Partie A - Production d'énergie de la centrale fl… · Bac STI2D Ingénierie, Innovation et Développement Durable Métropole remplacement - EE 2024

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.