

Les centrales photovoltaïques terrestres sont actuellement bien répandues en France, mais les centrales photovoltaïques flottantes sont encore peu installées.

Dans le cadre du projet de parc photovoltaïque flottant de Saint-Élix-le-Château, les caractéristiques des modules photovoltaïques sélectionnés sont les suivantes:

Caractéristiques techniques des modules sélectionnés

Type de cellules · Silicium monocristallin

Puissance unitaire · Entre 380 et 430 Wc

Longueur · 2 m

Largeur · 1 m

Caractéristiques techniques de l'installation

Nombre · Environ 30 590

Surface des panneaux photovoltaïques · Environ 6,8 ha

Surface de l'ensemble de la zone photovoltaïque · Environ 12 ha

La conception du projet a été faite sur la base de panneaux permettant d'obtenir une puissance allant de 11 à 13 MWc pour l'ensemble du parc photovoltaïque flottant.

Câblage des structures flottantes

Tous les câbles issus d'un groupe de panneaux sont reliés à une boîte de jonction, pour ensuite rejoindre le poste de transformation, via des groupes de câbles. Les câbles haute tension en courant alternatif partant du poste de transformation transportent le courant jusqu'au réseau public de distribution d'électricité via le poste de livraison.

Il existe différents câbles au sein d'un projet photovoltaïque:

les câbles DC transportant l'énergie produite par les modules vers les onduleurs;

les câbles AC transportant l'énergie des onduleurs aux transformateurs, puis vers le poste de livraison.

Le principe de câblage est identique aux systèmes installés au sol. La différence principale est que les câbles DC sont en contact avec de l'eau. En conséquence, le revêtement utilisé est étanche et inaltérable.

Les postes de transformation

En amont du poste de transformation, les modules sont connectés entre eux en série. Chaque série de modules est appelée string, les strings convergent jusqu'aux blocs de jonctions. Généralement un bloc de jonctions comporte 16 strings. Les blocs de jonctions permettent de réduire le nombre de câbles allant des modules vers les onduleurs. Les onduleurs permettent de convertir le courant continu en courant alternatif.

Afin de réduire les pertes lors du transport d'électricité, la tension du système est élevée à la tension du réseau via un transformateur. Cette tension est de 20 kV dans le cas du projet de parc photovoltaïque de Saint-Élix-le-Château.

Les postes de transformation sont des locaux spécifiques comprenant les onduleurs, les transformateurs BT/HTA, et les cellules de protection.

La centrale photovoltaïque nécessite l'utilisation de 7 postes de transformation (onduleurs/transformateur), afin de collecter l'électricité produite par les modules photovoltaïques. Ils sont situés à l'Est du lac du site.

Document technique DTS6

Article en ligne, le samedi 19/03/2022: la France a été touchée par une pluie de sable venu du Sahara, qui a recouvert les surfaces d'une fine couche de poussière.

D.1

Proposer une explication de l'écart obtenu entre la courbe de production prévisionnelle et de la courbe mesurée et mise à l'échelle le 16 mars.

D.2

Proposer une explication potentielle du retour à la normale entre la courbe de production prévisionnelle et de la courbe mesurée et mise à l'échelle le 18 mars.

D.3

Conclure sur l'intérêt de pouvoir détecter une baisse de production anormale de la centrale photovoltaïque.