Détails du sujet
Conception et dimensionnement d’un système d’alimentation hybride (solaire-batteries-reseau) pour stations de base télécoms : Cas des sites Orange à Goma
Résumé
Auteur : ASIFIWE LYABAHINDUKA
Niveau: G3
Département: Genie Electronique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-23 18:07:04
Mots clés
Alimentation hybride, énergie solaire, station de base télécoms, gestion intelligente de l'énergie, disponibilité réseau, Orange RDC, Goma, génie électronique, systèmes électriques.
Intérêt
Ce travail présente un intérêt pratique majeur et scientifique car il donne des solutions à la problématique concrète de l'instabilité énergétique qui handicape les réseaux télécoms à Goma, en proposant une solution technique créative et adaptée au contexte local. Il mobillise sur le plan académique des compétences en électronique de puissance, en automatisme et en télécommunication, tout en offrant une approche systématique complète. L'amélioration de la disponibilité du réseau mobile favorise l'inclusion numérique. L'accès aux services financiers et le développement des activités économiques de la région, cela du point de vue socio-économique. Du point de vue technique, la conception d'un système hybride intelligent ( solaire,batteries lithium-ion et groupe électrogène optimisé, associés ) constitue une solution durable, reproductible et écologique, réduisant à la fois les coûts opérationnels et l'émission de carbone des opérations. Enfin, ce travail ouvre des perspectives professionnelles concrètes et s'inscrit dans la dynamique des réseaux verts et l'autonomie énergétique des télécoms en Afrique.
Problématique
La ville de Goma, située dans l'est de la République Démocratique du Congo, fait face à une instabilité chronique de son réseau électrique national (SNEL), caractérisée par des coupures fréquentes et prolongées qui perturbent gravement le fonctionnement des infrastructures essentielles, notamment les stations de base des réseaux de télécommunications mobiles. L'opérateur Orange RDC, comme ses concurrents, subit ces défaillances énergétiques qui se traduisent par une dégradation de la qualité de service offerte aux abonnés : interruptions de communication, réduction des débits, indisponibilité des services de mobile money et mécontentement général des usagers. Les solutions actuelles, reposant principalement sur des groupes électrogènes fonctionnant au carburant, engendrent des coûts opérationnels prohibitifs (achat de carburant, maintenance fréquente, usure prématurée) et posent des problèmes environnementaux non négligeables. Face à ce constat, la présente recherche se propose d'explorer la faisabilité technique et économique d'un système d'alimentation hybride intelligent combinant énergie solaire photovoltaïque, batteries lithium-ion avec gestion électronique optimisée (BMS) et groupe électrogène de secours, afin d'assurer une disponibilité énergétique fiable et continue des stations de base Orange à Goma, tout en réduisant significativement les coûts opérationnels et l'empreinte carbone, dans un contexte marqué par des contraintes géographiques, climatiques et logistiques spécifiques. Plan provisoire
Chapitre 1. Généralités sur les réseaux mobiles et analyse contextuelles des contraintes énergétiques à Goma.
Ce chapitre présente fondamentaux techniques des réseaux mobiles( architecture GSM/UMTS/LTE, Équipements des stations de base, indicateurs de qualité de service selon les normes UIT et ARPTC; analyse les contextes de Goma: topographie volcanique, climat équatorial et instabilité du réseau chronique SNEL. Les contraintes énergétiques majeures sont examinées ainsi que les limites des solutions d'alimentation existantes.
Chapitre 2. Analyse diagnostique des besoins énergétiques et caractérisations des perturbations.
Ce chapitre adopte une démarche expérimentale avec une campagne des mesures sur un site Orange pour établir le profil des charge réel de la station. L'analyse statistique des coupures électriques (fréquence, durée, répartition temporelle) est réalisée à partir des données de la SNEL et des logs opérateurs. Les pertes économiques et techniques (downtime, surconsommation carburant) sont quantifiées. Les résultats sont formalisés en modèle mathématique pour les étapes qui suivront.
Chapitre 3. Conception et dimensionnement du système hybride intelligent.
Ce chapitre présente la conception détaillée du système hybride intelligent solaire photovoltaïque, batteries lithium-ion et groupe électrogène. Le dimensionnement de chaque sous système (puissance PV, capacité des batteries, puissance du groupe) est effectué selon les critères de performance définis. L'architecture du système de gestion intelligente (Smart BMS) est développée avec des algorithmes de communication entre sources. Les convertisseurs statiques et les protections électriques sont spécifiés. Des schémas fonctionnels et un cahier de charge technique complet sont produits.
Chapitre 4. Modélisation, simulation et validation des performances.
Ce chapitre valide par simulation MATLAB/SIMULINK les performances du système conçu face aux scénarios reels. Les modèles intègrent les composants (panneaux PV, batteries, convertisseurs) et l'algorithme de gestion intelligent développé. Les simulations évaluent le taux de disponibilité atteint, la réduction de consommation carburant et les économies réalisées. Une analyse de sensibilité sur les paramètres clés est menée. Ce chapitre chute par le calcul du retour sur investissement et des recommandations pour l'implémentation chez Orange RDC/Goma.
Hypothèses
L'intégration d'un système d'alimentation hybride intelligent combinant énergie solaire photovoltaïque voltaïque, batteries lithium-ion avec gestion électronique optimisée(BMS) et groupe électrogène de secours, permet de réduire d'au moins 60% les interruptions de service liées aux coupures électriques sur les sites de base dOrqnge à Goma, tout en diminuant de 40% les coûts opérationnels du carburant et de la maintenance sur une période d'un an.
Également, le système de gestion intelligente (priorisation solaire-batteries-groupe-reseau) peut prolonger la durée de vie des batteries d'au moins 30% par rapport à une solution conventionnelle. Méthodes
1. Phase terrain
- collecte des données chez Orange RDC/Goma( si possible)
- mesure de consommation sur site
- Recueil des données d'ensoleillement à Goma(NASA/Station
météo)
2. Phase de conception
- Utilisation des logiciels de dimensionnement solaire(PVsyst, HOMER)
- Sélection des composants (panneaux, batteries, convertisseurs)
- conception du circuit de contrôle et de monitoring).
3. Phase de simulation
- Modélisation sous MATLAB/Simulink ou PSIM)
- Simulation des scénarios de défaillance.
- Analyse des performances en régime transitoire.
4. Rédaction
- Cahier des charges technique
- Plan et schémas détaillés
- Guide d'implantation
Bibliographie
1. Wireless Communications: Principles and Practice, Theodore S. Rappaport, 2002, Réseaux mobiles et télécommunications
2. Fundamentals of LTE, Arunabha Ghosh, Jun Zhang, Jeffrey G. Andrews, Rias Muhamed, 2010, Réseaux mobiles et télécommunications
3. Design, Deployment and Performance of 4G-LTE Networks: A Practical Approach, Ayman ElNashar, Mohamed El-saidny, Mahmoud Sherif, 2014, Réseaux mobiles et télécommunications
4. Future Mobile Communications: LTE Optimization and Mobile Network Virtualization, Yasir Zaki, 2013, Réseaux mobiles et télécommunications
5. LTE Optimization Engineering Handbook, Xincheng Zhang, 2018, Réseaux mobiles et télécommunications
6. Computer Networking: A Top-Down Approach, James F. Kurose, Keith W. Ross, 2021, Qualité de service et optimisation
7. Photovoltaic Systems Engineering, Roger A. Messenger, Amir Abtahi, 2017, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
8. Battery Management Systems for Large Lithium-Ion Battery Packs, Davide Andrea, 2010, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
9. Hybrid Renewable Energy Systems for Remote Telecommunication Stations, Adel A. Elbaset, Salah Ata, 2021, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
10. Optimum sizing and configuration of electrical system for telecommunication base stations with grid power, Li-ion battery bank, diesel generator and solar PV, D.P. Chandima, et al., 2025, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
11. Utilisation des énergies renouvelables pour l'alimentation électrique d'une station de télécommunications en site isolé, Richard Lekene, 2018, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
12. Télécommunications et politiques de développement au Congo - RDC, Jacques Kiambu, 2006, Contexte et régulation
Directeur & Encadreur
Directeur: AKWIR Alain NKIEDIEL
Encadreur: MUSONGYA Dieudonné
Status
Décision ou observation:
Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON
Conception et dimensionnement d’un système d’alimentation hybride (solaire-batteries-reseau) pour stations de base télécoms : Cas des sites Orange à Goma
Résumé
Auteur : ASIFIWE LYABAHINDUKA
Niveau: G3
Département: Genie Electronique
Année Ac: 2025-2026 , | 2026-02-23 18:07:04
Mots clés
Alimentation hybride, énergie solaire, station de base télécoms, gestion intelligente de l'énergie, disponibilité réseau, Orange RDC, Goma, génie électronique, systèmes électriques.Intérêt
Ce travail présente un intérêt pratique majeur et scientifique car il donne des solutions à la problématique concrète de l'instabilité énergétique qui handicape les réseaux télécoms à Goma, en proposant une solution technique créative et adaptée au contexte local. Il mobillise sur le plan académique des compétences en électronique de puissance, en automatisme et en télécommunication, tout en offrant une approche systématique complète. L'amélioration de la disponibilité du réseau mobile favorise l'inclusion numérique. L'accès aux services financiers et le développement des activités économiques de la région, cela du point de vue socio-économique. Du point de vue technique, la conception d'un système hybride intelligent ( solaire,batteries lithium-ion et groupe électrogène optimisé, associés ) constitue une solution durable, reproductible et écologique, réduisant à la fois les coûts opérationnels et l'émission de carbone des opérations. Enfin, ce travail ouvre des perspectives professionnelles concrètes et s'inscrit dans la dynamique des réseaux verts et l'autonomie énergétique des télécoms en Afrique.Problématique
La ville de Goma, située dans l'est de la République Démocratique du Congo, fait face à une instabilité chronique de son réseau électrique national (SNEL), caractérisée par des coupures fréquentes et prolongées qui perturbent gravement le fonctionnement des infrastructures essentielles, notamment les stations de base des réseaux de télécommunications mobiles. L'opérateur Orange RDC, comme ses concurrents, subit ces défaillances énergétiques qui se traduisent par une dégradation de la qualité de service offerte aux abonnés : interruptions de communication, réduction des débits, indisponibilité des services de mobile money et mécontentement général des usagers. Les solutions actuelles, reposant principalement sur des groupes électrogènes fonctionnant au carburant, engendrent des coûts opérationnels prohibitifs (achat de carburant, maintenance fréquente, usure prématurée) et posent des problèmes environnementaux non négligeables. Face à ce constat, la présente recherche se propose d'explorer la faisabilité technique et économique d'un système d'alimentation hybride intelligent combinant énergie solaire photovoltaïque, batteries lithium-ion avec gestion électronique optimisée (BMS) et groupe électrogène de secours, afin d'assurer une disponibilité énergétique fiable et continue des stations de base Orange à Goma, tout en réduisant significativement les coûts opérationnels et l'empreinte carbone, dans un contexte marqué par des contraintes géographiques, climatiques et logistiques spécifiques.Plan provisoire
Chapitre 1. Généralités sur les réseaux mobiles et analyse contextuelles des contraintes énergétiques à Goma.Ce chapitre présente fondamentaux techniques des réseaux mobiles( architecture GSM/UMTS/LTE, Équipements des stations de base, indicateurs de qualité de service selon les normes UIT et ARPTC; analyse les contextes de Goma: topographie volcanique, climat équatorial et instabilité du réseau chronique SNEL. Les contraintes énergétiques majeures sont examinées ainsi que les limites des solutions d'alimentation existantes.
Chapitre 2. Analyse diagnostique des besoins énergétiques et caractérisations des perturbations.
Ce chapitre adopte une démarche expérimentale avec une campagne des mesures sur un site Orange pour établir le profil des charge réel de la station. L'analyse statistique des coupures électriques (fréquence, durée, répartition temporelle) est réalisée à partir des données de la SNEL et des logs opérateurs. Les pertes économiques et techniques (downtime, surconsommation carburant) sont quantifiées. Les résultats sont formalisés en modèle mathématique pour les étapes qui suivront.
Chapitre 3. Conception et dimensionnement du système hybride intelligent.
Ce chapitre présente la conception détaillée du système hybride intelligent solaire photovoltaïque, batteries lithium-ion et groupe électrogène. Le dimensionnement de chaque sous système (puissance PV, capacité des batteries, puissance du groupe) est effectué selon les critères de performance définis. L'architecture du système de gestion intelligente (Smart BMS) est développée avec des algorithmes de communication entre sources. Les convertisseurs statiques et les protections électriques sont spécifiés. Des schémas fonctionnels et un cahier de charge technique complet sont produits.
Chapitre 4. Modélisation, simulation et validation des performances.
Ce chapitre valide par simulation MATLAB/SIMULINK les performances du système conçu face aux scénarios reels. Les modèles intègrent les composants (panneaux PV, batteries, convertisseurs) et l'algorithme de gestion intelligent développé. Les simulations évaluent le taux de disponibilité atteint, la réduction de consommation carburant et les économies réalisées. Une analyse de sensibilité sur les paramètres clés est menée. Ce chapitre chute par le calcul du retour sur investissement et des recommandations pour l'implémentation chez Orange RDC/Goma.
Hypothèses
L'intégration d'un système d'alimentation hybride intelligent combinant énergie solaire photovoltaïque voltaïque, batteries lithium-ion avec gestion électronique optimisée(BMS) et groupe électrogène de secours, permet de réduire d'au moins 60% les interruptions de service liées aux coupures électriques sur les sites de base dOrqnge à Goma, tout en diminuant de 40% les coûts opérationnels du carburant et de la maintenance sur une période d'un an.Également, le système de gestion intelligente (priorisation solaire-batteries-groupe-reseau) peut prolonger la durée de vie des batteries d'au moins 30% par rapport à une solution conventionnelle.
Méthodes
1. Phase terrain- collecte des données chez Orange RDC/Goma( si possible)
- mesure de consommation sur site
- Recueil des données d'ensoleillement à Goma(NASA/Station
météo)
2. Phase de conception
- Utilisation des logiciels de dimensionnement solaire(PVsyst, HOMER)
- Sélection des composants (panneaux, batteries, convertisseurs)
- conception du circuit de contrôle et de monitoring).
3. Phase de simulation
- Modélisation sous MATLAB/Simulink ou PSIM)
- Simulation des scénarios de défaillance.
- Analyse des performances en régime transitoire.
4. Rédaction
- Cahier des charges technique
- Plan et schémas détaillés
- Guide d'implantation
Bibliographie
1. Wireless Communications: Principles and Practice, Theodore S. Rappaport, 2002, Réseaux mobiles et télécommunications2. Fundamentals of LTE, Arunabha Ghosh, Jun Zhang, Jeffrey G. Andrews, Rias Muhamed, 2010, Réseaux mobiles et télécommunications
3. Design, Deployment and Performance of 4G-LTE Networks: A Practical Approach, Ayman ElNashar, Mohamed El-saidny, Mahmoud Sherif, 2014, Réseaux mobiles et télécommunications
4. Future Mobile Communications: LTE Optimization and Mobile Network Virtualization, Yasir Zaki, 2013, Réseaux mobiles et télécommunications
5. LTE Optimization Engineering Handbook, Xincheng Zhang, 2018, Réseaux mobiles et télécommunications
6. Computer Networking: A Top-Down Approach, James F. Kurose, Keith W. Ross, 2021, Qualité de service et optimisation
7. Photovoltaic Systems Engineering, Roger A. Messenger, Amir Abtahi, 2017, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
8. Battery Management Systems for Large Lithium-Ion Battery Packs, Davide Andrea, 2010, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
9. Hybrid Renewable Energy Systems for Remote Telecommunication Stations, Adel A. Elbaset, Salah Ata, 2021, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
10. Optimum sizing and configuration of electrical system for telecommunication base stations with grid power, Li-ion battery bank, diesel generator and solar PV, D.P. Chandima, et al., 2025, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
11. Utilisation des énergies renouvelables pour l'alimentation électrique d'une station de télécommunications en site isolé, Richard Lekene, 2018, Énergies renouvelables et systèmes hybrides
12. Télécommunications et politiques de développement au Congo - RDC, Jacques Kiambu, 2006, Contexte et régulation
Directeur & Encadreur
Directeur: AKWIR Alain NKIEDIELEncadreur: MUSONGYA Dieudonné
Status
Décision ou observation:Feu vert:
Déposé : NON
Défendu: NON
Finalisé: NON