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Production d'électricité - Photovoltaïque - 80 kW / Canada
Mandat de l'étude de cas
Une compagnie d'électricité désire évaluer l'efficacité d'un système photovoltaïque (PV), raccordé au réseau pour réduire la demande d'électricité pendant les périodes de pointe. Pour ce faire, elle envisage une installation d'une puissance nominale de 80 kW. Vous êtes mandaté par la compagnie d'électricité pour préparer une analyse de la viabilité financière du projet proposé. On ne s'attend bien sûr pas à être compétitif avec les tarifs actuels de l'électricité, mais on s'intéresse à connaître le rendement d'un tel système et à savoir de combien il peut contribuer à réduire la demande en électricité pendant les heures de pointe en été.
La compagnie d'électricité vous demande de déterminer le prix de revient de l'électricité d'origine photovoltaïque auquel elle doit s'attendre pour que le projet puisse avoir un temps de retour simple sur investissement de 10 ans. On s'intéresse aussi à la possibilité de vendre des crédits de gaz à effet de serre (GES) et on vous demande d'établir, dans cette hypothèse, quel impact cela aurait sur le temps de retour simple du projet.
Données techniques
Le site se trouve à Toronto, Ontario, Canada. Il offre une exposition sans obstacle au soleil et le champ PV peut être orienté plein sud. L'inclinaison des modules PV doit être choisie de manière à optimiser la production annuelle d'électricité. Des modules de haute qualité avec des cellules de silicium mono-cristallin fourniront l'électricité au réseau par l'intermédiaire d'un onduleur.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont fournies par le producteur et le distributeur d'électricité : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 % et durée de l'emprunt de 10 ans. La compagnie publique d'électricité ne paye pas d'impôts. Les coûts de l'étude de faisabilité ainsi que le développement et l'ingénierie du projet devraient représenter ensemble environ 10 % des coûts totaux du projet. Ce projet devrait avoir une durée de vie de 25 ans.
Supposez que l'installation photovoltaïque remplacera une centrale au gaz naturel. Pour ce qui est des calculs de gaz à effet de serre, la compagnie d'électricité considère que la valeur des émissions de CO2 évitées est estimée autour de 25 $ par tonne équivalente de CO2.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
Résultats
En 1991, Ontario Hydro a décidé d'installer et de suivre les performances d'un système photovoltaïque de démonstration raccordé au réseau. Ce projet faisait partie d'un partenariat de recherche et de développement entre le Bloorview MacMillan Centre et les gouvernements provincial et fédéral. L'Association canadienne d'électricité s'est jointe plus tard au projet en finançant le suivi de ses performances. Les objectifs de ce projet de démonstration étaient de vérifier le rendement technique et économique des composants PV et de fournir des données sur la capacité d'une telle installation à réduire la demande d'électricité pendant les périodes estivales de pointe. Trois sous-systèmes de 25 kW chacun ont été installés sur la toiture du Hugh Macmillan Rehabilitation Centre dès la première année du projet. Au cours de la quatrième année, un système de 5 kW possédant son propre onduleur à été ajouté sur un trottoir couvert à proximité. Ce système PV raccordé au réseau, situé à Toronto, Ontario, Canada, continue de fonctionner en service continu depuis le début du projet.
Description du système
La puissance PV des quatre installations de ce projet est de 80 kW. Chacun des 3 sous-systèmes principaux est constitué de modules de fabricants différents. La puissance nominale individuelle de chaque type de module varie entre 45 et 242 W. Les modules sont branchés en séries permettant d'atteindre des tensions variant entre 260 et 350 Vcc. Chaque sous-système possède son propre onduleur. Les 3 onduleurs ont des puissances variant entre 25 et 35 kWca et proviennent de trois fabricants différents.
On a aussi profité du projet pour expérimenter des structures différentes pour soutenir les modules PV, afin de voir quelle conception était la plus économique. Une première conception exigeait de traverser la membrane de la toiture, ce qui augmentait considérablement les coûts et les risques de fuites. Ensuite, il a été proposé d'attacher la structure sur des dalles de béton suffisamment lourdes et déposées sur la toiture. Cette configuration était plus facile à installer et à moindre coût. Le dernier système de 5 kW a été installé comme un auvent, sur une structure soudée en acier, au-dessus de l'entrée du Centre.
Leçons à tirer
Le marché canadien de l'électricité est en période de transition, les monopoles ayant tendance à faire place à un marché déréglementé plus compétitif. Cette situation peut à la fois créer des occasions d'affaires pour les énergies renouvelables, mais aussi représenter de nouveaux défis. Le coût de l'électricité d'origine photovoltaïque reste encore plus élevé de plusieurs ordres de grandeur en comparaison aux tarifs actuels. Cependant, l'intégration de cette technologie aux bâtiments, les nouvelles technologies PV, les politiques d'achat d'électricité moins dommageable pour l'environnement, les crédits pour réduction des émissions de gaz à effet de serre ou pour utilisation d'une énergie renouvelable, sont autant de possibilités de réduire cet écart et de rendre le PV plus compétitif. Les projets de démonstration de systèmes PV raccordés au réseau sont la preuve que l'industrie des producteurs d'électricité s'ouvre peu à peu à ces nouvelles sources d'énergie. Il est important de continuer à investir dans le développement de nouveaux produits mais aussi dans de nouvelles normes et règlements visant à faciliter leur intégration.
Photos
Centre de réadaptation - Photovoltaïque - Hugh Macmillan, Ontario, Canada - Photo 1
Centre de réadaptation - Photovoltaïque - Hugh Macmillan, Ontario, Canada - Photo 2
Références
Mandat de l'étude de cas
Une compagnie d'électricité désire évaluer l'efficacité d'un système photovoltaïque (PV), raccordé au réseau pour réduire la demande d'électricité pendant les périodes de pointe. Pour ce faire, elle envisage une installation d'une puissance nominale de 80 kW. Vous êtes mandaté par la compagnie d'électricité pour préparer une analyse de la viabilité financière du projet proposé. On ne s'attend bien sûr pas à être compétitif avec les tarifs actuels de l'électricité, mais on s'intéresse à connaître le rendement d'un tel système et à savoir de combien il peut contribuer à réduire la demande en électricité pendant les heures de pointe en été.
La compagnie d'électricité vous demande de déterminer le prix de revient de l'électricité d'origine photovoltaïque auquel elle doit s'attendre pour que le projet puisse avoir un temps de retour simple sur investissement de 10 ans. On s'intéresse aussi à la possibilité de vendre des crédits de gaz à effet de serre (GES) et on vous demande d'établir, dans cette hypothèse, quel impact cela aurait sur le temps de retour simple du projet.
Données techniques
Le site se trouve à Toronto, Ontario, Canada. Il offre une exposition sans obstacle au soleil et le champ PV peut être orienté plein sud. L'inclinaison des modules PV doit être choisie de manière à optimiser la production annuelle d'électricité. Des modules de haute qualité avec des cellules de silicium mono-cristallin fourniront l'électricité au réseau par l'intermédiaire d'un onduleur.
Données financières
Les données financières nécessaires à l'analyse sont fournies par le producteur et le distributeur d'électricité : taux d'inflation de 2,5 %, taux d'indexation du coût en combustible de 5 %, ratio d'endettement de 60 %, taux d'intérêts sur la dette de 8,5 %, taux d'actualisation de 9 % et durée de l'emprunt de 10 ans. La compagnie publique d'électricité ne paye pas d'impôts. Les coûts de l'étude de faisabilité ainsi que le développement et l'ingénierie du projet devraient représenter ensemble environ 10 % des coûts totaux du projet. Ce projet devrait avoir une durée de vie de 25 ans.
Supposez que l'installation photovoltaïque remplacera une centrale au gaz naturel. Pour ce qui est des calculs de gaz à effet de serre, la compagnie d'électricité considère que la valeur des émissions de CO2 évitées est estimée autour de 25 $ par tonne équivalente de CO2.
Préparez une étude RETScreen, justifiez les hypothèses nécessaires à l'étude et tirez les faits saillants de cette analyse.
Solution
Le fichier de données sélectionné dans la base de données de projets RETScreen présente la solution élaborée. L'utilisateur télécharge automatiquement la base de données de projets en téléchargeant le logiciel RETScreen.
Notes explicatives
- Les crédits pour réduction des émissions de GES ont un très faible impact sur la viabilité financière du projet. Cela est dû au fait que le prix de revient de l'électricité d'origine photovoltaïque est tellement élevé par rapport à celui du producteur d'électricité que ces crédits ont un poids relatif négligeable.
- Dans l'analyse émissions, les pertes de transport et de distribution ont été réduites de moitié par rapport à celles du réseau électrique de référence. Cela tient compte du fait que l'électricité est générée sur le lieu de consommation et non dans une centrale électrique éloignée.
Résultats
En 1991, Ontario Hydro a décidé d'installer et de suivre les performances d'un système photovoltaïque de démonstration raccordé au réseau. Ce projet faisait partie d'un partenariat de recherche et de développement entre le Bloorview MacMillan Centre et les gouvernements provincial et fédéral. L'Association canadienne d'électricité s'est jointe plus tard au projet en finançant le suivi de ses performances. Les objectifs de ce projet de démonstration étaient de vérifier le rendement technique et économique des composants PV et de fournir des données sur la capacité d'une telle installation à réduire la demande d'électricité pendant les périodes estivales de pointe. Trois sous-systèmes de 25 kW chacun ont été installés sur la toiture du Hugh Macmillan Rehabilitation Centre dès la première année du projet. Au cours de la quatrième année, un système de 5 kW possédant son propre onduleur à été ajouté sur un trottoir couvert à proximité. Ce système PV raccordé au réseau, situé à Toronto, Ontario, Canada, continue de fonctionner en service continu depuis le début du projet.
Description du système
La puissance PV des quatre installations de ce projet est de 80 kW. Chacun des 3 sous-systèmes principaux est constitué de modules de fabricants différents. La puissance nominale individuelle de chaque type de module varie entre 45 et 242 W. Les modules sont branchés en séries permettant d'atteindre des tensions variant entre 260 et 350 Vcc. Chaque sous-système possède son propre onduleur. Les 3 onduleurs ont des puissances variant entre 25 et 35 kWca et proviennent de trois fabricants différents.
On a aussi profité du projet pour expérimenter des structures différentes pour soutenir les modules PV, afin de voir quelle conception était la plus économique. Une première conception exigeait de traverser la membrane de la toiture, ce qui augmentait considérablement les coûts et les risques de fuites. Ensuite, il a été proposé d'attacher la structure sur des dalles de béton suffisamment lourdes et déposées sur la toiture. Cette configuration était plus facile à installer et à moindre coût. Le dernier système de 5 kW a été installé comme un auvent, sur une structure soudée en acier, au-dessus de l'entrée du Centre.
Leçons à tirer
- Des problèmes de fiabilité sont apparus du côté des onduleurs uniquement; aucun autre élément des systèmes PV n'a fait défaut.
- Une règle empirique d'estimation de la quantité annuelle d'énergie fournie par un système PV raccordé au réseau dans un climat continental tempéré typique est confirmée. « 1 Wc de PV installée produit environ 1 kWh d'électricité par année ».
- Il est essentiel de viser à réduire les coûts partout où cela peut être possible, en particulier au niveau de la structure de support des modules PV.
- Dans la recherche de cette optimisation des coûts d'installation, l'intégration du PV à des éléments de l'enveloppe ou de la toiture du bâtiment est une avenue intéressante à explorer.
- Avant que le PV raccordé au réseau ne devienne compétitif dans les régions desservies par un réseau électrique central, il faudra encore une baisse importante des coûts de cette technologie, par exemple grâce à son intégration dans l'enveloppe des bâtiments, ou alors il faudra une importante révision des structures tarifaires de l'électricité.
- Un des objectifs du projet était de montrer la possibilité du système PV à répondre à la demande supplémentaire pendant les périodes de pointes et ainsi pouvoir attribuer au PV des « crédits pour économies de puissance souscrite ». L'analyse des données de puissance fournie par le système PV en corrélation avec les besoins de climatisation tend à montrer que l'on pourrait attribuer à un système PV un crédit de puissance équivalent à environ 25 % de sa puissance nominale. D'autres études ont démontré des crédits de puissance plus importants pour les systèmes PV connectés au réseau, dont les périodes de pointes sont dues essentiellement aux équipements de climatisation. Les périodes de pointes du réseau, durant les jours de grande chaleur, nécessitant l'utilisation de la climatisation ne coïncident pas toujours avec les heures de plein ensoleillement, ainsi la disponibilité d'une puissance maximale au niveau du système PV ne correspondrait pas forcément aux périodes de pointes durant la saison d'été. Il faut aussi rappeler que la performance des modules PV diminue lorsque leur température d'opération augmente.
Le marché canadien de l'électricité est en période de transition, les monopoles ayant tendance à faire place à un marché déréglementé plus compétitif. Cette situation peut à la fois créer des occasions d'affaires pour les énergies renouvelables, mais aussi représenter de nouveaux défis. Le coût de l'électricité d'origine photovoltaïque reste encore plus élevé de plusieurs ordres de grandeur en comparaison aux tarifs actuels. Cependant, l'intégration de cette technologie aux bâtiments, les nouvelles technologies PV, les politiques d'achat d'électricité moins dommageable pour l'environnement, les crédits pour réduction des émissions de gaz à effet de serre ou pour utilisation d'une énergie renouvelable, sont autant de possibilités de réduire cet écart et de rendre le PV plus compétitif. Les projets de démonstration de systèmes PV raccordés au réseau sont la preuve que l'industrie des producteurs d'électricité s'ouvre peu à peu à ces nouvelles sources d'énergie. Il est important de continuer à investir dans le développement de nouveaux produits mais aussi dans de nouvelles normes et règlements visant à faciliter leur intégration.
Photos
Centre de réadaptation - Photovoltaïque - Hugh Macmillan, Ontario, Canada - Photo 1
Centre de réadaptation - Photovoltaïque - Hugh Macmillan, Ontario, Canada - Photo 2
Références
- Drewes, Per, « Communications personnelles », Sol Source Engineering, 2000.
- Drewes, Per, Hugh Macmillan Rehabilitation Centre, Sustainable Energy Systems, 1995.
- Lapp, Steve, « Communications personnelles », SGA Energy, 2000.
- Ontario Hydro Technologies, SED Case Study.
