Design of photovoltaic energy systems for isolated communities

Sow, Abdoulaye (2019). Design of photovoltaic energy systems for isolated communities. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Access to energy has always played a significant role in economic, social, and human development. However, nowadays 1.3 billion people still do not have access to electricity. The majority of these communities live in rural areas of underdeveloped countries. To face this issue, decentralized PV systems are suitable solutions for household electrification and water pumping. In addition, with the recent drop of PV panel’s and batteries cost, more sophisticated systems that integrate power management control strategies appear.

To support this implementation, different tools and programs helping a precise and optimal sizing of this system were made available. PV SOL, PV SYST, HOMER or iHOGA can be cited as example of prediction programs. Nonetheless, in spite of the level of sophistication of these different programs, a free access program allowing an accurate, precise and optimal design of PV-battery systems is still needed.

This thesis presents a program that uses genetic algorithm for the optimal sizing of PV-battery systems. The program was developed in Python. It simulates the behaviour of PV-battery systems installed in any location where meteorological data is available. The optimal number and the type of PV modules, batteries and inverters are provided as a result. In addition, an evolutive, adaptable, alterable data bank of the different components of the system is readily available.

In this thesis, a house, a school, floors lamps and a health care center for the remote community of ELDORET in Kenya are analysed as a case study. The optimal PV-Battery systems designed by the program were compared to the result of a classical sizing method and other software like iHOGA and HOMER. The validation process revealed a maximum gap of 12% between the program and iHOGA. A gap that can be attributed to a modelling difference.

The results were found to be in fair agreement with other predictions and therefore it is believe that the novel, free and adaptable program meets the need of remote communities when it comes to design optimal PV solar systems.

Titre traduit

Conception d'un système d'approvisionnement énergétique photovoltaique pour communautés isolées

Résumé traduit

L'accès à l'énergie joue un rôle important dans un processus de développement économique social et humain. Cependant, de nos jours 1,3 milliard de personnes n'ont toujours pas accès à l'électricité. La majorité de ces communautés vivent dans les zones rurales des pays sous développés. Pour faire face à cette question, les systèmes PV décentralisés constituent des solutions appropriées pour l'électrification et le pompage de l'eau. De plus, avec la récente baisse des coûts des panneaux photovoltaïques et des batteries, des systèmes plus sophistiqués intégrant le contrôle de l’énergie produite en fonction du niveau de consommation ont été développés.

Pour soutenir cette implantation, des logiciels et outils numériques permettant un dimensionnement précis et optimal de ces systèmes ont été développés. PV SOL, PV SYST, HOMER ou iHOGA peuvent être cités comme exemples de logiciels de prédiction. Néanmoins, malgré le niveau de sophistication de ces programmes, il existe un besoin de proposer un logiciel de prédiction simple, évolutif, précis et gratuit pour permettre aux communautés isolées de calculer les systèmes dont elles ont besoin.

Ce mémoire présente un programme qui utilise un algorithme génétique pour le dimensionnement optimal d’un système PV-batteries pour électrifier les communautés hors réseau. Le programme a été développé en Python. Il simule le comportement des systèmes PV-batteries installés dans tous les endroits où des données météorologiques sont disponibles. En outre, une banque de données modifiable, adaptable et évolutive avec le temps des différents composants du système est disponible.

Dans ce mémoire, une maison, une école, des lampadaires et un centre de santé situés à ELDORET au Kenya sont analysés comme cas d'étude. Les systèmes PV-batteries optimisés conçus par le programme ont été comparés à iHOGA et HOMER. La validation a révélé un écart maximal de 12% entre les résultats du programme et ceux de iHOGA. Ceci pouvant être alloué à une différence de modélisation.

La gratuité, l’évolutivité et la future disponibilité du programme permet d’affirmer qu’un logiciel simple sera désormais disponible pour les communautés isolées qui ne peuvent accéder aux logiciels commerciaux.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Manuscript based thesis presented to École de technologie supérieure in partial fulfillment for the degree of master in mechanical engineering". Comprend des références bibliographiques (pages 101-104).
Mots-clés libres:	décentralisé, photovoltaïque, dimensionnement, optimisation, algorithme génétique
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Rousse, Daniel R.
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie mécanique
Date de dépôt:	02 déc. 2019 20:44
Dernière modification:	09 déc. 2019 20:26
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/2418

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