AMÉLIORATION DE L’EFFICACITÉ ÉNERGÉTIQUE EN ÉCLAIRAGE PHOTOVOLTAÏQUE Ά LEDs DE LA SALLE DE CONFÉRENCE DE L’UDES

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L'éclairage a beaucoup évolué ces dernières années avec l'introduction de lampes fluorescentes compactes (CFL), lampes fluorescentes linéaires (LFL) et les diodes électroluminescentes (LEDs) qui ont l'obtention d'une nouvelle
   1 9 èmes  JOURNEES SCIENTIFIQUES ET TECHNIQUES 08 au 10 avril 2013, Centre des Conventions d’Oran  , Algérie AMÉ LIORATION DE L’EFFICACIT É ÉNERGÉTIQUE EN ÉCLAIRAGE PHOTOVOLTAÏQUE Ά  LEDs DE LA SALLE DE CONFÉ RENCE DE L’UDES  Meflah Aissa, Abderrazak Mahfoud, Rahmani Hachemi , Hatti Mustapha   UDES, Unité de Développement des Equipements Solaires, EPST  –   CDER   Route nationale N˚11, BP 386, Bou -Ismail, 42415, Tipaza, ALGERIA Tél : (213) 024410200 E-Mail: walid.aissa@yahoo.fr  Résumé - L'éclairage a beaucoup évolué ces dernières années avec l'introduction de lampes fluorescentes compactes (CFL), lampes fluorescentes linéaires (LFL) et les diodes électroluminescentes (LEDs) qui ont l'obtention d'une nouvelle génération d'éclairage de la lampe efficace. Les composants LED deviennent le choix meilleur pour la rue et les situations d'éclairage public quand ils sont alimentés par l'énergie photovoltaïque. Dans ce travail, nous présentons une étude de la distribution d’ éclairement dans une salle de conférence sise à notre unité de développement des équipements solaires (UDES) qui est alimenté avec une centrale photovoltaïque de 12kw, avec le logiciel DIALux pour caractériser ce système photovoltaïque à éclairage LED, cet outil de simulation est un software fondamental pour les chercheurs, les architectes et les décorateurs d'intérieurs puisqu'il permet de planifier l'éclairage extérieur et intérieur d'un espace concret. Une analyse photométrique des paramètres d'éclairage complètes (hauteur des luminaires, la puissance installée, courbes isolux du plan utile, etc.) est présentée. Cette étude montre l'importance de l'utilisation des LEDs blanches pour les applications d'éclairage public notamment les salles de conférences. Mots-clefs : Photovoltaïque, éclairage, LEDs, efficacité énergétique, DIALux. 1. INTRODUCTION Les LEDs blanches sont une nouvelle génération de composants d'éclairage qui ont un rendement énergétique élevé et une durée de vie très importante [1]. Les composants LED deviennent le choix meilleur pour la rue et les situations d'éclairage public quand ils sont alimentés par l'énergie photovoltaïque [2]. L'utilisation des composants LED assure une économie d'énergie. Dans cette étude, nous présentons une étude de la distribution d’éclairage dans la salle de conférence sise à UDES, à laquelle on va faire une comparaison entre une installation avec des lampes fluorescentes linéaires (LFL) et une autre avec des lampes à LED blanche. Les résultats obtenus ont montré les performances des LED par rapport à l’utilisation LFL. Les LEDs sont les principales sources de lumière à semi-conducteurs. À l'heure actuelle, les ampoules à incandescence et les lampes fluorescentes sont utilisées comme sources lumineuses pour de nombreuses applications. Toutefois, ces sources de lumière conventionnelles sont sources lumineuses traditionnelles en verre sous vide de type avec son manque de fiabilité et de durabilité et un faible rendement lumineux. Dans le passé, les circuits électroniques ont été faits de tubes à vide en verre, en dépit de leur manque de fiabilité et de durabilité. Maintenant, tous les circuits électroniques sont très fiables circuits semi-conducteurs à l'état solide [3]. La dernière décennie a vue un nombre important de travaux relatifs aux matériaux utilisés dans les LEDs et encore plus de travaux sur les applications des LEDs dans de nouveaux édifices. (M. Fathi et al. 2012) ont étudié les effets thermiques sur les LEDs Blanches [4], (Yoshi Ohno et al. 2004) “National In stitute of Standards and Technology” MD, USA [ 5] a présenté différents modèles LEDs blanches ont été analysées par simulation sur leurs performances de rendu des couleurs avec aspects de l'efficacité énergétique. Les résultats ont fourni quelques conseils pour la conception de multi puce et de phosphore de type LEDs blanches. Sally Caird, Robin Roy et Horace Herring ont fait une étude comparative entre une lampe CFL (lampe fluorescente compacte) et LED [6], dans laquelle ils ont montré l’efficacité énergé tique des lampes, concernant la réduction de la facture de carburant / économiser de l'argent pour CFL : 217 (82%) et pour LED : 12 (34%), et aussi pour Le souci de l'environnement/global réchauffement/réduire les émissions de pour CFL : 218 (82%) et pour LED : 4 (11%). Dans ce papier, on va présenter premièrement la technologie des LEDs et leurs avantages, après on va citer les caractéristiques des luminaires utilisés, en fin on va exposer nos résultats obtenues et les commenter. 2. L’ECLAIRAGE A LED E T SES AVANTAGES Un éclairage p hotovoltaïque fonctionne avec l’ énergie solaire captée par des panneaux solaires et transformée en électricité, l ’énergie photovoltaïque est produite grâce aux cellules présentes dans les panneaux solaires. Celles-ci produisent du courant continu à partir des   2 photons issus du rayonnement solaire. Inépuisable, l’énergie photovoltaïque contribue à limiter les émissions de CO 2   dans l’atmosphère et constitue une alternative aux énergies fossiles. Les lampes LEDs destinées à un éclairage extérieur, bénéficient de cette technologie renouvelable et respectueuse de l’environnement.  Les LEDs sont utilisées depuis une quarantaine d'années, principalement pour des applications de signalisation (calculatrice, voyant d'appareil électromé nager…). La technologie des LEDs n'a cessé de progresser depuis. Même si aujourd'hui encore l'éclairage à LEDs n'est pas toujours synonyme d'économie d'énergie mais plutôt de longévité. Selon l'Agence internationale de l'énergie, l'éclairage engendre 1700 millions de tonnes de CO2 et absorbe 19% de la production d'électricité de la planète. Dans certains secteurs d'activité comme le secteur tertiaire, l'éclairage représente près de 35% de la facture énergétique. La technologie des LEDs est une technologie relativement nouvelle et quelque 40% des non-adoptants des LED le manque de disponibilité mentionnés et les prix élevés. Environ un tiers des non-adoptants des LED ont également dit qu'ils ont été dissuadés par leur incompatibilité avec les raccords existants et / ou leur qualité de lumière et le manque de luminosité. Mais beaucoup de gens ne savent pas ce que l'éclairage LED est et ils souhaitent obtenir des informations de plus en plus à ce sujet [6]. Dans la consommation des ménages, on estime à 24% cette valeur de la facture d'où un intérêt certain et un engouement grandissant tant sur le plan des économies que sur le plan écologique. L'ampoule à LEDs, contrairement aux ampoules Fluo compactes, ne comporte aucun gaz et la technologie se développant très rapidement nous pouvons affirmer aujourd'hui qu'elle est le meilleur compromis entre émission lumineuse et consommation électrique. D’après le tableau 1, On constate par exemple que l'ampoule halogène est à peine supérieure à l'ampoule incandescente tandis que les ampoules fluorescentes et LED offrent de bien meilleurs rendements lumineux. TABLEAU 1 Comparatif de rendements lumineux et de durées de vie Technologie Rendement (lumen par watt lm/W) Durée de vie moyenne (heures) Lampe incandescente 12-20 lm/W 1 000h - 1 200h Lampe halogène 18 - 25 lm/W 2 000h - 3 000h Lampe fluorescente LFL 60 - 80 lm/W  6 000h -15000h Lampe à LED 40 - 140 lm/W   50 000h-100000 h   2. CARACTÉRISTIQUES DES LUMINAIRE  2.1 Caractéristiques de la lampe fluorescente Dans ce travail on va étudier la lampe fluorescente Philips « TL-D Standard Colours18W/54-7651SL » Figure 1, qui est utilisé actuellement dans la salle de conférence. Fig. 1. Luminaire fluorescent Philips TL-D 18W/54-7651SL. Ses caractéristiques sont :    Ampoule T8 [26 mm].    Vie à 10% défaillance 10000 hr.    Vie à 50% défaillance 13000 h.    Code couleur 54-765.    Indice de rendu de couleurs 72 Ra8.    Température de couleur 6200 K.    Flux lumineux lampe 1050 Lm.    Luminance moyenne 0,75 cd/cm2 [7].  2.2 Caractéristiques du luminaire LED Le luminaire LED proposé est « NAUTA_SNAP32 74W » Fig.2, qui a une très bonne efficacité lumineuse (86 lm/w) ce qui lui permet de bien remplacer le luminaire fluorescent qui a une efficacité lumineuse ne dépasse pas 60 lm/w.   3 Fig. 2. Luminaire fluorescent Philips TL-D 18W/54-7651SL. Ces caractéristiques sont :    Haute qualité grâce à l’indice de rendu de couleurs élevé.    L'uniformité optimisée de la lumière.    Dissipateur de chaleur intégré.    fixation réglable.    Couleur: Gris G1.    La température de couleur: 3500K.    Photométries: éclairement asymétrique orientée.    Performance: 91%.    Durée de vie:> 50.000 h [8]. 3. OBJECTIFS & RÉSULTATS  Dans la présente étude, nous nous concentrerons en particulier sur les caractéristiques photométriques de la salle de conférence. On étudie la répartition spatiale de l'intensité lumineuse du luminaire fluorescent LFL d’une part et de luminaire LED d’une autre part, nous avons fait notre étude à l’aide du logiciel DIALux.    3.1 Le logiciel DIALux DIALux est un logiciel complet gratuit proposé par DIAL pour planifier professionnellement l’éclairage est ouvert aux luminaires de tous les fabricants. Ce logiciel créé par des planificateurs est destiné aux planificateurs. Plusieurs centaines de milliers de planificateu rs d’éclairage l’utilisent dans le monde, et ce nombre augmente quotidiennement [9]. Fig. 3. Projets réalisés avec DIALux. Ce travail a permis de tracer des diagrammes isolux de l'éclairage obtenu dans le sol avec le luminaire. Chaque diagramme courbe isolux rassemble tous les points ayant la même valeur de luminance (lux).  3.2 Caractéristiques de la salle de conférence La salle de conférence étudiée, se trouve à l’unité de développement des équipements solaires (UDES) qui est alimenté avec une centrale photovoltaïque de 12kw, cette salle à une surface de 409.05 m 2 , et 7.62 m de hauteur. Fig. 4. La salle conférence de l’UDES  alimentée avec une installation photovoltaïque connectée au réseau. a)   Vue extérieure de la salle de conférence. b)   Vue intérieure de la salle. Fig. 5. Projet 3D de la salle conférence réalisé avec DIALux.   4  3.2 Les courbes isolux La courbe Isolux nous informe sur la variation d’éclairage sur le terr  ain pour un luminaire donné. La Fig.6 montres qu’on peut obtenir des valeurs d’éclairement environs 300 lux avec les LED, par rapport aux lampes fluorescentes que la valeur maximale d’éclairement est 280 lux Fig. 7, ce qui montre clairement l'avantage des luminaires LEDs. Fig. 6. Courbe isolux obtenus avec l’éclairage par lampes LFL. Fig. 7. Courbe isolux obtenus avec l’éclairage LED s Fig. 8. Graphique de valeurs de l’éclairage par lampes LFL. Fig. 9. Graphique de valeurs de l’éclairage à LEDs  3.3  La distribution de l’intensité d’éclairage Les courbes de distribution de l’intensité de  la lumière sont généralement représentées dans les diagrammes polaires parce que ce format nous permet de visualiser l’orientation et la  distribution de la lumière de la lampe.   La distribution d’intensité   lumineuse d’une lampe dépend du type de réflecteur, la protection et la sélection du ballast. Il est supposé que la position de montage du luminaire est à l’intersection  des deux axes (horizontal et vertical), et le 0° est au dessous du luminaire. D’autres angles qui représentent les différents lieux d’une cellule photoélectrique  qui se déplace dans un mouvement circulaire autour de la lampe sont marqués sur le diagramme aussi.   5 Si la distribution de la lumière n’est pas symétrique dans toutes les directions au tour de l’axe  vertical, comme une luminaire 600x1200mm, les valeurs d’intens ité lumineuse peut être pris dans une série de plans verticaux a la luminaire. Les plans présentés dans les rapports photométriques sont de 0°, 22,5°, 45°, 67,5° et 90°. Les plus couramment utilisés dans la pratique de l’éclairage  sont de 0° (ou parallèlement aux axes du luminaire), 90° (ou  perpendiculaire à l’axe  du luminaire) et à un angle de 45° à l’axe du  luminaire. La distribution de l'intensité lumineuse d'un luminaire est déterminée en mesurant son éclairement à une distance donnée dans toutes les directions, DIALux nous a permis d’avoir   cette distribution en 3D, comme les figures si dessous l’indique.   D’après les Fig. 10 et Fig.11, on remarque que la distribution d’éclairage obtenue avec les LED est supérieure à celle des Lampes fluorescentes, qui montre les performances de l’éclairage à LED par rapport à celui des lampes fluorescentes, grâce à l’efficacité lumineuse élevée des lampes LED utilisées (environs 86 lm/w). Fig. 10. L’intensité d’éclairage obtenue avec l’éclairage par lampes LFL. Fig. 11. L’intensité d’éclairage obtenue avec l’éclairage LED  TABLEAU 2 Valeurs d’éclairement  E moy  [lx] E min  [lx] E max  [lx] E min  /E moy  E min  /E max  Avec Lampe LFL 148 6.91 280 0.047 0.025 Avec LED 161 16 267 0.1 0.06 Le tableau 1 montre quelques résultats de calcul des valeurs d'éclairement différentes: E moyen, E minimale, maximale… dans un plan utile de hauteur 1.2m dans la salle étudiée, on remarque que les résultats pour les lampes LED sont supérieurs à ceux obtenus par les lampes fluorescentes surtout l’éclairem ent moyen de la salle avec les LEDs qui est environ 161 lx par rapport à l’autre qui est 148 lx.   TABLEAU 3 Comparaison des résultats techniques des deux luminaires   Lampe Fluorescent LFL Lampe à LEDs Efficacité lumineuse 60 lm/w 86 lm/w Température de couleur 6200 K 3500 K Angle de rayonnement 130° 130° Indice de rendu de couleurs 72 › 90  Puissance installée spécifique 5.78 W/m² 4.34 W/m² Puissance totale consommée pour la salle 2380 watts 1776 watts Pourcentage de la puissance consommée 19.83 % 14.8% Le tableau 2, montre les performances techniques de l’utilisation des lampe LED par rapport aux lampes fluorescentes, la puissance totale consommée par les LEDs (1776w) est inférieure à celle consommée par les lampes fluorescentes (2380w) par rapport à la puissance totale fournie à la salle de conférence 12KW, donc on peut économiser 604 watts, soit un gain de 2 5% et obtenir les même distribution d’éclairage obtenue avec les lampes LFL, d’après l’agence internationale de l’énergie [ 10 ], l’éclairage représente actuellement environ 19% de la production électrique mondiale, donc d’après ce travail nous avons diminué la consommation de l'énergie électrique de 5.03%, ce qui reproduit une économie d'énergie et une meilleure gestion de l'efficacité énergétique en plus du confort procuré. Ces économies sont calculables grâce au logiciel d'éclairage DIALux. 4. CONCLUSION Cette étude nous a permis d’étudier la distribution d’éclairage dans la salle de conférence, par un luminaire fluorescent et un autre à L ED à l’aide du logiciel DIALux, les résultats obtenus d’après cette étude comparative, ont montré les performances des LEDs  par rapport à l’utilisation des lampes
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