École Privée d’Ingénierie du Niger — L’école du nouveau monde

✉ elearning@epiniger.edu.ne    🌐 epiniger.edu.ne

EPI e-Learning

L'école du nouveau monde · Plateforme e-Learning

Unité d’enseignement : Master GEEL · S1 · UE3 — Systèmes Photovoltaïques Avancés

  • Énergie Solaire Concentrée (CSP)

    Le cours CSP1302 — Énergie Solaire Concentrée (CSP) (3 crédits ; CM 18 h, TD 6 h, TP 6 h, TPE 30 h ; charge totale 60 h) présente la filière thermodynamique solaire : concentration du rayonnement direct, conversion en chaleur à moyenne ou haute température, stockage thermique et production d’électricité par cycle de Rankine ou de Brayton. Contrairement au photovoltaïque, une centrale CSP associée à un stockage en sels fondus peut produire après le coucher du soleil, au moment de la pointe du soir des réseaux sahéliens. Le cours fournit les outils de dimensionnement (optique, thermodynamique, stockage), l’usage du logiciel SAM du NREL, et une analyse technico-économique critique du CSP face au couple PV + batteries au Niger et en Afrique de l’Ouest.

    Objectifs d’apprentissage

    • Comprendre les principes thermodynamiques et optiques des centrales solaires à concentration.
    • Dimensionner un champ de collecteurs cylindro-paraboliques et un système de stockage thermique.
    • Analyser les cycles thermodynamiques (Rankine, Brayton) utilisés dans les centrales CSP.
    • Évaluer les potentiels CSP en Afrique sahélienne et comparer avec le solaire PV.

    Prérequis

    Thermodynamique des EnR (THE3402) ; Énergie Photovoltaïque (EPV3401). Notions de transferts thermiques (rayonnement, loi de Stefan-Boltzmann) et d’utilisation des tables de vapeur.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Physique et Optique des Systèmes CSP
    2. Leçon 2 — Cycles Thermodynamiques CSP
    3. Leçon 3 — Centrales CSP Tour et CCP
    4. Leçon 4 — Perspectives CSP en Afrique de l’Ouest

    Travaux pratiques

    • TP1 : Simulation d’une centrale CCP sur SAM — Niger, site de Zinder (DNI = 2 450 kWh/m²/an) (leçon 3).
    • TP2 : Dimensionnement du stockage TES 6 h pour une centrale de 50 MWe (leçon 2).
    • TP3 : Comparaison LCOE CSP + TES vs PV + BESS au Sahel — tableau de bord Excel (leçon 4).

    Modalités d’évaluation

    Contrôle continu + examen terminal : CC 40 % (comptes rendus de TP, TD, quiz), ET 60 % (épreuve écrite). Nature : mixte (M).

    Bibliographie

    • Goswami, D. Y., Principles of Solar Engineering, CRC Press.
    • IRENA, Concentrating Solar Power — Technology Brief (gratuit en ligne).
    • NREL, System Advisor Model (SAM) — Documentation (sam.nrel.gov).
    • Duffie, J. A. & Beckman, W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley (complément).
    • Lovegrove, K. & Stein, W. (dir.), Concentrating Solar Power Technology, Woodhead Publishing (complément).

  • PV Avancé : Dimensionnement & Performance

    Le cours PVA1301 — PV Avancé : Dimensionnement & Performance (4 crédits ; CM 22 h, TD 8 h, TP 14 h, TPE 36 h ; charge totale 80 h) prépare l’ingénieur GEEL à concevoir, optimiser et exploiter des centrales photovoltaïques de grande puissance (supérieures à 1 MWc) en zone sahélienne. Il approfondit la physique du module (modèle à deux diodes, mismatch, mécanismes de dégradation), la ressource solaire (bases de données, modèles de transposition, incertitudes P50/P90), la conception électrique complète d’une centrale (strings, câblage DC/AC, onduleurs, transformateurs, trackers) et l’analyse de performance en exploitation (PR, disponibilité, détection d’anomalies, maintenance). Le contexte nigérien — forte irradiation, températures de cellule élevées, poussière et harmattan — est au cœur de tous les exemples.

    Objectifs d’apprentissage

    • Modéliser les pertes systèmes PV à l’échelle d’une centrale de grande puissance (> 1 MWc).
    • Réaliser une étude de site complète (ombrage 3D, albédo, encrassement) avec PVsyst avancé.
    • Dimensionner et optimiser l’architecture électrique d’une centrale PV (câblage DC/AC, transformateurs).
    • Analyser les performances d’une centrale PV en exploitation et identifier les dégradations.

    Prérequis

    Énergie Photovoltaïque (EPV3401) ; Dimensionnement Systèmes EnR (DEN6301). Maîtrise de base de PVsyst, d’un tableur et de Python.

    Plan du cours

    1. Leçon 1 — Physique Avancée des Modules PV
    2. Leçon 2 — Ressource Solaire et Gisement
    3. Leçon 3 — Architecture et Dimensionnement
    4. Leçon 4 — Monitoring et Maintenance Avancée

    Travaux pratiques

    • TP1 : Modélisation des pertes système sur PVsyst — centrale PV 2 MWc en zone sahélienne (leçon 3).
    • TP2 : Étude d’ombrage 3D sur site réel au Niger — analyse des zones de perte (leçon 2).
    • TP3 : Analyse de données de production réelles — diagnostic par comparaison de courbes I-V (leçon 4).

    Modalités d’évaluation

    Contrôle continu + examen terminal : CC 40 % (comptes rendus des trois TP, TD, quiz), ET 60 % (épreuve écrite avec étude de cas de dimensionnement). Nature : mixte (M).

    Bibliographie

    • Luque, A. & Hegedus, S. (dir.), Handbook of Photovoltaic Science and Engineering, Wiley.
    • PVsyst SA, PVsyst User Manual v7 (pvsyst.com).
    • IEC 62446-1 : Systèmes photovoltaïques — Exigences pour les essais, la documentation et la maintenance — Partie 1 : systèmes connectés au réseau.
    • Duffie, J. A. & Beckman, W. A., Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley (complément : rayonnement et transposition).
    • IEC 61724-1 : Performance des systèmes PV — Surveillance (complément pour les KPI).