UNIVERSITE SIDI MOHAMMED BEN ABDELLAH

FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES FES

DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE

LICENCE SCIENCES ET TECHNIQUES

Génie Electrique

RAPPORT DE FIN D’ETUDES

Intitulé :

Energie photovoltaïque et optimisation

des factures d’électricités

Réalisé Par :

Kaoutar Benramdane

Encadré par :
Pr Lahbabi Mhammed (FST FES)
Mr . Abdelali Zine El Abidine (CHU FES)
Soutenu le 8 Juin 2016 devant le jury
Pr M. Lahbabi (FST FES)
Pr A. Ahaitouf (FST FES)
Pr A. Mechaqrane (FST FES)
FST FES

REMERCIEMENTS

Je remercie ALLAH le tout puissant de m’avoir donné le

courage et la patience qui m’ont permis d’accomplir ce modeste
travail.

Je tiens en premier à exprimer ma profonde gratitude, ma

fidèle reconnaissance, mes respects et mes remerciements les plus
sincères à mes encadrantes : M. Mhammed Lahbabi professeur
à la faculté des sciences et techniques de Fès et M. Zine El
Abidine Abdali ingénieur d’état Pole d’ingénierie et de la
maintenance dans CHU qui n’ont pas cessé de me prodiguer
leurs conseils et leurs recommandations ainsi que pour leur
générosité en matière d’encadrement

Je tiens également à remercier les professeurs Ahaitouf et

Mechqrane , qui ont accepté de juger mon travail.

Mes remerciements sont destinés aussi au personnel de la

Faculté des Sciences et Techniques de Fès pour sa générosité, sa
gentillesse et sa présence permanente pour me servir.

Enfin, mes remerciements sont adressés à tous ceux qui ont

participé de près ou de loin à l’élaboration de ce travail.

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Sommaire

Liste des Figures ………………………………………………………………………….4

Liste des Tableaux………………………………………………………………...……...5

Introduction Générale……….………….....…………………………………………………….6

Chapitre 1 : Présentation du CHU HASSAN II FES ...................................................8

1. Introduction générale du CHU ......................................................................8

2. Fiche technique .............................................................................................8
3. L’organigramme du CHU............................................................................10
4. Plan de masse ..............................................................................................11

Chapitre 2 : L’énergie Solaire et les systèmes photovoltaïques …………………..12

1-L’énergie Solaire…………………………………………..………………...……….12

a-Définition…………………………………………………………..………12
b-Applications Techniques de l’énergie Solaire ………………………….....13
c- Les types d’énergie Solaire… ………………………………………...…..13

2-L’énergie Solaire Photovoltaïque……………………………………………..……..14

a- Définition ……………………………………………………...….……...14
b- Les utilisations de l’énergie Solaire Photovoltaïque……………..….…...14
c- Domaines d’utilisation ………………………………….……….…….....15
d- Le potentiel Solaire au Maroc ……………………………………………16
e- Les avantages et les inconvénients de l’énergie Photovoltaïque………....17
A –Avantages ………………………………………………….................17
B- Inconvénients……………………………………………………….....17
f- Les cellules Photovoltaïques……………..……………………………....18

A-Définition ……………………….………………………………….….18
B-Principe de fonctionnement d’une cellule Photovoltaïque….…………18
C-Les différents types des cellules Photovoltaïques à base de silicium.....20
D-Tableau comparatif des différents types de cellules Photovoltaïques…21

g-Une installation Photovoltaïque………………......……………………......22

h-Rendement Photovoltaïque…………………………………………....…...23
Conclusion …………………………………………………………………………….23

Chapitre 3 : Système d’éclairage extérieur de CHU FES……………….………....24

1-Eclairage extérieur …………………………………………………………………24

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2-Lampe fluorescente compacte (LFC)……………………………………..………….26

a-Fonctionnement……………………………………………………………............26
b- Comparaison des couts ………………………………………………….…..….26
c- Calcul de la consommation actuelle ……………………………….......27
d- Facture énergétique …………………………..…………………….…..28
e-Les factures d’électricité de l’hôpital de l’année 2015……………….…28
Conclusion ……………………………………………………………………….….34

Chapitre 4 : Les solutions proposées pour optimisation de la consommation….35

1-Installation des panneaux solaires au système d’éclairage extérieur actuel …….35

a-Plaque photovoltaïques ………………………………………………….35
b-Dimensionnement ……………………………………………………….36
c-Régulateur ……………………………………………………………….37
d- Batterie ……………………………………….........................................37
e-Lampadaire photovoltaïque ………………………….…………………..37
f-Etude pratique ……………………………………………………………39

2-Utilisation d’un autre système d’éclairage extérieur………………………….....41

a- Led ……………………………………………………………………41
b- Durée de vie des led……………………………………………….......41
c- Avantages……………………………………………………………..42
d- Inconvénients …………………………………………………………42
e- Lampadaire solaire a led …………………………………………..….42
f- Etude comparatif …………………………………………..……….....43
Conclusion …………………………………………………..……………………..43
Conclusion général ………………………………………...……………………….44
Bibliographie ………………………………………..…………………………45

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Liste des Figures

Figure 1 : Photos du centre hospitalier CHU ……………………………………………8

Figure 2 : Organigramme Général………………………………………………………10

Figure 3 : Plan de masse du CHU hassan 2……………………………………………..11

Figure 4 : Rayonnement Solaire Direct ………………………………………………...12

Figure 5 : Panneaux Solaire Thermique ………………………………………………..13

Figure 6 : Panneaux Solaire Photovoltaïque……………………………………………14

Figure 7 : Gisement solaire au Maroc ………………………………………………….16

Figure 8 : Cellule Photovoltaïques……………………………………………………..18

Figure 9 : Constitution d’une cellule photovoltaïque…………………………………...19

Figure 10 : Cellule Monocristallin ……………………………………………………..20

Figure 11 : Cellule Polycristallin ………………………………………………………20

Figure 12 : Cellule Amorphe……………………………………………………………20

Figure 13 : Installation Photovoltaïque…………………………………………………22

Figure 14 : les panneaux solaires installés ……………………………………………..38

Figure 15 : Les composantes de panneau photovoltaïque………………………………39

Figure 16 : LED…………………………………………………………………………41

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Liste des Tableaux :

Tableau 1 : Tableau comparatif des cellules photovoltaïques………………………......21

Tableau 2 : Tableau correspondances au équivalente de puissance ……………………27

Tableau 3 : Tableau de calcul de la consommation totale de l’éclairage extérieur……..28

Tableau 4 : Les postes Horaires ………………………………………………………..29

Tableau 5 : Tableau comparatif des prix de l’électricité par postes horaire…………….29

Tableau 6 : La consommation de l’année 2015 ………………………………………...30

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Introduction Générale
Depuis quelques années, la quote-part d’énergie obtenue à partir de sources
renouvelables a fortement augmenté et elle contribue à la sécurité d’approvisionnement
et bénéficie au climat. Par ailleurs, les énergies vertes sont de plus en plus considérées
comme une formidable opportunité de réorientation de l’activité économique vers des
secteurs d’avenir et durables.

Les énergies renouvelables sont des énergies primaires inépuisables à très long terme,
car issues directement de phénomènes naturels, réguliers ou constants, liés à l’énergie du
soleil, de la terre, de vent. Le bilan carbone des énergies renouvelables est par
conséquent très faible et elles sont, contrairement aux énergies fossiles, un atout pour la
transition énergétique et la lutte contre le changement climatique.

En pratique, les sources énergétiques renouvelables sont groupées sur le schéma

suivant :

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L’énergie Solaire utilise la chaleur ou la lumière des rayons du soleil. Directement

pour chauffer des maisons, des immeubles ou des piscines, ou indirectement pour
produire de l’électricité.

Celle qui est utilisé sous forme de chaleur est l'ENERGIE SOLAIRE THERMIQUE, il
s'agit de bien profiter la radiation du soleil pour la production d’eau chaude, pour la
consommation domestique ou industrielle, climatisation des piscines, chauffage des
maisons, hôtels, écoles, usines, etc.

L’autre est l’ENERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAIQUE, il s'agit de transformer en

électricité la radiation solaire par le biais de cellules photovoltaïques.

Vu son importance et son intérêt nous nous sommes intéressés au sujet d’énergie Solaire
photovoltaïque et Optimisation des facteurs d’électricité. Nous avons eu l’opportunité,
de travailler sur un tel sujet comme projet de fin d’étude pendant deux mois au sein du
service technique du Centre Hospitalier Universitaire de Fès.

Notre projet porte sur l’énergie solaire photovoltaïque au sein du CHU en s’intéressant
à plusieurs notions principales comme l’énergie solaire, l’énergie photovoltaïque,
l’éclairage extérieur, lampadaire, et les modes de facturations adaptés pour le CHU.
Selon le cahier des charges suivant :

 Faire une description générale des énergies Solaire photovoltaïque.

 Etudier l’éclairage extérieur et les factures d’électricité de l’année 2015.
 Etudier et simuler les solutions proposées pour la réduction des factures
d’électricité d’éclairage extérieur.

Cependant, avant de présenter ma réponse au cahier des charges, il est indispensable de

faire une petite présentation de l’organisme d’accueil « le Centre Hospitalier
Universitaire Hassan II », sa création, les services disponibles, sa capacité litières et son
budget. Cette présentation fera l’objet du premier chapitre. Dans le deuxième chapitre, je
présenterai l’énergie solaire et les systèmes photovoltaïques. Dans le troisième chapitre,
je présenterai le système d’éclairage extérieur de l’hôpital. Dans le dernier chapitre, nous
citerons les solutions à base de lampadaires solaires.

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Chapitre I : Description du CHU

1-Présentation générale du CHU :

Le centre Hospitalier Universitaire Hassan II de Fès est un établissement de santé qui

a été créé en novembre 2001 et c’est en janvier 2009 que le nouveau complexe
hospitalier a été inauguré par SM le Roi Mohammed VI. Cet édifice sanitaire, prévu
pour répondre aux besoins de plus de quatre millions d’habitants (Régions Fès
Boulomane, Meknès-Tafilalet et Taza-Al Hoceima-Taounate).

Figure 1 : Photos du centre hospitalier universitaire Hassan II

2. Fiche technique :

Superficie :

1ére Tranche : 8 ha

2éme Tranche : 4.5 ha

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La 1ère tranche comprend :

• Hôpital des spécialités

• Hôpital mère et enfant.
• Bloc consultations externes
• Laboratoires
• Locaux et galeries techniques

La 2ème tranche comprend :

• Oncologie
• Médecine Nucléaire.
• Administration.
• Unité de vie.
• Annexe morgue et régies.

Les missions

• Dispenser les soins médicaux ;

• Effectuer des travaux de recherche médicale, dans le strict respect de
l'intégrité physique et morale et de la dignité des malades ;
• Participer à l'enseignement clinique universitaire et postuniversitaire
médical et pharmaceutique et à la formation du personnel paramédical ;
• Concourir à la réalisation des objectifs fixés en matière de santé
publique par l'Etat.
Coût global : 1, 200 milliard de DH.
Financement :
• Budget général de l’Etat : 20%
• Fonds Saoudien du Développement : 80% prêt à 2% sur 30 ans
Capacité litière : 1 050 lits.
Discipline : Toutes les disciplines sauf psychiatrie, brûlés et
rééducation.

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Structure du budget du CHU Hassan II : Le budget

d’exploitation du CHU de Fès s’élève à 645 323 509 DH

Répartition du personnel :

 662 personnels médecins

 1048 personnels infirmiers
 308 personnels techniques et administratifs

Architecte :

Charafeddine Berrada : Casablanca : Chef de groupement

Anas ben souda : Rabat

Hassan Assenhaji el Ghazi : Fès

3. L’organigramme du CHU :

Figure 2 : organigramme général

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4. Plan de masse :

Figure 3 : plan de masse du CHU Hassan II

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Chapitre II : L’Energie Solaire et les

Systèmes Photovoltaïques
Vu le souci d’épuisement des réserves mondiales connues (pétrole, charbon, gaz,
etc.), les crises économiques (flambée des prix du pétrole), les accidents des
centrales nucléaires tels que ceux de Three Mile Island (USA, 1979) ou de
Tchernobyl (URSS, 1986), le souci de pollution, le besoin sans cesse croissant en
énergie, toutes ces perspectives renforcèrent l’intérêt du grand public envers les
énergies renouvelables, en particulier l’énergie photovoltaïque, qui s’impose
comme une des sources d’énergies renouvelables les plus prometteuses.

De par sa situation géographique, le Maroc dispose d’un important gisement

solaire.

1-Energie Solaire

Il existe 3 utilisations de l'énergie solaire :

 la production de chaleur : le "solaire thermique",

 la production d'électricité : le "solaire photovoltaïque",
 la production d'un mouvement : le "solaire mécanique".

De nombreuses recherches sont en cours dans ces 3 domaines, essentiellement pour le

photovoltaïque

a-Définition :
L'énergie solaire est la fraction de l'énergie du rayonnement solaire qui apporte
l'énergie thermique et la lumière parvenant sur la surface de la Terre, après filtrage par
l'atmosphère terrestre.

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Figure 4: Rayonnement Solaire Direct

b- Applications techniques de l’énergie solaire :

En s’appuyant sur la technologie solaire, l’énergie solaire peut être profitable de

plusieurs façons :

 Les cellules solaires produisent de l’électricité à courant continu

(photovoltaïque).

 Les panneaux solaires génèrent de la chaleur (thermo solaire).

 Les centrales héliothermiques génèrent de l’électricité à partir de la chaleur et de

la vapeur.

 Les cuisinières solaires ou les fours solaires permettent de réchauffer les

aliments ou de stériliser les équipements médicaux.

C- Les types de l’énergie Solaire :

Deux grandes familles d'utilisation de l'énergie solaire à cycle court se distinguent :

* l'énergie solaire thermique, utilisation de la chaleur transmise par rayonnement.

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Figure 5 : Panneaux Solaires Thermiques

* l'énergie photovoltaïque, utilisation du rayonnement lui-même pour produire de

l'électricité.

Figure 6 : panneaux Solaire Photovoltaïques

L’efficacité d’une installation solaire photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs :

le nombre d’heures d’ensoleillement, les saisons, les conditions atmosphériques,

l’albédo (la capacité réfléchissante du sol environnant), etc.
L’inclinaison et l’orientation des panneaux solaires sont déterminées de façon à
capter le maximum de rayons lumineux.

2-l’énergie Solaire photovoltaïque

a-Définition :

Désigne l'énergie récupérée et transformée directement en électricité à

partir de la lumière du soleil par des panneaux photovoltaïques. Elle résulte de
la conversion directe dans un semi-conducteur (le silicium, le CdTe, l'AsGa, le
CIS, etc.) d'un photon en électron.

b- Les utilisations de l'énergie solaire photovoltaïque :

 les centrales électriques

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 les bâtiments

 les transports.

 les dispositifs autonomes

 l'électrification rurale

 les satellites

c- Domaines d’utilisation :

Les systèmes photovoltaïques peuvent être utilisés aussi bien raccordés au réseau
qu’en mode hors réseau ou peuvent alimenter des communes entières par le biais de
systèmes autonomes.

Installations photovoltaïques raccordées au réseau :

Les installations raccordées au réseau sont composées de plusieurs modules PV,

d’un onduleur, qui convertit le courant produit en courant alternatif, d’un dispositif
de protection et d’un compteur.

Installations hors réseau :

Les installations hors réseau se prêtent parfaitement à la production de courant

dans des zones isolées, dans lesquelles la sécurité d’approvisionnement est faible.
C’est aussi un des avantages de l’évolutivité du générateur photovoltaïque : de
quelques watts pour alimenter des appareils électroménagers, jusqu’à plusieurs
centaines de kWc, voire de MWc, pour l’électrification de mini-réseaux.

Mini-réseaux :

Dans le cas de ces mini-réseaux, un réseau séparé est alimenté par généralement
plusieurs installations photovoltaïques qui approvisionnent ainsi plusieurs maisons
voire des communes entières en électricité. On utilise ici principalement des
systèmes hybrides, autrement dit la combinaison d’installations photovoltaïques et

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d’autres installations de production d’électricité comme les alternateurs éoliens ou

des groupes électrogènes ( diesel) .

d- Le Potentiel Solaire au Maroc

Le solaire est certainement la source d’énergie renouvelable la plus importante au
Maroc. Avec plus de 3000 h/an d'ensoleillement, soit une irradiation de ~ 5
kWh/m2/jour, le Maroc jouit d'un gisement solaire considérable. Cette source d’énergie
constitue un potentiel particulièrement important surtout dans les régions mal desservies
en capacités de production électrique.

Figure 7 : Gisement solaire au Maroc selon la société d’investissement

énergétique marocaine (le potentiel Maroc)

Les énergies renouvelables font partie des objectifs du millénaire que s’est fixé le
Maroc: en 2030, le Maroc prévoit que la part de la puissance électrique installée en
énergie renouvelable (éolien, solaire, hydraulique) s'établira à 42% du parc de
production électrique total. L’Office National de l’électricité au Maroc a donc lancé un
vaste projet faisant appel à l’énergie éolienne et au solaire, le but étant d’augmenter la
production d’électricité pour le Maroc, mais aussi de vendre à l’Europe cette électricité
verte. Le Plan Solaire Marocain, axe majeur de ce projet prévoit la construction d’une

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capacité de production électrique utilisant l’énergie solaire de 2 GW entre 2015 et 2019.

Ce projet devrait permettre annuellement d'économiser en combustibles 1 million de
tonne équivalent pétrole et d'éviter l'émission de 3,7 millions de tonnes de 𝐶𝑂2 . Le projet
marocain, comportera 5 complexes solaires répartis sur le territoire. Les 2 GW prévus
correspondent à 38% de la puissance électrique totale installée actuellement au Maroc et
l’objectif de la capacité de production de 4 500 GWh de ces 5 sites solaires correspond à
18% de la production nationale actuelle.
e- Avantages et Inconvénients de l’Énergie Photovoltaïque
A. Avantages
La technologie photovoltaïque présente un grand nombre d'avantages :

 une haute fiabilité (elle ne comporte pas de pièces mobiles), qui la rend
particulièrement appropriée aux régions isolées. C'est la raison de son utilisation
sur les engins spatiaux.

 le caractère modulaire des panneaux photovoltaïques permet un montage simple

et adaptable à des besoins énergétiques divers. Les systèmes peuvent être
dimensionnés pour des applications de puissances allant du milliwatt au
Mégawatt.

 Leurs coûts de fonctionnement sont très faibles vu les entretiens réduits et ils ne
nécessitent ni combustible, ni transport, ni personnel hautement spécialisé.

 la technologie photovoltaïque présente des qualités sur le plan écologique car le

produit fini est non polluant, silencieux et n'entraîne aucune perturbation du
milieu, si ce n'est par l'occupation de l'espace pour les installations de grandes
dimensions.

B. Inconvénients

Le système photovoltaïque présente toutefois des inconvénients :

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 La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologique et

requiert des investissements d'un coût élevé.

 Le rendement réel de conversion d'un module est faible (la limite théorique pour
une cellule au silicium cristallin est de 28%).

 Les générateurs photovoltaïques ne sont compétitifs par rapport aux générateurs

Diesel que pour des faibles demandes d'énergie en région isolée.

 Lorsque le stockage de l'énergie électrique sous forme chimique (batterie) est

nécessaire, le coût du générateur photovoltaïque est accru.

f- Cellule photovoltaïque :

A. Définition :
Les cellules photovoltaïques (photon : grain de lumière et volt : unité de
tension) sont des composants électroniques à semi-conducteurs
(généralement faites de silicium sous ses différentes formes). Elles
convertissent directement l’énergie lumineuse en électricité courant continu
basse tension (effet photovoltaïque). Comme l’énergie lumineuse est le
soleil, on parle alors de cellules solaires.

Figure 8: Cellule Photovoltaïque

B. Principe de fonctionnement d'une cellule photovoltaïque

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Les cellules photovoltaïques exploitent l'effet photoélectrique pour produire du courant

continu par absorption du rayonnement solaire. Cet effet permet aux cellules de
convertir directement l’énergie lumineuse des photons en électricité par le biais d’un
matériau semi-conducteur transportant les charges électriques.

Le matériau semi-conducteur comporte deux parties, l’une présentant un excès

d’électrons et l’autre un déficit d'électrons. Ces deux parties sont respectivement dites
« dopées » de type n et de type p. Le dopage des cristaux de silicium consiste à leur
ajouter d’autres atomes pour améliorer la conductivité du matériau.

Un atome de silicium compte 4 électrons périphériques. L’une des couches de la

cellule est dopée avec des atomes de phosphore qui, eux, comptent 5 électrons (soit 1 de
plus que le silicium). On parle de dopage de type n comme négatif, car les électrons (de
charge négative) sont excédentaires. L’autre couche est dopée avec des atomes de bore
qui ont 3 électrons (1 de moins que le silicium). On parle de dopage de type p comme
positif en raison du déficit d’électrons ainsi créé. Lorsque la première est mise en
contact avec la seconde, les électrons en excès dans le matériau n diffusent dans le
matériau p.

Figure 9 : Constitution d'une Cellule Photovoltaïque

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Les photons arrachent des électrons aux atomes de silicium des deux couches n et p.
Les électrons libérés se déplacent alors dans toutes les directions. Après avoir quitté la
couche p, les électrons empruntent ensuite un circuit pour retourner à la couche n. Ce
déplacement d’électrons n’est autre que de l’électricité

C . Les Différents Types de Cellules Photovoltaïques à base du

silicium

- Cellules monocristallines : ce sont des cellules élaborées à partir d’un bloc de

silicium cristallisé en un seul cristal.

Figure 10 : Cellule Monocristalline

- Cellules polycristallines : ce sont des cellules élaborées à partir d’un bloc de silicium
cristallisé en forme de cristaux multiples, les cristaux sont orientés d’une manière
aléatoire.

Figure 11 : Cellule Polycristalline

- Cellules amorphes : Ces cellules sont composées d'un support en verre ou en matière
synthétique sur lequel est disposé une fine couche de silicium (l'organisation des atomes
n'est plus régulière comme dans un cristal).

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Figure 12 : Cellule Amorphe

D .Tableau comparatif des différents types de cellules photovoltaïques :

Technologie Monocristallin Poly cristallin Amorphe

Rendement Très bon rendement Bon rendement : 11 Rendement faible :

: 14 à 20 %. à 15 %. 5 à 9 %.

Durée de vie importante (30 ans) importante (30 ans) importante (20 ans)

Coût de élevé. meilleur marché que peu onéreux par

fabrication les panneaux rapport aux autres
monocristallins technologies

Puissance 100 à 150 Wc/m². 100 Wc/m². 100 Wc/m².

7 m²/kWc 8 m²/kWc. 8 m²/kWc.

Caractéristiques -Rendement faible -Rendement faible - Fonctionnement

sous un faible sous un faible correct avec un
éclairement. éclairement. éclairement faible.
- Perte de - Perte de - Peu sensible aux
rendement avec rendement avec températures
l’élévation de la l’élévation de la élevées.
température. température. -Rendement faible
en plein soleil.
-Performances
diminuant avec le
temps.

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Fabrication -Elaborés à partir -Elaborés à partir de Couches très minces

d’un bloc de silicium de qualité de silicium qui sont
silicium fondu qui électronique qui en appliquées sur du
s’est solidifié en se refroidissant verre, du plastique
formant un seul forme plusieurs souple ou du métal,
cristal cristaux. par un procédé de
- Couleur bleue - Ces cellules sont vaporisation sous
uniforme. bleues, mais non Vide
uniforme : on
distingue des motifs
créés par les
différents cristaux.
Part du marché 43% 47% 10%

Tableau 1: Tableau comparatif des cellules photovoltaïques

Le tableau comparatif (figure 10) révèle que le monocristallin a un très bon rendement,
mais aussi le plus chère, le poly cristallin a un bon rendement et moins chère que le
monocristallin, et enfin l’amorphe a un rendement faible en plein soleil mais son
fonctionnement n’est pas sensible aux faibles éclairements.

g- Une installation photovoltaïque :

Une installation solaire photovoltaïque est composée de 4 grands éléments :

 Des modules photovoltaïques ou panneaux solaires qui sont les seuls composants
présents dans toutes les installations
 Des batteries si on veut pouvoir consommer de l'électricité la nuit ou pendant des
périodes de faible ensoleillement
 Un onduleur s'il faut convertir le courant continu produit par les modules
photovoltaïques en courant alternatif
 Un régulateur solaire pour améliorer la durée de vie et le rendement de
l'installation.

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Figure 13 : Les Composantes d’une Installation Photovoltaïque

h- Rendement Photovoltaïque :

Le rendement photovoltaïque est un facteur très important pour les composants

photovoltaïques, il se définie comme étant le taux de conversion d’énergie des cellules
PV. Le rendement est aussi le pourcentage de l’énergie solaire qui est convertie en
électricité par l’intermédiaire d’une cellule solaire. Il caractérise ces composants et
définit leur performance.

Le rendement est fonction du type de semi-conducteur utilisé et est directement lié au

«band gap». Pour le silicium cristallin, le rendement théorique maximum est de 44 % .
Le silicium n’est pas le meilleur matériau, son «band gap» est de 1.10 eV, celui de
l’arséniure de gallium a un «band gap» quasi optimal de 1.4 eV. Le rendement
commercial des cellules monocristallines est de l’ordre de 12 à 17 % maximum.
Le rendement d'une cellule photovoltaïque est le rapport entre l'énergie électrique qu'elle
fournit et l'énergie du rayonnement reçue, c’est-a-dire le rapport :

Ƞ= 𝐸 é𝑙𝑒𝑐𝑡𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒/𝐸 𝑙𝑢𝑚𝑖𝑛𝑒𝑢𝑠𝑒

Conclusion :

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Dans ce chapitre, nous avons vu les différentes formes de l’énergie Solaire et plus
particulièrement l’énergie Solaire Photovoltaïque .Dans le chapitre suivante, nous allons
nous concentrés sur les systèmes d’éclairages extérieur.

Chapitre III : Etude du Système d’éclairage

actuel du CHU-FES
Dans ce chapitre, nous allons présenter le système d’éclairage extérieur de l’hôpital,
calculer la facture énergétique et déduire la part de l’éclairage extérieur.

1-Eclairage extérieur :

Les lampadaires d'éclairage public permettent d'illuminer l'ensemble de l'espace

public de la ville (zone piétonne, quartier résidentiel, rue, route...). Outre l'aspect
décoratif ou esthétique qu'ils peuvent apporter, ces lampadaires urbains offrent une
solution clé en main pour aménager et éclairer le paysage urbain ou rural. Il existe
plusieurs types de lampadaires :

- Lampadaire extérieur moderne

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- Lampadaire extérieur sur terrasse

- Lampadaire extérieur Led

- Lampadaire extérieur mural

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- Lampadaire extérieur boule

Le système d’éclairage actuel dans le CHU Hassan II utilise des lampadaires

extérieur boule contenant des lampes de type : lampe fluorescente compacte (LFC).

2- Lampe fluorescente compacte (LFC)

Qu'elles soient dites "à économies d'énergie", "fluo compactes" ou "basse

consommation", les ampoules économiques sont toutes des ampoules fluorescentes.
Contrairement aux ampoules classiques à incandescence. Ces ampoules économiques
reposent sur le pliage d'un tube fluorescent en 2, 3 ou 4, et sur la présence d'une poudre

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fluorescente qui permet de dégager de la lumière lors de l'envoi d'une décharge

électrique.

a- Fonctionnement :
Une électrode éjecte des électrons, qui excitent le mercure de l'ampoule. Celui-
ci se désexcite en générant des rayons ultra-violets, qui excitent en retour la couche
fluorescente à la surface de l'ampoule. Celle-ci émet la lumière blanche de la lampe.

Les ampoules fluorescentes sont dites économiques, car elles permettent de

réaliser des économies d'énergie. Là où une ampoule classique convertit 5% de son
énergie en lumière, une ampoule fluorescente en transforme près de 80% ! Selon les
estimations, une ampoule économique consomme ainsi jusqu'à 5 fois moins d'électricité
qu'une ampoule classique, et sa durée de vie est près de 8 fois supérieure.

b- Comparaison des coûts :

Les lampes basses consommation reviennent 2,5 fois moins chères que les lampes
classiques en fonctionnement. Le retour sur investissement est bien réel ; il varie
toutefois selon la performance et la durée de vie plus ou moins longue du modèle
considéré.

À ce jour, on ne trouve pas de bilan énergétique complet (tenant compte de la

fabrication et du recyclage) des lampes fluo compactes par les fabricants ou dans
d'autres éditions touchant l’environnement, l’énergie etc. La fabrication d'une lampe fluo
compacte consomme plus d'énergie que la fabrication d'une ampoule incandescente
(mais elle dure plus longtemps), sans parler des produits polluants utilisés et donc de son
recyclage.

En moyenne, les lampes fluorescentes consomment quatre à cinq fois moins

d'électricité, pour un flux lumineux équivalent.

Lampe fluorescente Lampe classique à incandescence

9 watts 40 watts
11 watts 50 watts
13 watts 60 watts

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15 watts 70 watts
20 watts 90 watts
27 watts 120 Watts

Tableau 2: Tableau Correspondances à l’équivalence de puissance

c- Calcul de la consommation actuelle

L’hôpital comporte 182 lampadaires contient 542 lampes fluorescentes compactes

(LFC).

Ces lampadaires sont distribués dans tout l’hôpital comme suit :

L’hôpital se compose de 3 parties :

 Hôpital des Spécialités;

 Hôpital Mère et Enfant;
 Hôpital d'Oncologie et de Médecine Nucléaire;

Hôpital des Hôpital mère et Hôpital

spécialités enfant d’oncologie et de
médecine
nucléaire
Nombre des 54 44 84
lampadaires
Nombre des 54*3=162 44*3=132 84*3=252
lampes
Consommation de 162*36=5832 132*36=4752 252*36=9072
chaque lampe
(Wh)
Consommation 5832*10=58320 4752*10=47520 9072*10=90720
pendant 10 H
(Wh/j)
Consommation 58320*30=1749.6 47520*30=1425.6 90720*30=2721.6
mensuelle
(KWh/mois)
Consommation 1749.6 +1425.6 +2721.6 = 5896.8
totale ( KW/mois)

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Tableau 3 : tableau de calcul de la consommation totale

d’éclairage extérieur

d- Facture énergétique :

On a la consommation de tous les lampadaires dépasse 500KWh/mois.

Sachant que le prix du KWh est 1.5420 DH, on peut donc calculer le cout global :

1 KWh 1.5420

5896.8 KWh X

Alors :

X = 1.5420 *5896.8 = 9092.86 DH

Le prix estimé de la facture mensuelle de l’électricité pour l’éclairage extérieur est donc
: 9092.86 DH

e- Les factures d’électricités de l’hôpital de l’année

2015

La facturation moyenne tension couvre l'ensemble des opérations effectuées, en

vue de l'établissement des factures MT correspondantes à une période mensuelle
de consommation d'électricité. La facture est basée sur le relevé mensuel des
compteurs numériques. Ces compteurs sont programmés pour mémoriser les index
anciens et nouveaux.

 Tarif général Moyenne Tension :

La tarification de la RADEEF est définie dans le cadre de la politique énergétique
nationale, elle doit englober toutes les charges d'investissement et d'exploitations
relatives à la production de l'électricité. Cette tarification actuelle présente trois postes
horaires durant douze mois.

 Les postes horaires sont définis comme suit :

Postes Horaires Hiver Eté
Du 01/10 au 31/03 Du 01/04 au 30/09

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Heures de pointe 17h à 22h 18 h à 23h

(HP)
Heures normales 07h à 17h 07h à 18h
(HN)
Heures Creuses(HC) 22h à 07h 23h à 07h

Tableau 4 : Les Postes Horaires

 Tarifs de vente (en DH TTC) :

Le tableau ci-dessous montre les tarifs de vente des différents postes horaires.

Prime fixe par KVA et par An 466.02 DH

Heures de pointe (HP) 1.164650 DH

Heures normales (HN) 0.813510 DH

Heures Creuses (HC) 0.536320 DH

Tableau 5: tableau Comparatif des Prix de l’électricité par Poste

Horaire

On remarque que la facturation des heures de pointe est plus chère par rapport aux
heures normales et aux heures creuses.

 La puissance souscrite
 La puissance souscrite : une caractéristique du contrat de fourniture
d'électricité. Il s'agit d'une indication de puissance maximale qui ne doit pas être
franchie.
Dans le CHU, la puissance souscrite est égale à : 1200KVA
 La puissance appelée
 La puissance appelée : C’est la puissance maximale demandée par le
client.
Remarque :

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FST FES

La puissance appelée par l'hôpital ne doit pas dépasser la puissance souscrite, au cas de
dépassement de cette puissance l'hôpital paye une pénalité.

 Analyse des factures (2015)

Le tableau ci-dessous présente les consommations de l’année (2015) selon les postes
horaires définis par la RADEEF :

2015 Heures Heures Heures de Energie

normales Creuses pointe Active
(KWh) (KWh) (KWh) (KWh)
Janvier 269660 199220 125540 594420
Février 248000 183680 112240 543920
Mars 239100 176840 107700 523640
Avril 263120 155360 108040 526520
Mai 351820 205340 143600 700760
Juin 410120 233260 168440 811820
Juillet 545760 319600 231820 1097180
Aout 468600 286400 205680 960680
Septembre 360340 221680 153160 735180
Octobre 315000 239240 144680 698920
Novembre 2785400 209320 129580 617440
Décembre 280920 216880 131940 629740
4030980 2462010 1762420 8440220
Total
(KWh)
Tableau 6 : La Consommation de l’année 2015

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les heures Normales

600000

500000

400000

300000

200000

100000

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

consommation heures Normales en KWh

les heures creuses

350000
300000
250000
200000
150000
100000
50000
0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Consommation heures creuses en KWh

les heures de pointe

250000

200000

150000

100000

50000

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Consommation heures de pointe en KWh

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FST FES

Consommation facturée 2015

1200000

1000000

800000

600000

400000

200000

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Consommation en KWh

Montant de l'année 2015 en DH

1200000

1000000

800000

600000

400000

200000

0
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

Montant DH

L’analyse du tableau et des histogrammes nous permettent de déduire les conclusions

suivantes :

- La consommation moyenne (2015) est de 703351.667 kWh/mois avec des pics à

plus de 1097180 KWh pendant le mois de juillet

- La consommation augmente au mois d’été du fait de la mise en marche des

groupes froids pour la climatisation des bâtiments.

- On remarque que la facture du mois de juillet est 1102265,25DH. Cette facture

est donc très chère.

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- La consommation moyenne des heures normales est : 335.915 MWh

- La consommation moyenne des heures creuses est : 205.1675 MWh

- La consommation moyenne des heures de pointe : 146.8683 MWh

On remarque que la moyenne des heures creuses est très élevée par rapport aux heures
de pointe et aux heures normales.

Lorsque nous étudions le système d’éclairage extérieur, on s’intéresse alors aux heures
de pointe et aux heures creuses.

De même, le tableau et tous les graphes permettent de déduire le pourcentage de

l’éclairage extérieur par rapport à la facture d’électricité totale de l’hôpital. Il vient
alors :

La puissance totale consommée est 8440.22 MWh/mois

La puissance consommée dans l’éclairage extérieur est 5.8968MWh

Donc la part de l’éclairage extérieur est :

5896.8
Pourcentage % = *100 = 0.06%
8440220

Cette consommation reste donc très faible et même négligeable par rapport à la
consommation globale.

Conclusion :

Dans ce chapitre nous avons étudié le système d’éclairage et nous avons calculé le
pourcentage d’éclairage extérieur ainsi que le pourcentage de sa consommation
par rapport à l’hôpital entier.

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Chapitre IV : Les Solutions proposées pour

l’optimisation de la consommation
1-installation des panneaux solaires au système
d’éclairages extérieur actuel :

a-Plaque photovoltaïque :

On distingue trois types des cellules photovoltaïques :

 cellule photovoltaïque monocristalline

- Avantages :

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 Très bon rendement (environ 150 Wc/m²)

 Durée de vie importante (+/- 30 ans)
- Inconvénients :
 Coût élevé
 Rendement faible sous un faible éclairement
-Aspect énergétique

 Rendement module commercial : 12 à 20%

 Rendement record en laboratoire : environ 25%
-Aspect économique
 Coût élevé

 cellule photovoltaïque poly cristalline

- Avantages :
 Bon rendement (environ 100 Wc/m²)
 Durée de vie importante (+/- 30 ans)
 Meilleur marché que le monocristallin

-Inconvénients :
 Rendement faible sous un faible éclairement.
-Aspect énergétique

 Rendement module commercial : 11 à 15%

 Rendement record en laboratoire : environ 20%
-Aspect économique
 Ce type de cellules ont pour l’instant le meilleur rapport qualité / prix

 Cellule photovoltaïque amorphe

- Avantages :
 Fonctionnent avec un éclairement faible
 Bon marché par rapport aux autres types de cellules
 Moins sensible aux températures élevées
-Inconvénients :

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 Rendement faible en plein soleil (environ 60 Wc/m²), les cellules en

couche mince nécessite une surface plus importante pour atteindre les
mêmes rendements que les cellules épaisses
 Durée de vie courte (+/- 10 ans), performances qui diminuent
sensiblement avec le temps
-Aspect énergétique

 Rendement module commercial : 5 à 9%

 Rendement record en laboratoire : environ 13,4%

-Aspect économique

 Peu onéreux par rapport à les autres

b-Dimensionnement :

Dimensionnement d'un système photovoltaïque est essentiel pour son bon

fonctionnement et pour la satisfaction de l'utilisateur.

Les méthodes de dimensionnement diffèrent essentiellement selon le type de

raccordement, c'est à dire si le système est connecté au réseau électrique ou s'il en est
indépendant ou "isolé".

Dans tous les cas il est nécessaire de connaître :

1. le besoin
2. Le gisement d'énergie solaire du lieu concerné
3. le choix des modules photovoltaïques, leur implantation et la structure support
4. le choix des composants électriques assurant la régulation et la protection du
système
5. la mise en œuvre : câblage, maintenance

c-Régulateur :

Gère le niveau d'énergie stockée dans les batteries :

- il limite la charge quand la batterie est complètement chargée
- il ralentit la décharge afin d’éviter les décharges profondes.

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les régulateurs solaires MPPT (Maximum Power Point Tracking ou recherche du point
de puissance maximum) permettent de tirer de meilleures performances des panneaux
solaires.

Les régulateurs MPPT permettent non seulement d'augmenter la production d'énergie

d'une installation, mais ils prolongent aussi la durée de vie des batteries.

d-Batterie :
Il existe 4 types de batteries :

 les batteries au plomb ouvertes

 les batteries AGM
 les batteries gel, batterie sans entretien
 les batteries ion lithium

Enfin, la durée de vie de la batterie est liée à la température extérieure et au nombre de

cycle de charge décharge.

e-Lampadaire photovoltaïque :

Un lampadaire solaire est un système complètement autonome qui permet de produire, stocker et
utiliser de l'énergie, et tout ça sur un même lieu. le principe de fonctionnement d'un lampadaire
photovoltaïque implique un générateur d'énergie, une ou des batteries d'accumulateur permettant
l'usage de l'énergie produite en temps différé et un régulateur de charge permettant de protéger
les batteries et de piloter l'ensemble de l'installation.

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Figure 14 : les panneaux Solaires installés

 Mécanisme

- Un lampadaire solaire équipé de batteries et d’un contrôleur/régulateur de

charge, l’ensemble n’étant pas relié au réseau national de distribution électrique.
Un lampadaire solaire photovoltaïque se caractérise par la présence d’un
générateur électrique (module photovoltaïque) qui capte l’énergie naturelle, un
parc batteries qui la stocke et un régulateur qui la transforme en courant
électrique permettant d’allumer une ou des lampes basse consommation.
L’énergie ainsi captée par le lampadaire solaire et ses générateurs est stockée
dans des batteries en attendant d’être restituée automatiquement ou non sous
forme de rendement lumineux à la tombée de la nuit.

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Figure 15 : les composantes de lampadaire

photovoltaïque

f-Etude pratique :

D’après le logiciel tecsol.fr on trouve ces résultats :

Besoins moyens 1080 (Wh/j)

 Dimensionnement champ photovoltaïque

Puissance Crête 960 (Wc)

Puissance 1 module 40 (Wc)

Tension unitaire module 12 (V)

Nombre total de modules 24

Nbre modules en série 2

Nbre de branches en parallèle 12

Surface approximative des

10 (m2)
modules

Intensité maximum de charge 28 (A)

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 Dimensionnement Batterie

Nbre jours d'autonomie 6

Profondeur de décharge maxi 70 (%)

Tension batterie 24 (V)

Tension de distribution 24 (V)

Capacité batterie 400 (AhC100)

Durée de recharge 14 (h)

Taux de cyclage nominal 11,25 (%)

 Dimensionnement Chargeur

Capacité 20 (A)

Puissance 800 (W)

Puissance mini du groupe 960 (VA)

 Le coût

Le prix de cette plaque est 1100 DH.

 Calcul de coût total

On a le prix d’une seule plaque est 1100 DH

Et 182 lampadaires alors :

Coût total = 1100*182 =200200 DH

On remarque que le Coût est très cher pour installer les panneaux solaires dans tout

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l’hôpital mais une fois fixés, l’hôpital ne payera que les frais de maintenance et zéro
dirham pour la facture énergétique pour l’éclairage extérieur.

2- utilisation d’un autre système d’éclairage

extérieur :

a- led

LED est une abréviation anglaise de Light Emitting Diode (ou Diode Electro
luminescente, DEL) qui désigne un composant électronique.
A la source de la technologie LED, ce composant présente la particularité d’émettre de
la lumière lorsqu’il est alimenté par un courant électrique.
Intégrées à la famille des composants optoélectroniques.
les LED ou DEL sélectionnées par Éclairage Commerce développent environ 100
lumens par watt
Cette caractéristique en fait une source lumineuse les
plus performantes, économiques et durables.

Figure 16 : LED

b- Durée de vie des LED

La durée de vie des LED dépend :

1. de la température

2. des couleurs LED

 Groupe 1 : LED blanche, bleue, verte

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 Groupe 2 : LED rouge et ambre

3. des hypothèses de calcul retenues

 Taux de mortalité retenue

 Chute de flux retenue

c- avantages :

 Facilité de montage sur un circuit imprimé

 Consommation inférieure aux lampes à incandescence et du même ordre de
grandeur que les tubes fluorescents
 Taille beaucoup plus réduite que les lampes classiques
 très faible consommation électrique et avec un bon rendement.
 Durée de vie beaucoup plus longue qu’une lampe à incandescence classique ou
qu'une lampe halogène

d-Inconvénients :

 le prix à l’achat des lampes à LED reste plus élevé

 Selon le constructeur Philips, l'efficacité lumineuse de certaines LED baisse
rapidement pour ne plus produire en fin de vie que 20 % de la quantité de
lumière initiale

e- lampadaire solaire à led

Ce type d’éclairage est particulièrement adapté pour assurer l’éclairage des sites isolés,
Une simple batterie permet, en effet, d’assurer une grande autonomie d'éclairage sans
avoir besoin d’être rechargée. Ce type d'installation, peu gourmande en énergie, peut
être alimenté avec des panneaux solaires photovoltaïques de faible puissance.

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f-Etude Comparative

Une led a une puissance 12 Wh et les lampes basse consommation a une puissance 36
Wh
donc :
la Consommation des lampes économiques est 5896.8 KWh/mois qu’on a calculé dans
le chapitre 2
pour les leds :
on a :
182 lampadaires et 3 lampes
La consommation est : 182*3 = 546 lampes
Et 546*12 =6552 Wh
Pendant 10H : 6552*10 =65520 Wh/j
Pour un mois 65520*30 =196560 Wh/mois = 196.56 KWh/mois
La consommation des leds est fiable devant la consommation des lampes économiques

On déduit que l’utilisation des leds est très efficace pour réduction le facture
d’électricité et mieux si on a les fixes avec les panneaux solaires.

Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons étudié quelques Méthodes pour l’optimisation les factures
d’électricités à savoir les lampadaires solaires et les led.

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Conclusion Générale

Le travail présenté dans ce rapport de projet de fin d’étude réalisé à l’Hôpital

CHU de Fès porte sur une étude sur l’énergie Solaire et essentiellement sur l’énergie
Solaires Photovoltaïques dans le but de réduction la consommation de facture
d’électricité .

Dans un premier temps, nous avons donné un aperçu général sur l’énergie solaire et
ses caractéristiques, l’énergie photovoltaïque ainsi que les différents types de systèmes
photovoltaïques existants. Les avantages et les inconvénients du photovoltaïque et le
potentiel solaire au Maroc. La définition et le principe de fonctionnement de la cellule
photovoltaïque, son rendement, les différents types de cellules disponibles.

Nous avons vu, dans un deuxième temps, le système d’éclairage extérieur, le type
de lampe utilisé, leur avantage et leur inconvénient, et le fonctionnement de cette
dernière. Enfin, nous avons mené une étude sur les factures d’électricités de l’année
2015 afin de montrer la part de l’éclairage extérieur.

Finalement, nous avons proposé des solutions pour optimiser la consommation qui
sont :

- l’implantation des panneaux solaires dans l’hôpital CHU

- Utilisation un autre type d’éclairage extérieur à l’aide de LED

Ce stage que j’ai effectué à CHU de FES, m’a permis d’acquérir beaucoup de
compétences et de connaissances concernant les panneaux photovoltaïques. En outre, il
m’a aussi permis de me rendre compte de la place que prend l’éclairage de l’extérieur
par rapport à l’éclairage de tout l’hôpital et finalement de proposer quelques solutions
pour optimiser cette consommation.

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Bibliographie

 Rapport « optimisation de la consommation d’énergie électrique » said Rmich,

2014.

 Factures d’électricité Moyenne Tension Général de la RADEEF, 2015.

 Rapport « Etude comparative de panneaux Solaires photovoltaïques à Ifrane »

Loudiyi Khalid.2015

 Le Baromètre 2015 des énergies renouvelables électriques en France

Réalisé et édité par Observ’ER.

 L’habitat : Produire de l’électricité grâce a l’énergie Solaire, Janvier 2015

Webographie

http://Ecomomie.fog.be
http://www.one.ma
http://www.radeef.ma
http://innergex.com
http://yinglisolar.com
http://renewable-made-in-Germany.com
http://www.redura.fr

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