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Production d'électricité - Photovoltaïque - Industriel - 0,25 kW - Hors réseau / Canada
Mandat de l'étude de cas
Un fournisseur de services de télécommunications vous demande de lui préparer une analyse de préfaisabilité pour un système photovoltaïques (PV). Cette société exploite 11 tours de relais de signal à très haute fréquence (VHF) dans son réseau établi dans le Nord-Ouest du Canada. Ces relais VHF consomment relativement peu d'énergie et sont tous situés au sommet de montagnes, c'est-à-dire loin de toute infrastructure et accessibles uniquement par hélicoptère. Ce sont des piles à la potasse, à usage unique, qui fournissent l'électricité à ces sites et on les remplace tous les 1 à 2 ans. Ces piles sont plus économiques à utiliser qu'un groupe électrogène diesel, à cause des coûts élevé du transport des combustibles et de l'entretien sur de tels sites. Cependant, ces coûts restent très élevés. Les piles à la potasse, remplacées presque annuellement, doivent être manipulées et jetées avec des procédures particulières, à cause de la base caustique qu'elles contiennent. L'étude de préfaisabilité que l'on vous demande, doit établir si un système PV ne serait pas plus rentable à utiliser, dans la zone couverte par la société de télécommunications, que les piles à usage unique à la potasse.
Données techniques
Les 11 sites se trouvent dans le Nord de la Colombie-Britannique et le Sud-Ouest des Territoires du Nord-Ouest, au Canada. La station météorologique la plus proche est celle de Whitehorse, sur le Territoire du Yukon, au Canada. La consommation d'électricité d'un relais est estimé à 100 Wh/jour en 12 Vcc et cette charge est constante sur l'année. Pour des raisons de fiabilité de service, un aspect essentiel aux yeux du client, la batterie d'accumulateurs doit avoir 30 jours d'autonomie afin que le relais reste opérationnel, sur les accumulateurs seulement, et ce dans les pires conditions.
Données financières
Le client vous fournit les paramètres essentiels à l'analyse financière de son cas : impôt sur le revenu de 43,6 %, taux d'inflation à 2,5 %, ratio d'endettement de 80 %, taux d'intérêts sur la dette de 8 %, taux d'actualisation de 9 % et 10 ans pour la durée de l'emprunt. L'amortissement des coûts du système PV se fera par la méthode linéaire sur les 5 premières années d'utilisation du système. La durée de vie du système PV sera de 25 ans, sauf les accumulateurs que l'on remplacera tous les 10 ans. Dans cette analyse, il n'est pas nécessaire de prévoir des coûts d'exploitation et d'entretien car ils seront bas et semblables à ceux du présent système d'alimentation électrique. Les piles à la potasse sont pratiquement sans entretien alors que le système PV demande une inspection bi-annuelle pouvant se faire en même temps que celle des équipements électroniques du relais. Le coût du remplacement annuel des piles à la potasse est équivalent à 9 800 $. Ce coût comprend celui des piles, mais surtout le trajet en hélicoptère et les frais pour disposer de ce déchet dangereux. La demande de 100 Wh par jour équivaut à 36,5 kWh/an, pour une valeur astronomique du prix de revient de l'électricité de 270 $/kWh!
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 1994, NorthwesTel a demandé au Laboratoire de recherche en diversification énergétique de CANMET (maintenant appelé Centre de la technologie de l'énergie de CANMET) de préparer une analyse de préfaisabilité sur l'intérêt du photovoltaïque (PV) pour l'alimentation électrique autonome d'un relais VHF typique de télécommunications dans le Nord du Canada. L'objectif était d'établir si un système PV était plus rentable à utiliser sur la zone couverte par NorthwesTel que les piles à usage unique à la potasse habituellement utilisées.
L'étude initiale préparé par le LRDÉC a montré le très grand intérêt économique du photovoltaïque par rapport aux piles à usage unique. Suite à cette étude, NorthwesTel a procédé à la conversion de 9 de ses 11 sites, de 1996 à 1997, avec des équipements fournis par SOLTEK Solar Energy Ltd. Depuis ce temps, les systèmes photovoltaïques fonctionnent sans problème.
Description du système
Les systèmes PV qui ont été installés utilisent un champ de 200 W (4 modules PV monocrystallins de Siemens SM-50H de 50 W chacun), une batterie d'accumulateurs de 1 150 Ah, sans entretien, à électrolyte immobilisé (GNB ABSOLYTE IIP), un régulateur de charge SOLTEK PV-5 et un kit de structure SOLTEK cm-50.
Le coût de chaque système installé, transport par hélicoptère compris, est inférieur en moyenne à 14 000 $ (dont 8 000 $ environ pour les composants du système photovoltaïque). En comparaison, l'utilisation annuelle de batteries à la potasse à usage unique revenait à 9 800 $/an, ce qui signifie que le temps de retour sur l'investissement du système PV est de l'ordre de 1 an. NorthwesTel estime que la conversion de tous ses sites au PV lui permet des économies d'environ 100 000 $ par année.
Leçons à tirer
La plupart des tours de relais de télécommunications sont situées sur des sites éloignés, donc en dehors du réseau électrique central. La pratique courante pour assurer l'alimentation électrique autonome de ces sites était des groupes électrogènes diesel, des générateurs thermoélectriques ou des piles à usage unique. Les systèmes photovoltaïques sont maintenant de plus en plus utilisés, soit à la place de ces équipements conventionnels, soit comme alimentation de base pour des systèmes hybrides. En fait, le photovoltaïque est maintenant installé sur des milliers de relais de télécommunications à travers le monde et est devenu une technologie courante qui a prouvé sa fiabilité et son intérêt économique.
Photo
Télécommunication - Répéteur - Photovoltaïque - Éloigné, Colombie-Britannique, Canada
Références
Mandat de l'étude de cas
Un fournisseur de services de télécommunications vous demande de lui préparer une analyse de préfaisabilité pour un système photovoltaïques (PV). Cette société exploite 11 tours de relais de signal à très haute fréquence (VHF) dans son réseau établi dans le Nord-Ouest du Canada. Ces relais VHF consomment relativement peu d'énergie et sont tous situés au sommet de montagnes, c'est-à-dire loin de toute infrastructure et accessibles uniquement par hélicoptère. Ce sont des piles à la potasse, à usage unique, qui fournissent l'électricité à ces sites et on les remplace tous les 1 à 2 ans. Ces piles sont plus économiques à utiliser qu'un groupe électrogène diesel, à cause des coûts élevé du transport des combustibles et de l'entretien sur de tels sites. Cependant, ces coûts restent très élevés. Les piles à la potasse, remplacées presque annuellement, doivent être manipulées et jetées avec des procédures particulières, à cause de la base caustique qu'elles contiennent. L'étude de préfaisabilité que l'on vous demande, doit établir si un système PV ne serait pas plus rentable à utiliser, dans la zone couverte par la société de télécommunications, que les piles à usage unique à la potasse.
Données techniques
Les 11 sites se trouvent dans le Nord de la Colombie-Britannique et le Sud-Ouest des Territoires du Nord-Ouest, au Canada. La station météorologique la plus proche est celle de Whitehorse, sur le Territoire du Yukon, au Canada. La consommation d'électricité d'un relais est estimé à 100 Wh/jour en 12 Vcc et cette charge est constante sur l'année. Pour des raisons de fiabilité de service, un aspect essentiel aux yeux du client, la batterie d'accumulateurs doit avoir 30 jours d'autonomie afin que le relais reste opérationnel, sur les accumulateurs seulement, et ce dans les pires conditions.
Données financières
Le client vous fournit les paramètres essentiels à l'analyse financière de son cas : impôt sur le revenu de 43,6 %, taux d'inflation à 2,5 %, ratio d'endettement de 80 %, taux d'intérêts sur la dette de 8 %, taux d'actualisation de 9 % et 10 ans pour la durée de l'emprunt. L'amortissement des coûts du système PV se fera par la méthode linéaire sur les 5 premières années d'utilisation du système. La durée de vie du système PV sera de 25 ans, sauf les accumulateurs que l'on remplacera tous les 10 ans. Dans cette analyse, il n'est pas nécessaire de prévoir des coûts d'exploitation et d'entretien car ils seront bas et semblables à ceux du présent système d'alimentation électrique. Les piles à la potasse sont pratiquement sans entretien alors que le système PV demande une inspection bi-annuelle pouvant se faire en même temps que celle des équipements électroniques du relais. Le coût du remplacement annuel des piles à la potasse est équivalent à 9 800 $. Ce coût comprend celui des piles, mais surtout le trajet en hélicoptère et les frais pour disposer de ce déchet dangereux. La demande de 100 Wh par jour équivaut à 36,5 kWh/an, pour une valeur astronomique du prix de revient de l'électricité de 270 $/kWh!
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
- L'énoncé du problème spécifie que la batterie d'accumulateurs doit avoir une autonomie de 30 jours. Le modèle RETScreen a été développé pour des autonomies allant de 1 à 15 jours. L'utilisateurs doit vérifier que les résultats donnés par RETScreen restent raisonnables.
- La capacité de la batterie d'accumulateurs excède celle qui est suggérée par RETScreen. Les raisons en sont les suivantes :
- Les données climatiques de RETScreen sont représentatives d'une année typique. Or, ce site de télécommunications, il est indispensable de garantir le service même dans les conditions météorologiques de la pire année au niveau de la quantité d'ensoleillement et de la température ambiante.
- Le client a comme priorité la fiabilité de la source d'électricité. Sur les sites en montagne, il faut tenir compte de la possible accumulation de givre sur les modules photovoltaïques, et ce sur des périodes pouvant durer plusieurs semaines. Cela justifie donc une autonomie des accumulateurs de plus de 30 jours. Des accumulateurs additionnels affectent peu la viabilité financière d'un système mais augmentent considérablement sa fiabilité et le niveau de confiance des utilisateurs.
- RETScreen ne prend pas en compte le risque de gel de l'électrolyte à bas niveau de charge par temps froid. L'utilisation d'une plus grosse batterie d'accumulateur diminue ce risque.
- Le coût d'une étude sommaire de faisabilité est inclus dans le prix des équipements car elle n'implique pas de visite du site. Les coûts du projet sont largement couverts par le budget alloué au remplacement annuel des piles à la potasse à usage unique. Aussi, aucun coût de développement a été prévu.
Résultats
En 1994, NorthwesTel a demandé au Laboratoire de recherche en diversification énergétique de CANMET (maintenant appelé Centre de la technologie de l'énergie de CANMET) de préparer une analyse de préfaisabilité sur l'intérêt du photovoltaïque (PV) pour l'alimentation électrique autonome d'un relais VHF typique de télécommunications dans le Nord du Canada. L'objectif était d'établir si un système PV était plus rentable à utiliser sur la zone couverte par NorthwesTel que les piles à usage unique à la potasse habituellement utilisées.
L'étude initiale préparé par le LRDÉC a montré le très grand intérêt économique du photovoltaïque par rapport aux piles à usage unique. Suite à cette étude, NorthwesTel a procédé à la conversion de 9 de ses 11 sites, de 1996 à 1997, avec des équipements fournis par SOLTEK Solar Energy Ltd. Depuis ce temps, les systèmes photovoltaïques fonctionnent sans problème.
Description du système
Les systèmes PV qui ont été installés utilisent un champ de 200 W (4 modules PV monocrystallins de Siemens SM-50H de 50 W chacun), une batterie d'accumulateurs de 1 150 Ah, sans entretien, à électrolyte immobilisé (GNB ABSOLYTE IIP), un régulateur de charge SOLTEK PV-5 et un kit de structure SOLTEK cm-50.
Le coût de chaque système installé, transport par hélicoptère compris, est inférieur en moyenne à 14 000 $ (dont 8 000 $ environ pour les composants du système photovoltaïque). En comparaison, l'utilisation annuelle de batteries à la potasse à usage unique revenait à 9 800 $/an, ce qui signifie que le temps de retour sur l'investissement du système PV est de l'ordre de 1 an. NorthwesTel estime que la conversion de tous ses sites au PV lui permet des économies d'environ 100 000 $ par année.
Leçons à tirer
- Il faut amener au minimum le besoin de main-d'œuvre sur le site pour réduire les frais d'installation ainsi que le temps d'utilisation de l'hélicoptère. C'est pourquoi des éléments préassemblés et précâblés sont souvent préparés avant l'expédition sur le site.
- Le budget de tels projets doit prévoir une grande marge de manœuvre en cas de mauvaises conditions météorologiques.
La plupart des tours de relais de télécommunications sont situées sur des sites éloignés, donc en dehors du réseau électrique central. La pratique courante pour assurer l'alimentation électrique autonome de ces sites était des groupes électrogènes diesel, des générateurs thermoélectriques ou des piles à usage unique. Les systèmes photovoltaïques sont maintenant de plus en plus utilisés, soit à la place de ces équipements conventionnels, soit comme alimentation de base pour des systèmes hybrides. En fait, le photovoltaïque est maintenant installé sur des milliers de relais de télécommunications à travers le monde et est devenu une technologie courante qui a prouvé sa fiabilité et son intérêt économique.
Photo
Télécommunication - Répéteur - Photovoltaïque - Éloigné, Colombie-Britannique, Canada
Références
- Egles, D. et Sugden, B., « Solar Power Systems for Mountaintop Radio Sites in Northern British Columbia », Proceedings of the Renewable Energy Technologies in Cold Climates '98 Conference, SESCI, Montréal, mai 1998.
- Lapp, Steve, « Communications personnelles », SGA Energy, 2000.
- Martel, Sylvain, « Communications personnelles », Laboratoire de recherche en diversification énergétique de CANMET, 2000.
- Martel, S., Leng, G. J. et Usher, E., Photovoltaic Power Supply for NorthwesTel's VHF Repeater Sites, report # EDRL 95-62 (TR), Laboratoire de recherche en diversification énergétique de CANMET, Ressources naturelles Canada, Varennes, août 1995.
