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| énergie renouvelables
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Généralités: |
| Depuis la fin du 20ème siècle le solaire a
une croissance moyenne de 25 % par année ( 37% en 2003)
Les coûts ont été considérablement réduit ces dernières années (
-25%)
ci-contre la production mondiale d'électricité à
partir du solaire.
On remarque un forte augmentation de la production. Cette augmentation est due à une
politique des producteurs et des distributeurs visant à vendre (et donc produire) de
l'électricité verte.
Des programmes existent de rachat de cette électricité même à des particuliers
ainsi que des arrangements financiers pour des entreprises utilisant cette énergie. |
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| Les principaux constructeurs |
exemples de production: |
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Allemagne : EEG ( 1.04 2000)
- rachat à 0,55 cts Euro/kWh
- 400 MW installé (2003)
Genève : courant "vitale vert"
- 6MW prévu en 2006
- rachat 80cts CHF/kWh
Mont-Soleil (suisse)
Bruxelles : (Belgique)
- le long du stade Baudouin au Hexsel
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Les bases du solaire : |
Le soleil nous envoie un rayonnement électromagnétique (appelé
rayonnement solaire) qui se situe dans le domaine de la lumière et est composé
d'infra-rouge, de lumière visible et d'ultra-violet. |
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Ci-contre la représentation de la
composition spectral du rayonnement solaire dans un graphique de l'irradiance spectrale
[W/(mm.m2)]en fonction de la longueur d'onde [mm].
- les UV représentent 6% du rayonnement
- le domaine visible comprend 48 % du rayonnement
- les IR englobent les 46% du rayonnement
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Énergie Annuelle sur la terre
1,6 . 1018 kWh soit 15 ’000
fois la consommation mondiale d’énergie primaire
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Ensoleillement |
| Course solaire : Du fait que l'axe de rotation de la terre n'est
pas perpendiculaire au plan galactique, la course du soleil dans notre ciel n'est pas
identique au fil des jours de l'année.
- En été le soleil se lève un peu plus au nord que uniquement l'est. A midi il est
très haut dans le ciel et se couche également au-delà de l'ouest.
- En hivers sa course reste basse favorisant l'éclairage des façades sud
- En automne et au printemps sa course varie entre les positions de l'été et
celles de l'hivers.
Du fait de ces variations de courses solaires, il résulte qu'il n'y pas que les
exposions "plein sud" qui sont profitable pour la pose de panneau solaire.
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| Énergie annuelle reçue : Sur la représentation ci-contre, on
trouve les valeur en % de l'énergie annuelle reçue en fonction de l'orientation.
- Les éléments horizontaux : 90 %
- éléments inclinés sur toit plat : 95 à 100%
- toitures inclinées 95 à 100%
- protection solaire 95 à 100 %
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On admet que sous l'énergie reçue peut atteindre 1kW / m2. En
général cette valeur est un peu sur-estimée.
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les cellules : |
| Les cellules photovoltaïque sont faites à
partir de matériaux semi-conducteur qui transforme l'énergie des ondes
électromagnétiques (photons) proche (infra-rouge) ou égale à celle de la lumière
visible en courant électrique en mettant des électrons de la bande de valence sur
la bande de conduction (par absorbsions d'énergie).
Les cellules sont exposées à un bombardement de photons. Une partie des
photons sera réfléchie, une seconde traversera la cellule (des recherches sont en cours
pour mettre des récupérateurs de chaleur solaire -eau sous des cellules
photovoltaïques) et le reste sera absorbé par la cellule. L'énergie absorbée (à
des photon d''énergie supérieure à celle du band gap) permet aux électrons
d'être libérés (laissant un ion positif). En dopant ( mettre des impureté dans le
cristal voir semi-conducteurs) le
cristal type N et type P, on crée une tension qui permet la séparation des
charges positives ( ions positif) et des charges négatives ( électrons). Les électrons
libérés par l'absorbsion de l'énergie lumineuse créeront le courant de la
cellule
Principe physique :
type de cellule :
| cellule monocristalline (c-Si) |
cellules polycristallines (c-Si) |
cellules amorphes ou à couche mince (a-Si) |
| Cette cellule est composé d'un seul cristal à 2 couches.
Ces cellules ont un prix relativement élevé, mais un rendement de l'ordre que 15 à 22
%. L'énergie pour mettre des électrons dans la bande de conduction est pour les
cellules cristallines de l'ordre de 1,1V. |
Comme son nom l'indique cette cellule est composée de
plusieurs cristaux ce qui a 2 effets
- diminuer le rendement (10 à 15%
- diminuer le prix de fabrication
L'énergie pour mettre des électrons dans la bande de conduction est pour les cellules
cristallines de l'ordre de 1,1V. |
C'est généralement ce type de cellule qui est utiliser
dans le fabrication des montre, calculatrice, etc.. Le rendement est seulement de 5 à 10
% mais le prix est également "bas". Un avantage de ce type de cellule est
qu'elle fonctionne avec de la lumière visible produite de manière artificiel comme par
exemple les tubes fluorescents.
L'énergie pour mettre des électrons dans la bande de conduction est pour les cellules
amorphes de l'ordre de 1,7 V. |
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Utilisations : |
| Ces cellules sont utilisées dans
différents type de panneaux , par exemple :
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raccordement des panneaux : |
| Le raccordement des panneaux n'est
généralement pas problématique, puisqu'il s'agit juste de faire des montages série -
parallèle de panneau et de rangée de panneaux. Le tension n'étant pas très élevée,
le courant peut être assez important et il faut donc prévoir une section des fils
suffisante (la tension d'une cellule est de 0,5 V, mais les panneaux sont des ensembles de
cellule).
Raccordement sur la distribution de l'énergie :
Il existe 2 tendances dans l'emploi de l'énergie électrique produite par
le solaire.
- charger des batteries et utiliser une distribution en tension continue (DC)
- alimenter des onduleurs et réinjecter dans
le réseau l'énergie alternative (AC)
| méthode DC |
Ci- contre un schéma de principe d'une installation solaire (faite
par ademe.fr/aquitaine)
- En vert : courant continu
- En rouge courant alternatif
- (contrairement à la légende de l'animation)
En cliquant sur l'image vous verrez une animation de ce montage sur le site cité plus
haut ( donc pas sur le CD). |
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| méthode AC
Sur ce petit schéma le distributeur a imposer un comptage de l'énergie
produite avant de l'utiliser. Cette méthode permet de fixer un prix d'achat/ de vente
différent que celui de l'énergie du réseau.
Il est aussi possible de brancher directement la sortie du onduleur sur
l'installation de distribution (après le compteur). Dès lors l'énergie produite sera
directement utiliser localement et le compteur "tournera" moins vite ou en cas
de production plus importante que la consommation locale le compteur "tournera à
l'envers" diminuant ainsi le montant totale de la facture. |
Quelque soit la solution choisie ou imposée, il est important que l'onduleur soit
équipé d'un dispositif de mise hors tension de la sortie en cas de coupure de
courant du réseau pour éviter de réalimenter un réseau coupé doit intentionnellement
soit accidentellement.
Des essais avec beaucoup d'installation en service branché sur un même réseau ont
montré la fiabilité de ces systèmes qui n'ont pas provoquer un îlotage de ces
installations en maintenant ces installations sous tension ( donc la coupure à eu lieu).
Un désavantage de ce système est qu'en cas de coupure de la part de votre
distributeur votre installation qui peut produire de l'électricité ne pourra dès lors
plus fonctionner. Il est bien sûr possible de contourner ce défaut en investissant
encore un peu plus ... |
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Ci-contre. représentation temporelle de la consommation, de la
production solaire et des besoin au réseau de l'énergie électrique.
On remarque dans ce graphique que lors d'un journée d'ensoleillement moyen la
couverture des besoins est presque intégralement assurée par les panneaux solaires. Le
réseau n'est dès lors utile que pour couvrir les pointes de consommation ainsi que la
consommation nocturne.
La partie excédentaire peut être revendue au distributeur. |
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