NRJXpert — Guide de l'utilisateur

📋1. Présentation

NRJXpert réunit quatre outils dans une même application :

💻2. Installation et lancement

Serveur de calcul SimElecNetwork

Le serveur de calcul est hébergé à distance, sur un serveur privé virtuel (VPS) : l'utilisateur n'installe ni Python ni le code du serveur. Le client lui envoie le schéma (texte XML de quelques kilo-octets) et reçoit les résultats.

• Adresse : proposée au premier lancement (ou donnée par l'administrateur de votre établissement) ; elle se règle dans Simulation › Paramètres du calcul et du serveur (nom du serveur et port). Elle est mémorisée.
• Clé d'accès (nrjx_…) : personnelle ou propre à votre établissement, fournie avec la licence ; elle se saisit dans la même boîte (case « Afficher » pour la vérifier) et accompagne chaque calcul. Tester la connexion indique « clé valide : titulaire, expire le … » ou la raison d'un refus (clé absente, invalide, révoquée, expirée).
• Connexion chiffrée (TLS) : cochée pour le serveur distant ; les échanges sont chiffrés et le certificat du serveur est vérifié comme par un navigateur. À décocher seulement pour un serveur local.
• Connexion Internet nécessaire pour les calculs de réseau (réseau linéaire, load flow, court-circuit, études DER). Les modules photovoltaïque, éolien et la lecture des résultats déjà calculés fonctionnent hors ligne.
• Délais : connexion 5 s, réponse 60 s. Les calculs courants prennent moins d'une seconde côté serveur ; les études DER (dynamique, OPF, gestion économique) quelques secondes. Avec une connexion lente, comptez une à deux secondes de plus.
• Confidentialité : seuls les schémas envoyés pour le calcul transitent par le serveur, chiffrés ; les projets restent sur votre machine ; le serveur ne conserve pas les schémas.

🖥️3. Fenêtre principale

La fenêtre principale comprend :

• la palette à gauche : composants classés par catégories, dans cet ordre : Éléments passifs, Sources, Réseau (load flow), Ressources décentralisées (load flow), Énergies renouvelables, Mesure (voltmètre, ampèremètre, wattmètres, en bas de la palette), puis le réglage des Couleurs ; les éléments passifs, sources et appareils de mesure existent en version « schéma complet » ou « schéma unifilaire » ;
• la zone de dessin au centre : surface quadrillée, agrandie automatiquement, avec barres de défilement ;
• le panneau « Sélection » à droite : nom, type, paramètres et résultats du composant sélectionné, ou liste des composants d'une sélection multiple ou d'un groupe, boutons Grouper et Dissocier ;
• le tableau des résultats : courant et tension de chaque dipôle (module et argument), et en load flow tension, angle et puissances des bus ; au-dessus, le résumé du court-circuit ou d'une étude DER et le bouton « Courbes… » ;
• la barre d'état : message, type de calcul, serveur, position de la souris.

3.1 Menus et barre d'outils

La barre d'outils donne le type de calcul et la méthode, le bouton « Lancer la simulation », le menu « Renouvelables » (PV, éolien, météo), la langue et les paramètres du serveur. Sous macOS, les menus sont dans la barre du système.

3.2 Raccourcis clavier

3.3 Langues

Options › Langue ou le bouton à globe de la barre d'outils : français ou anglais (le pulaar sera ajouté plus tard). La fenêtre principale change de langue immédiatement ; la langue est mémorisée. Ce guide s'ouvre en anglais si l'anglais est choisi, en français sinon. Les fenêtres PV et éolien sont en français.

🔌4. Dessiner un réseau

4.1 Placer, relier, modifier

1. Placer : choisissez un composant dans la palette puis cliquez dans la zone de dessin ; l'image du composant suit le pointeur. Cliquez autant de fois que nécessaire ; Échap arrête le placement.
2. Relier : glissez d'une borne (petit cercle) vers une autre borne. La liaison est idéale, ou porte un modèle de ligne (R, L, RL, RLC en π) si ce modèle est choisi dans les paramètres du calcul au moment du tracé.
3. Sélectionner, déplacer : cliquez sur un composant puis faites-le glisser (un seul geste). Une sélection multiple se fait en traçant un rectangle à partir d'une zone vide.
4. Paramètres : double-clic, clic droit › Paramètres ou Cmd/Ctrl+E. Les boîtes contrôlent les saisies (champ fautif encadré en rouge) et affichent des valeurs calculées en direct (impédance, puissance apparente, cos φ…). La virgule décimale est acceptée.
5. Pivoter, supprimer : clic droit ou raccourcis. Supprimer une ligne avec modèle retire aussi ses éléments cachés.
6. Point de court-circuit : double-clic sur une borne, ou clic droit sur une ligne › « Court-circuit sur la ligne… » pour un défaut à une distance donnée de ses extrémités (voir Court-circuit).

Annuler / Rétablir (menu Édition, Cmd/Ctrl+Z, Cmd/Ctrl+Y ou Cmd/Ctrl+Maj+Z) : chaque modification du schéma (placement, déplacement, rotation, liaison, suppression, paramètres, collage, regroupement) est mémorisée ; jusqu'à 100 retours en arrière. L'historique repart à zéro à l'ouverture d'un projet ou avec Nouveau ; les résultats de calcul affichés sont effacés par une annulation (relancer le calcul). Dans un champ de saisie, ces touches annulent la frappe.

4.2 Copier, coller, grouper

• Copier copie le groupe, la sélection multiple ou le composant sélectionné, avec les liaisons entre éléments copiés et leurs paramètres. Coller place les copies au dernier clic dans la zone de dessin (collages successifs décalés de 30 px), avec de nouveaux noms.
• Grouper remplace les composants sélectionnés par un rectangle (Grp1…) dont les bornes sont les bornes reliées à l'extérieur ; le calcul n'est pas modifié. Double-clic : fenêtre du sous-réseau. Dissocier (Suppr) rétablit le schéma. Les groupes sont enregistrés avec le projet.
• Un groupe peut contenir des jeux de barres. Seules leurs bornes reliées à l'extérieur apparaissent sur le rectangle (une borne libre s'ils n'en ont aucune). Leur nombre de sorties ne se modifie pas dans la fenêtre du sous-réseau : dissocier d'abord. Les jeux de barres se copient et se collent comme les autres composants.

4.3 Bibliothèque de composants

4.4 Ressources décentralisées

La rubrique « Ressources décentralisées » de la palette propose quatre générateurs, dessinés comme le générateur classique « G » avec un pictogramme : générateur photovoltaïque (PV1, PV2…), aérogénérateur (Eol1…), groupe électrogène diesel (GE1…) et batterie de stockage (Bat1…). Ce sont des bus générateurs (PV ou balancier) dont la nature est fixée par le symbole ; chacun a sa propre boîte de paramètres (double-clic).

Le générateur classique « G » peut aussi recevoir ces données par la rubrique « Ressource décentralisée (études DER) » de sa boîte. Les paramètres sont enregistrés avec le projet et recopiés par Copier / Coller.

4.4 bis Énergies renouvelables : simulation de systèmes PV, éoliens, hybrides ou raccordés au réseau

La rubrique « Énergies renouvelables » de la palette sert à dessiner et à simuler un système photovoltaïque alimentant une charge de profil de puissance donné. Les blocs se relient comme les composants (glisser d'une borne à l'autre), dans l'ordre Météo → générateur PV → régulateur → bus continu (batterie, charges continues) → onduleur → charges alternatives :

Simulation (F5 ou menu Simulation › Simuler le système PV) : calcul horaire sur une année type (8 760 h), sur le poste, sans le serveur de calcul. Chaque jour d'un mois reprend la journée type horaire du site ; la charge suit le profil moyen des récepteurs (puissance aux heures de fonctionnement × jours d'utilisation / 7). Production du champ : P = Ns·Np·Pc·G/1000·[1 + γ(Tc − 25)]·(1 − pertes), Tc = Ta + (NOCT − 20)·G/800 ; régulateur MPPT au point de puissance maximale, régulateur PWM à la tension de la batterie ; la production alimente d'abord les charges, directement par le bus continu et l'onduleur, sans passer par la batterie ; la batterie stocke le surplus et fournit ce qui manque, entre (1 − DoD)·E_nom et E_nom ; onduleur limité à sa puissance nominale. Les blocs ne sont jamais envoyés au serveur : un schéma peut contenir à la fois un réseau électrique et un système PV.

Configurations : système autonome (ci-dessus) ; système éolien ou PV + éolien (éolienne sur le bus continu) ; système PV raccordé au réseau : Météo → générateur PV → onduleur réseau → charges et bloc Réseau (sans batterie), ou avec stockage : régulateur, bus continu, batterie et onduleur-chargeur relié aux charges et au réseau ; système hybride PV, groupe diesel, batterie : groupe diesel relié côté alternatif. Ordre d'utilisation de l'énergie à chaque heure : production renouvelable consommée sur place ; surplus → batterie → injection dans le réseau → excédent perdu ; manque → batterie → réseau → groupe diesel (secours pendant les délestages) → déficit. Vent : vitesses horaires reconstituées à partir de la loi de Weibull mensuelle du site et du profil journalier moyen (distribution exacte, jours calmes et jours ventés), extrapolées au moyeu (loi en puissance), corrigées de la densité de l'air. Groupe diesel : suivi de charge (au moins sa charge minimale ; le surplus est perdu sans onduleur-chargeur) ou charge de la batterie (il tourne alors au plus fort que l'onduleur-chargeur et la batterie peuvent absorber). Délestages : les onduleurs réseau s'arrêtent quand le réseau est absent (protection de découplage), sauf si un onduleur de batterie ou un groupe diesel forme le réseau local.

Résultats : production (PV, éolienne, groupe diesel, soutirage au réseau) et consommation sur un même graphique, injection dans le réseau avec l'excédent et le déficit ; bilan : gazole (l/an, coût), heures de marche et démarrages du groupe, soutirage et injection (achats, ventes), heures de délestage, part renouvelable de la consommation, taux d'autoconsommation. Production PV et consommation sur un même graphique, énergie dans la batterie (avec ses limites), excédent et déficit de production ; année (valeurs journalières) ou mois au choix (valeurs horaires) ; bilan annuel (taux de couverture, excédent, énergie fournie directement par le champ ou par la batterie, heures et jours de déficit, cycles de la batterie) et avertissements de configuration. Exporter : chaque figure séparément ou les trois dans une seule image (PNG), données horaires (CSV) ; clic droit sur une figure pour l'exporter seule ou la copier.

4.5 Réseau intelligent : organes de coupure, bornes VE, gradins

La rubrique « Réseau intelligent » de la palette propose trois symboles (guide Smart Grids, chapitres 2 et 3) :

La boîte d'un bus de charge a un champ Nombre de clients, utilisé par les indices de fiabilité (vide : 1 client pour 2 kW). Les longueurs des lignes (composants « Ligne » et liaisons avec modèle) sont transmises au serveur pour les taux de défaillance.

⚙️5. Calculs et résultats

Choisissez le type de calcul et la méthode dans la barre d'outils, puis F5. Le schéma est envoyé au serveur de calcul distant (XML) ; la réponse s'affiche dans le tableau des résultats, le panneau « Sélection » et les info-bulles. Le calcul se fait en arrière-plan (délais d'attente : connexion 5 s, réponse 60 s).

5.1 Réseau linéaire

Méthode des potentiels de nœuds (analyse nodale modifiée pour les sources idéales et les branches d'impédance nulle). Fréquence : celle des sources alternatives ; 0 Hz si toutes les sources sont continues ; mélanger sources continues et alternatives est refusé. Courant et tension de chaque dipôle sont donnés dans son propre sens.

5.2 Load flow (répartition des charges)

Méthodes : Newton-Raphson, Gauss-Seidel, découplé rapide. Le réseau doit comporter exactement un bus balancier. Les calculs sont faits en unités réduites, avec la tension de base du réseau (paramètres du calcul). Résultats : tension (kV) et angle de chaque bus, Pgen, Qgen (puissance du balancier, réactif des bus PV, charge locale comprise), courants des lignes.

5.3 Court-circuit (CEI 60909)

1. Placer le défaut : double-clic sur une borne, ou clic droit sur une ligne › « Court-circuit sur la ligne… » (distance en km ou en m ; la ligne est coupée en deux sections en π au point de défaut). Un seul défaut à la fois.
2. Régler le défaut (rubrique « Défaut » de la même boîte) : type (triphasé, biphasé isolé, biphasé-terre, monophasé-terre), courant max (pouvoir de coupure) ou min (réglage des protections), tolérance de tension en basse tension, localisation (cas général ou éloigné des générateurs), tension nominale Un au point de défaut.
3. Calculer : choisissez « Court-circuit » dans la liste Calcul, puis F5. Le calcul se fait sur le schéma unifilaire (composants triphasés en schéma complet refusés).

Méthode : source de tension équivalente c·Un/√3 au point de défaut (c = 1,10 en max au-dessus de 1 kV ; 1,05 ou 1,10 en basse tension selon la tolérance ; 1,00 ou 0,95 en min), réseaux direct, inverse et homopolaire construits par le serveur à partir du schéma. Charges et capacités négligées dans les réseaux direct et inverse ; capacités des lignes conservées dans le réseau homopolaire. Données homopolaires facultatives : R0, X0, C0 des lignes, couplage des transformateurs (YN, D…). Courant de crête ip = κ·√2·I"k avec κ = 1,02 + 0,98·e^−3R/X.

Générateurs :

• générateur classique et groupe électrogène : source de tension derrière Rd + jXd (direct), Ri + jXi (inverse), R0 + jX0 (homopolaire, sauf neutre isolé) ;
• générateurs à onduleur (PV, éolien, batterie) : source de courant limité I_skPF dans le réseau direct, sans contribution inverse ni homopolaire (CEI 60909-0:2016, « full converter »). La source équivalente devient E' = c·Un/√3 + Σ Z1(f,j)·I_skPF,j, Z1(f,j) étant l'impédance de transfert entre l'onduleur j et le défaut ; par exemple en triphasé I"k = [c·Un/√3 + Σ |Z1(f,j)|·I_skPF,j] / |Z1|. Les onduleurs n'ajoutent pas de composante apériodique : ip = κ·√2·I"k(machines) + √2·I"k(onduleurs) ;
• réseau alimenté uniquement par des onduleurs (micro-réseau îloté, batterie en balancier) : I"k triphasé = Σ I_skPF ; défauts dissymétriques estimés (avertissement), nul à la terre sans chemin homopolaire.

Résultats : au-dessus du tableau, I"k, ip, κ, S"k, Ib = Ik si le défaut est éloigné des générateurs, part des onduleurs (« dont onduleurs (sources de courant) » et I_skPF de chacun), courants des trois phases et IE, impédances Z1, Z2, Z0 vues du défaut, I"k des quatre types de défaut au même point. Dans le tableau : courant et tension de chaque élément pour la phase a (phase b pour un défaut biphasé) ; info-bulle et panneau « Sélection » : les trois phases et les composantes symétriques.

5.4 Études DER et réseaux intelligents

La liste « Calcul » propose six études des ressources décentralisées (DER), faites sur le schéma unifilaire. Les générateurs de la rubrique « Ressources décentralisées » (ou un bus générateur avec sa rubrique « Ressource décentralisée ») en donnent les données ; un bus balancier (réseau amont, groupe ou batterie) est obligatoire.

Simulation › Paramètres des études DER… (Cmd/Ctrl+Maj+D), quatre onglets :

• Profils : profil de charge (pu, appliqué à toutes les charges), pas de temps ; éditeur de profil : saisie ou collage depuis un tableur, modèles (résidentiel, PV, constant), aperçu ;
• Économie : prix d'achat et de vente (constants ou horaires), achat et vente maximaux, plage de tension, effacement, réserves ;
• Capacité d'accueil : bus étudié, Vmax, charge pendant l'essai, charge maximale des branches, commande des onduleurs ;
• Dynamique : durée, pas, puissance de base, liste des évènements (défaut triphasé sur un bus avec son impédance, échelon de charge, ouverture d'un élément série, puissance disponible, changement de consigne).

Un résumé s'affiche au-dessus du tableau ; l'info-bulle et le panneau « Sélection » de chaque bus donnent les mini/maxi de ses séries, le SOC début → fin et les énergies. Les paramètres des études sont enregistrés avec le projet.

5.4 bis Réseaux intelligents : auto-cicatrisation, Volt/VAR, centrale virtuelle, îlotage

Réglages : Simulation › Paramètres des études DER, onglets « Auto-cicatrisation », « Volt/VAR » et « Centrale virtuelle ». Dans l'onglet « Dynamique », trois évènements de micro-réseau (IEEE 2030.7) : Îlotage (ouverture du point de couplage), Reconnexion synchronisée (synchroniseur et synchro-check selon l'IEEE 1547 : Δf, ΔV, Δφ selon la puissance de l'îlot ; délai maximal), Fermeture sans synchro-check. Les onduleurs suiveurs ont une fonction Frequency-Watt (statisme, bande morte fwDeadband en Hz).

Outils › Exporter le réseau au format CIM : fichier RDF/XML (IEC 61970-301 / 61968-13, profil équipement) : nœuds, bornes, tronçons, charges, sources, machines, onduleurs (PhotoVoltaicUnit, BatteryUnit), gradins, disjoncteurs et interrupteurs (état normal), IPD. Outils › Liste des points de téléconduite : CSV des états, mesures, commandes et consignes de chaque élément, avec nœud logique IEC 61850, type ASDU et adresse IEC 60870-5-104, registres Modbus (modèles SunSpec des onduleurs) et messages OCPP des bornes — correspondances indicatives à valider avec les équipements retenus.

5.4 ter Formation d'experts : banc d'essai IEEE 2030.8, comptage évolué (AMI), effacement OpenADR, cybersécurité

• Banc d'essai du micro-réseau (IEEE 2030.8) (liste Calcul) : six essais simulés du contrôleur de micro-réseau — T1 îlotage subi, T2 îlotage programmé (l'échange au point de couplage est annulé avant l'ouverture), T3 resynchronisation (synchro-check IEEE 1547), T4 échelon de charge et T5 perte de la plus grande production en îlotage, T6 fonction de dispatch 24 h raccordé / îloté. Onglet Essais micro-réseau des paramètres DER : point de couplage (organe de coupure ou élément série entre le réseau amont et le site), essais à réaliser, critères d'acceptation (plage de fréquence, RoCoF, stabilisation, tension, durée de resynchronisation, énergie non distribuée). Les paramètres dynamiques des générateurs sont ceux de la simulation dynamique ; T6 utilise le profil et les prix. Résultat : verdict par essai et par critère, taux de conformité, courbes de fréquence et de tension, procès-verbal (bouton Rapport…).
• Comptage évolué (AMI) : chaque charge est un poste HTA/BT avec ses « clients » (nombre saisi dans la boîte de la charge). Le serveur simule une semaine de courbes de charge au pas de 15 min (fraudes, compteurs, consommations honnêtes en baisse), fait un load flow à chaque pas et établit le bilan : pertes techniques, pertes non techniques, écart de bilan par poste, détection de la fraude (précision et rappel de trois méthodes), télérelève DLMS/COSEM sur G3-PLC ou cellulaire (complétude, sauts, volume, durée de collecte). Onglet Comptage AMI. Info-bulle des charges : écart de bilan, clients suspects, complétude.
• Effacement OpenADR 2.0b : onglet Centrale virtuelle, rubrique « Évènement d'effacement » : signal LOAD_DISPATCH (MW), SIMPLE (niveau 1 à 3) ou ELECTRICITY_PRICE (majoration), plage horaire, rémunération, pénalité, préavis. La VPP est optimisée sans puis avec l'évènement ; résultats : effacement demandé et réalisé, taux de réalisation, gain net ; le message oadrDistributeEvent est dans le rapport et s'enregistre par Simulation › Enregistrer le message OpenADR 2.0b.
• Analyse de risque de cybersécurité (IEC 62443) (menu Outils) : inventaire des actifs communicants du schéma, zones et conduits, niveau cible SL-T par zone, mesures en place pour les exigences FR1 à FR7, protection et exposition des conduits ; matrice conséquence × vraisemblance et plan de mesures (onglet Résultats, rapport HTML). Les réglages sont enregistrés avec le projet.
• Rapports : Simulation › Rapport détaillé du dernier calcul (HTML) ; fichiers dans ~/.nrjxpert/rapports/. Tutoriel : Aide › Atelier expert (niveau 7, en français et en anglais).

5.5 Courbes des résultats

Après une étude qui renvoie des séries (séries temporelles, dynamique, OPF, gestion économique), la fenêtre « Courbes des résultats » s'ouvre (aussi : Simulation › Courbes des résultats, Cmd/Ctrl+Maj+K, ou le bouton « Courbes… »). Choisissez la grandeur (tension, P, Q, courant, fréquence, SOC, marche des groupes, séries globales du réseau) et les éléments affichés (Tout / Aucun). Les profils horaires sont tracés en escalier. « Copier » met les courbes affichées dans le presse-papiers (collage dans un tableur) ; « Exporter CSV… » enregistre toutes les séries (séparateur « ; », virgule décimale).

5.6 Paramètres du calcul et du serveur

Simulation › Paramètres du calcul et du serveur : type de calcul et méthode, modèle des nouvelles liaisons (idéale, R, L, RL, RLC en π), fréquence du réseau (Hz), tension de base (kV), adresse et port du serveur de calcul (fournis avec le logiciel ou par votre administrateur), bouton « Tester la connexion ». Ces réglages sont mémorisés.

Ouvrir un fichier réseau (XML) : Fichier › Ouvrir (type « Fichiers réseau (XML) ») ou Aide › Ouvrir un exemple du tutoriel. Le schéma est dessiné dans la zone d'édition à partir du fichier : bus, générateurs (PV, éolien, groupe, batterie), charges, bornes VE, gradins, organes de coupure, éléments R, L, C, Z (deux bornes entre deux nœuds, unifilaires en dérivation) et leurs liaisons. La disposition part de la source : l'artère principale sur une ligne, chaque dérivation sur une ligne libre en dessous, les éléments qui ferment une boucle à droite. Le type de calcul, la méthode et les réglages de l'étude (profils, prix, évènements, essais, AMI, FLISR…) sont repris ; F5 lance le calcul, Enregistrer sous… en fait un projet .nxp.

Simulation › Calculer un fichier réseau (XML)… : envoie au serveur un réseau décrit en XML (format envoyé par le client ; exemples du tutoriel), modifiable avant l'envoi ; la fenêtre affiche un résumé (sections globales, tensions et puissances des bus) et la réponse complète.

5.7 Lecture des résultats

• Tableau : I, ∠I, U, ∠U (angles en degrés ; masqués en continu) ; en load flow V bus, Pgen, Qgen.
• Préfixes automatiques (mA, kV, MW…) ; composants cachés des modèles affichés sous la forme « RLC1 - Ra », « G1 - a »…
• Deux simulations successives donnent les mêmes résultats ; « Effacer les résultats » vide l'affichage.

🌤️6. Données météo du site

Outils › Données météo du site, ou bouton « Données météo en ligne… » des fenêtres PV et éolienne.

1. Site : choisissez une ville dans la liste, recherchez un lieu par son nom (« Rechercher »), ou saisissez latitude (N > 0), longitude (E > 0, O < 0) et altitude (bouton « Chercher » : modèle numérique de terrain Copernicus 90 m).
2. Source et période (voir tableau). La période est limitée à 20 ans pour les séries horaires.
3. Calcul : inclinaison des modules (fixe, optimale sur l'année, optimale pour le mois le plus défavorable), albédo, hauteur du moyeu, méthode d'extrapolation du vent (automatique, cisaillement mesuré, loi logarithmique, loi en puissance α = 1/7), nature du terrain (rugosité z₀), seuil des calmes.
4. Télécharger et calculer : la tâche tourne en arrière-plan (bouton Annuler). Les réponses sont gardées 90 jours dans ~/.nrjxpert/meteo/cache : un second calcul sur le même site est immédiat.
5. Consultez les onglets Solaire, Vent, Température et air, Source et remarques ; « Exporter (CSV) » ; « Utiliser pour le PV » / « Utiliser pour l'éolien ».

Grandeurs calculées (12 mois + année)

• Solaire (kWh/m²/j) : irradiation horizontale H, extraterrestre H0, indice de clarté Kt = H/H0, diffus Hd (mesuré, sinon corrélation d'Erbs), irradiation sur le plan des modules Hβ (modèle de Liu-Jordan/Klein), durée du jour, inclinaisons optimales.
• Air : température moyenne, moyenne des maxima et minima journaliers, température des heures ensoleillées, humidité, pression, masse volumique de l'air ρ (air humide).
• Vent : vitesses moyennes à 10 m et à 50/100 m, exposant de cisaillement α, vitesse maximale, Weibull c, k et fraction de calmes à 10 m, vitesse, c et k au moyeu, densité de puissance (W/m²), énergie du vent (kWh/m²).
• Journées types horaires (sources horaires) : ensoleillement, température et vent moyens par heure et par mois.

Transmis au module PV : ensoleillement (plan des modules ou horizontal, au choix), température, coordonnées, altitude et journées types. Transmis au module éolien : vitesses horaires à 10 m (comme mesures), paramètres de Weibull mensuels, densité de l'air ; hauteur des mesures 10 m.

☀️7. Systèmes photovoltaïques

Fenêtre à six onglets, barre d'outils : Nouveau, Ouvrir, Enregistrer (.nxpv), Bases d'équipements, Aide, Dimensionner (F5). Unités : puissances saisies en W, énergies en kWh, coûts en kF (milliers d'unités monétaires ; l'unité — franc CFA par défaut, euro, dollar, dirham… — se choisit dans l'onglet Options et coûts), coût du kWh en unité/kWh.

7.1 Onglet 1 — Site

• Nom du site, localité de la base (ensoleillement et température mensuels, coordonnées) ou bouton Données météo en ligne….
• Ensoleillement mesuré sur plan horizontal : coché pour les localités de la base et les stations météo ; l'ensoleillement est alors converti sur le plan des modules (orientés vers l'équateur) à l'inclinaison saisie, ou à l'inclinaison optimale pour le mois le plus défavorable si le champ est vide. La colonne « Plan des modules » du tableau montre les valeurs converties.
• Valeur utilisée pour dimensionner : le mois le moins ensoleillé (recommandé pour un système autonome) ou la moyenne annuelle.
• Réseau local de distribution (système centralisé) : longueur par abonné (km), investissement (kF/km), entretien (kF/km/an).
• Tableau mensuel modifiable (double-clic) : ensoleillement (kWh/m²/j), température (°C) ; graphique.

7.2 Onglet 2 — Besoins

Les besoins sont décrits par des infrastructures (case, école, dispensaire…, en N exemplaires) qui contiennent des récepteurs.

Le profil horaire, les besoins journaliers (kWh/j) et la charge de la batterie (Ah/j) sont affichés. Les Ah/j tiennent compte des pertes de câbles (0,98), du convertisseur (0,9) et de la batterie (0,9).

7.3 Onglet 3 — Options et coûts

Pour le système centralisé (un générateur et le réseau local) et les systèmes décentralisés (un système par infrastructure) :

• Choix optimisé des équipements (coût global minimal parmi la base) ou équipements imposés ;
• tension du bus continu (12, 24, 48 V…), autonomie de la batterie (h), profondeur de décharge (%) ;
• régulateur MPPT (sinon PWM) — indispensable avec des modules de 60 ou 72 cellules ;
• durées de vie retenues quand la base n'en donne pas : batteries (5 ans), onduleurs et régulateurs (10 ans) ; champ vide = valeur par défaut ;
• marge de dimensionnement (%) : majore les besoins (Ah/j) avant le calcul du champ et de la batterie, pour couvrir l'incertitude sur le profil de charge, la croissance de la demande et le vieillissement ; 10 % par défaut pour les nouveaux projets, 0 % pour les projets enregistrés avant son introduction ;
• câblage : longueurs aller des liaisons champ → régulateur, régulateur → batterie, batterie → onduleur, onduleur → tableau, température ambiante, cuivre ou aluminium ; bouton Hypothèses et prix du câblage… (chutes de tension maximales 3 / 1 / 3 %, facteur de groupement, cos φ, prix des conducteurs, de la pose et des protections, durée de vie, entretien).

Câblage : pour chaque liaison, courant d'emploi I_b = 1,25 × courant nominal, protection normalisée I_n ≥ I_b, section la plus grande entre celle imposée par l'échauffement (I_z0·k_θ·k_g ≥ I_n, CEI 60364-5-52) et celle imposée par la chute de tension au courant nominal (NF C 15-100, UTE C15-712-1). Le coût (câbles, pose, protections) entre dans l'investissement, le coût global, le coût actualisé et le LCOE ; l'onglet 4 en donne le détail liaison par liaison. Le module éolien (onglet 5) fait de même pour les liaisons machine → électronique et électronique → raccordement ou batterie.

Paramètres économiques : durée d'exploitation, durée d'amortissement, inflation, taux d'intérêt (aussi utilisé comme taux d'actualisation du LCOE).

7.4 Onglet 4 — Résultats

Pour chaque solution : puissance crête, ensoleillement retenu, besoins, charge de la batterie, capacité demandée, courant du champ (PWM) ou puissance crête demandée (MPPT), production annuelle sur le bus continu, excès et déficit mensuels, nombre de mois en déficit, taux de couverture des besoins, énergie utile, réseau local, investissement, coût de fonctionnement, coût global, coût du kWh, coût actualisé et coût actualisé du kWh (LCOE), tableau des équipements (type, série × parallèle, quantité, coûts) et graphique production / besoins sur le bus continu. Les avertissements (déficit, durées de vie par défaut, tension des modules…) s'affichent en rouge.

7.5 Onglet 5 — Simulation

Coût global et coût du kWh (simple et actualisé) des solutions centralisée et décentralisée en fonction du nombre d'infrastructures type (début, fin, pas). L'infrastructure type se choisit parmi celles de l'onglet 2. Le point de croisement des courbes indique à partir de combien d'abonnés la solution centralisée devient intéressante.

7.6 Onglet 6 — Viabilité économique

Étude d'un système de puissance donnée, raccordé au réseau ou autonome, avec production heure par heure.

1. Système : type, puissance visée (kWc) — ajustée à un nombre entier de groupes (modules + un onduleur).
2. Ensoleillement et température : 12 journées types du site (profils téléchargés s'ils existent, sinon demi-sinusoïde et écart jour/nuit saisi), ou fichier de mesures horaires (Excel ou texte : 24 colonnes, une ligne d'ensoleillement en W/m² puis une ligne de température par jour ; 2, 60 ou 730 lignes pour une journée, un mois ou une année type ; le bouton « ? » rappelle le format attendu).
3. Équipements : module (Pc, Vmp, Imp, Voc, Isc, coût), onduleur (tension DC, kVA, coût), batterie et régulateur (autonome), autonomie en heures de production journalière moyenne. Équipements choisis dans les bases d'équipements (leurs valeurs ne sont pas modifiables ici).
4. Données économiques : exploitation-maintenance, installation, assurance (par kW), subvention, tarif et son évolution, durée de vie, inflation, taux d'actualisation.
5. Paramètres du modèle… : cellules, conditions de référence, NOCT, coefficient de température de Pmax, pertes du système, dégradation, écrêtage, rendement et facteur de puissance de l'onduleur, profondeur de décharge, rendement et part stockée des batteries, durées de vie.
6. Calculer ; Analyse de sensibilité (VAN, TRI, tarif minimal en fonction de la puissance et du tarif ; export CSV) ; Subvention minimale, Tarif minimal ; Rapport (texte enregistrable).

Résultats : puissance installée, nombre de modules, onduleurs, batteries, régulateurs, énergie annuelle, productible (kWh/kWc/an) et indice de performance PR, investissement, VAN, TRI, temps de retour simple et actualisé, LCOE, tarif minimal, subvention minimale, graphiques (météo, production horaire et mensuelle, flux de trésorerie, sensibilité).

7.7 Bases d'équipements

Modules (Pc, Vopt, Iopt, Vco, Icc, coefficients), batteries (Ah, rendement, tension, technologie, profondeur de décharge recommandée), régulateurs (A, MPPT ou PWM, tension d'entrée maximale), onduleurs (VA, tension continue, rendement, autonome ou réseau), localités (coordonnées, 12 ensoleillements horizontaux, 12 températures), et — pour le pompage solaire — pompes (type, puissance, HMT et débit nominaux, rendements, prix ; onglet « Pompes »). Coûts de chaque équipement : prix unitaire, coût et période de remplacement, entretien annuel, installation (kF). Les modifications sont enregistrées dans ~/.nrjxpert/pv/ ; « Rétablir les valeurs d'origine » revient aux fichiers fournis.

Base fournie (novembre 2026) : équipements génériques actuels et prix indicatifs à Dakar (en milliers de F CFA TTC ; à convertir si une autre unité monétaire est choisie) — modules de 100 à 620 Wc (≈ 170 à 250 F/Wc), batteries plomb AGM, gel et OPzV et lithium LFP (durées de vie en climat chaud : 4, 5, 8 et 12 ans ; profondeur de décharge 50, 60, 70 et 90 %), régulateurs PWM et MPPT, onduleurs autonomes de 12 à 48 V et onduleurs réseau. Le dimensionnement retient la profondeur de décharge de la batterie quand la base en donne une, les régulateurs du type du système (MPPT ou PWM) dont la tension d'entrée supporte le champ à froid, et des onduleurs autonomes à la tension du bus (les onduleurs réseau ne servent qu'à l'onglet 6). Une base personnelle antérieure à cette version est mise de côté (*.avant-2026-11.csv).

7.8 Méthodes de calcul PV

Conversion horizontal → plan des modules (jour moyen du mois, Klein)

H_d/H : corrélation d'Erbs en fonction de K_t = H/H₀ ; R_b : rapport moyen du rayonnement direct incliné/horizontal (Liu-Jordan) ; albédo 0,2.

Besoins et charge de la batterie

Champ PV — régulateur PWM (modèle d'origine)

Champ PV — régulateur MPPT

Chaîne de N_s modules telle que V_mp à chaud (cellules à 70 °C) dépasse 1,3·U_bus. Le facteur 0,9 regroupe câbles, poussière, dispersion et vieillissement.

Batterie, régulateur, onduleur

Toutes les quantités sont arrondies à l'entier supérieur. Le bilan est fait mois par mois sur le bus continu (production du champ ; besoins pertes de conversion, de câbles et de stockage comprises, le rendement de la batterie étant appliqué à toute l'énergie consommée, y compris celle que le champ fournit directement à l'onduleur : hypothèse prudente) : excès = Σ max(0, E_prod − E_besoin), déficit = Σ max(0, E_besoin − E_prod), taux de couverture = Σ min(E_prod, E_besoin) / Σ E_besoin.

Coûts

Coût global (méthode d'origine) = annuités d'amortissement de l'investissement sur la durée d'amortissement + entretien et remplacements sur la durée d'exploitation (avec inflation) ; coût du kWh = coût global / énergie utile annuelle / durée. Coût actualisé et LCOE : voir méthodes économiques.

Viabilité : modèle du module

Modèle à une diode : I = I_sc·(1 − exp((V − V_oc + I·R_s)/(N_s·n·V_t))), n = 1,5 ; R_s déduit du facteur de forme ; courant résolu par dichotomie, point de puissance maximale par section dorée ; puissance calée sur V_mp·I_mp aux conditions de référence ; dV_oc/dT calé sur le coefficient de température de P_max.

Énergie de l'année y : E₁·(1 − d)^y−1 ; en autonome, × [(1 − f) + f·η_bat] (f : part stockée). Stockage d'un groupe : énergie journalière moyenne × autonomie/24 / (DoD·η_bat).

7.9 Pompage solaire

Bouton Pompage solaire… de la fenêtre Systèmes photovoltaïques (ou menu Renouvelables › Pompage solaire). La fenêtre dimensionne et simule un système de pompage photovoltaïque au fil du soleil (stockage de l'eau dans un réservoir) ou avec batterie. Les projets s'enregistrent au format .nxpomp. L'exemple du cours « Le pompage photovoltaïque » (village de 500 habitants, 25 m³/j, HMT 15 m, ensoleillement 5 h, marge 0 %) s'ouvre par Aide › Ouvrir un exemple du tutoriel… › pompage_village.nxpomp (§ 3.8 du tutoriel, niveau 3).

• 1. Site et mesures : ensoleillement et température mensuels (données en ligne, fichier, collage depuis Excel ou saisie), conversion sur le plan des modules.
• 2. Besoins en eau : population (l/hab/j), bétail en UBT (bovin 1, ovin ou caprin 0,2, âne 0,3, cheval 1,2, dromadaire 1,5 ; l/UBT/j), irrigation (surface × besoin net / efficience), autres besoins, pertes de distribution, coefficient de chaque mois et profil horaire de consommation.
• 3. Puits et conduite : HMT saisie, ou calculée à partir du niveau statique, du rabattement (fixe ou débit/débit spécifique), de la hauteur d'arrivée dans le réservoir et du dénivelé ; pertes de charge forfaitaires (% de HG) ou par Darcy-Weisbach. Courbe HMT(Q) du réseau.
• 4. Pompe et dimensionnement : type de pompe (conseil de choix d'après le cours), pompe choisie dans la base (onglet « Pompes » de la base d'équipements : 26 pompes centrifuges, volumétriques et flottantes avec leur plage de HMT et de débit) ou caractéristiques saisies, configuration, rendements, marge de dimensionnement (10 % par défaut : majore les besoins avant le calcul du débit, du champ, du réservoir et de la simulation), seuil de démarrage, durée de pompage, méthode de calcul de la puissance crête, module, tension, batterie et réservoir. Résultats mois par mois.
• 5. Simulation : simulation heure par heure sur les journées types du site ; bilan mensuel, journée type, niveau du réservoir, point de fonctionnement, rapport.
• 6. Viabilité économique : investissement, coût actualisé du m³, comparaison avec une motopompe diesel.

Hauteur manométrique totale

Forfait du cours : P_C ≈ 10 à 20 % de HG au débit nominal, proportionnel à Q².

Méthode des énergies (cours)

Le mois retenu est celui où P_c est le plus grand (besoins forts et ensoleillement faible).

Méthode des puissances (cours)

P_el donne aussi la puissance électrique nominale de la motopompe (sauf puissance imposée).

Avec batterie (cours)

Champ et batterie

Au fil du soleil, N_s modules en série approchent la tension du moteur ou de l'entrée du convertisseur ; avec batterie, N_s·V_mp ≥ 1,2·U. En automatique, le module retenu donne le plus petit champ supérieur à P_c parmi ceux dont la tension convient ; la batterie, la plus petite énergie installée supérieure à C_Bt.

Simulation horaire

Journées types : demi-sinusoïde entre le lever et le coucher du soleil, normalisée sur l'ensoleillement du mois (ou profils mesurés téléchargés). Puissance du champ : P = P_c·G/1000·(1 − pertes)·[1 + γ(T_c − 25)]. Motopompe de puissance nominale P_n alimentée sous x·P_n :

Ce modèle linéaire au-dessus d'un seuil reproduit le comportement mesuré des motopompes alimentées par un générateur PV (Hamidat et Benyoucef, 2008) : le rendement est nul au démarrage et atteint η_p·η_m à la puissance nominale. La pompe s'arrête quand le réservoir est plein ; le déficit est l'eau demandée quand le réservoir est vide. Avec batterie, la pompe fonctionne à sa puissance nominale tant que le réservoir n'est pas plein et que la batterie est au-dessus de 1 − DOD. Taux de couverture = (besoins − déficit)/besoins ; LWSP = déficit/besoins.

Économie

Coût actualisé = investissement + Σ (exploitation + remplacements)·(1 + i)^t/(1 + a)^t ; coût du m³ = coût actualisé / Σ volume livré/(1 + a)^t. Motopompe diesel de comparaison : même pompe, conduite, réservoir et forage ; groupe de 2·P_n (2 kW au minimum), consommation en l/kWh, entretien par heure de marche, remplacement selon sa durée de vie.

Références : L. Thiaw, Le pompage photovoltaïque, ESP-UCAD ; E. Schiller et al., Le pompage photovoltaïque, IEPF, 1998 ; Sandia National Laboratories, Stand-Alone Photovoltaic Systems, 1995 ; IEC 62253:2011 (systèmes de pompage photovoltaïque) ; GIZ/FAO, Toolbox on Solar Powered Irrigation Systems ; IWMI, SIP sizing tool ; Practical Action, Solar photovoltaic water pumping, 2014 ; A. Hamidat, B. Benyoucef, Renewable Energy 33 (2008) 933-942 ; T. R. Lunel, D. R. Rousse, pvpumpingsystem, Journal of Open Source Software 5 (2020) 2637 ; I. M. Mahmoud et al., Discover Sustainability 5 (2024).

🌬️8. Systèmes éoliens

Fenêtre à cinq onglets ; barre d'outils : Nouveau, Ouvrir, Enregistrer (.nxeol), Importer un projet EolXpert (.EOL), Aérogénérateurs (base), Aide, Calculer (F5).

8.1 Onglet 1 — Site et mesures

• Nature du terrain (rugosité z₀) : grande étendue d'eau (0,005 m), prairie rase (0,02), rase campagne (0,07), cultures et habitat dispersé (0,25), bocage, banlieue (0,40), zones urbaines et forêts (1,00).
• Hauteur des mesures (anémomètre, souvent 10 m), hauteur du moyeu, densité de l'air (1,225 kg/m³ au niveau de la mer à 15 °C ; ≈ 1,17 à Dakar). Le rapport des vitesses et l'intensité de turbulence sont affichés.
• Données de vent : mesures (une colonne de vitesses en m/s par mois, janvier en premier ; cellules vides = mesures absentes) importées d'Excel (.xls, .xlsx), d'un fichier .csv/.txt, collées depuis Excel, exemples fournis (Dakar-Yoff 1975, 1976, moyenne, Saint-Louis 1999) ou Données en ligne… ; ou paramètres de Weibull mensuels (c, k, % de calmes) à la hauteur des mesures.
• Ajustement de Weibull : maximum de vraisemblance (recommandé) ou régression sur la fréquence cumulée (méthode EolXpert).

8.2 Onglet 2 — Analyse du vent

Pour l'année et chaque mois, à la hauteur du moyeu : nombre de mesures, calmes, vitesses moyenne et maximale, c, k, densité de puissance (W/m²), énergie récupérable (limite de Betz, kWh/m²). Graphiques : histogramme et loi de Weibull, grandeurs mensuelles.

8.3 Onglet 3 — Aérogénérateur

Choix dans la base ; caractéristiques (Pn, vitesses de démarrage, nominale et d'arrêt, diamètre, rendement moyen) ; courbe de puissance P = f(v) ; méthode : courbe du constructeur (recommandée) ou rendement moyen. La base (bouton « Aérogénérateurs… ») permet d'ajouter, dupliquer, supprimer des machines et de saisir ou coller la courbe point par point.

Base fournie (novembre 2026) : huit machines génériques de 1 à 250 kW (aimants permanents jusqu'à 20 kW, pas variable au-delà), avec courbe de puissance à ρ = 1,225 kg/m³, diamètre, hauteur de moyeu usuelle et prix indicatifs de la machine et du mât (en milliers de F CFA TTC à Dakar, à remplacer par des devis). Le bouton Prix de la base de l'onglet 5 reprend ces prix. Les machines d'EolXpert (2002) sont supprimées ; une base personnelle plus ancienne est renommée aerogenerateurs.avant-2026-11.csv.

8.4 Onglet 4 — Production et dimensionnement

• Marge de dimensionnement (%) : majore les besoins utilisés pour le nombre de machines et le stockage (10 % par défaut pour les nouveaux projets, 0 % pour les anciens).
• Pertes de production (%) : indisponibilité, pertes électriques, encrassement des pales (6 % par défaut) — production nette = brute × (1 − pertes).
• Besoins (kWh/j) et pertes jusqu'aux récepteurs (stockage, conversion, câbles : 15 à 25 %).
• Résultats : énergie nette par mois et par an (brute rappelée), puissance moyenne, facteur de charge, couverture des besoins, production par classe de vent, nombre d'aérogénérateurs (mois le plus défavorable et bilan annuel), comparaison des machines de la base, contrôle sur la série de mesures.

8.5 Onglet 5 — Viabilité économique

1. Système : raccordé au réseau (toute l'énergie nette est vendue, × rendement de conversion) ou autonome (énergie utile = min(production disponible, besoins) chaque mois ; batteries pour N jours d'autonomie). Nombre de machines : saisi, ou 0 pour reprendre le nombre de l'onglet 4.
2. Investissement : aérogénérateur (kF/kW), mât et fondations (kF/machine), électronique (kF/kW), batteries (kF/kWh), installation (% du matériel).
3. Exploitation : exploitation-maintenance et assurance (kF/kW/an), révision majeure (% du prix de la machine, année), durées de vie de l'électronique et des batteries.
4. Données économiques : tarif (prix de vente ou coût évité) et évolution, durée, inflation, actualisation, subvention, perte de production annuelle ; plage de tarifs de la sensibilité.
5. Calculer, Tarif minimal, Subvention minimale, Valeurs par défaut.

Résultats : énergie vendue ou utile, facteur de charge, couverture, investissement, VAN, TRI, temps de retour simple et actualisé, LCOE, tarif minimal, subvention minimale ; graphiques des flux cumulés (simple et actualisé) et de l'énergie mensuelle ; sensibilité : VAN en fonction du tarif pour un vent de 80 à 120 % et LCOE en fonction du vent ; rapport enregistrable ; export CSV.

8.6 Méthodes de calcul éolien

Loi de Weibull

Maximum de vraisemblance sur les vents non nuls : 1/k = Σv^kln v / Σv^k − ⟨ln v⟩, c = (⟨v^k⟩)^1/k ; fraction ventée F = 1 − calmes.

Extrapolation en hauteur, turbulence

Densité de puissance et énergie récupérable

Production

Courbe du constructeur lue à la vitesse équivalente v·(ρ/1,225)^1/3 (CEI 61400-12-1). Méthode du rendement : P = η·½ρ(1 + 3I²)·πD²/4·v³, limitée à Pn. Nombre de machines = ⌈besoin / (E_nette·(1 − pertes jusqu'aux récepteurs))⌉ pour le mois le plus défavorable.

💰9. Méthodes économiques

Les études de viabilité PV et éolienne utilisent les mêmes définitions. Année 0 : investissement ; années 1 à N : flux annuels ; taux d'actualisation a, inflation i, évolution du tarif g.

📏10. Valeurs par défaut et ordres de grandeur

📁11. Fichiers et dossiers

🛠️12. Dépannage

📚13. Glossaire et références

Références

• Réseaux intelligents, normes : IEC SRD 63200 (SGAM), IEEE 2030.7 / 2030.8 (micro-réseaux), IEEE 1547-2018, EN 50549, IEEE 1366 (indices de fiabilité), IEEE P2030.14 (VPP), IEC 61970 / 61968 (CIM), IEC 61850, IEC 62056 (DLMS/COSEM), IEC 60870-5-104, ISO 15118, OCPP 2.0.1, OpenADR 2.0b, IEC 62559-2 (cas d'usage), IEC 62443 et IEC 62351 (cybersécurité).
• L. Thiaw : guide de spécialisation Smart Grids, École Supérieure Polytechnique (ESP), Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD), 2026.
• J. A. Duffie, W. A. Beckman, Solar Engineering of Thermal Processes, Wiley (géométrie solaire, Liu-Jordan, Klein).
• D. G. Erbs, S. A. Klein, J. A. Duffie, « Estimation of the diffuse radiation fraction… », Solar Energy 28, 1982.
• CEI 61400-12-1, mesure des performances de puissance des éoliennes ; J. F. Manwell et al., Wind Energy Explained, Wiley.
• C. G. Justus et al., « Methods for estimating wind speed frequency distributions », J. Appl. Meteorol., 1978.
• CEI 60909-0:2016, courants de court-circuit dans les réseaux triphasés à courant alternatif — calcul des courants.
• IEEE 1547-2018, raccordement des ressources décentralisées (commandes Q(V), P(V)).
• NASA POWER : power.larc.nasa.gov ; PVGIS : re.jrc.ec.europa.eu ; Open-Meteo : open-meteo.com.
• L. Thiaw : programmes NRJXpert, EolXpert (C++, 2002) et PV Systems Analyser (MATLAB, 2010-2013).
• L. Thiaw : supports de cours d'électricité appliquée, École Supérieure Polytechnique (ESP), Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD).
• L. Thiaw : SimElecNetwork, première phase de développement (Python et Java), 2018-2020, École Supérieure Polytechnique (ESP), Université Cheikh Anta Diop de Dakar (UCAD).

NRJXpert — ESP / UCAD, Dakar. Ce guide est copié dans ~/.nrjxpert/aide/ à chaque ouverture depuis le menu Aide.

👤Auteur

Novembre 2026