Annexe 2 - Energies Renouvelables - Le Solaire

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Annexe 2 - Energies Renouvelables - Le Solaire

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    3. La renouvelable fondamentale : lnergie solaire

    3.1. Les bases de lnergie solaire

    Le Soleil est lorigine de nombreuses nergies re-

    nouvelables. Ainsi peut-on considrer lnergie solaire

    comme une ressource nergtique renouvelable fon-

    damentale dans le monde.

    Il y a cependant diffrentes sortes dnergie solaire:

    lnergie solaire historique 59 : les combustibles fos-

    siles (non renouvelables !) ;

    la conversion directe de lnergie solaire en lectri-

    cit : le photovoltaque ;

    la conversion directe de lnergie solaire en chaleur :

    le solaire thermique ; et

    lnergie solaire indirecte par la photosynthse : la

    biomasse.

    Dans cette section, nous allons nous proccuper seu-

    lement des formes dites classiques de lnergie so-

    laire, cest--dire le solaire thermique et le solaire

    lectrique (photovoltaque).

    3.2. Les caractristiques de la source

    Le Soleil est constitu principalement dhydrogne et

    dhlium ; il a une temprature son centre de 16 000

    000 C. Cette haute temprature est gnre par un

    processus de fusion nuclaire qui devrait durer au

    moins encore 4,9 millions dannes.

    Sur la surface du Soleil, la temprature reste encore

    impressionnante avec ses 5 600 C (en comparaison

    : le point de fusion du fer se situe ~ 1 730 C). Cette

    haute temprature voyage toute la distance du Soleil

    la Terre environ 150 millions de kilomtres. Quand

    elle atteint la Terre, elle est encore approximativement

    de 10 80 C selon langle sous lequel le rayonne-

    ment solaire atteint la surface de la Terre.

    Cependant, ce qui est plus important que les temp-

    ratures actuelles du rayonnement solaire, cest la den-

    sit de puissance, le flux de rayonnement par unit de

    surface appele rayonnement ou ensoleillement en

    watt par mtre carr (W/m2). Le maximum thorique

    (constante solaire) est denviron 1 341 W/m2 mais

    comme latmosphre terrestre absorbe une partie du

    rayonnement solaire extraterrestre, le rayonnement ar-

    rive la surface de la terre rduit 1000 W/m2. Ce

    rayonnement terrestre de 1000 W/m2 est le rayonne-

    ment solaire global maximum utilisable par ciel d-

    gag, dans lapplication dun systme solaire

    photovoltaque. videmment, le rayonnement solaire

    global nest pas disponible de faon continue en tout

    point de la plante, car en plus de linfluence de lat-

    mosphre, il varie aussi selon les facteurs mtorolo-

    giques et gographiques. Ce rayonnement sera donc

    intense ou lev certains endroits et moindre dautres.

    En pratique, on atteint les 1 000 W/m2 soit 1 kW/m2 aux

    endroits trs ensoleills.

    59

    Historique veut dire au moins290 millions dannes

    Rayonnement solaire globalreu = 1000 W/m direct+ diffus+ rflchi

    Figure 3 1

    Rayonnement solaire en wattpar mtre carr

    Source : PERACOD

  • 67

    Il arrive souvent quon dcrive la source solaire en

    terme dirradiation solaire lnergie disponible par

    unit de surface et par unit de temps (comme le ki-

    lowatt-heure par mtre carr par an kWh/m2). La po-

    sition du Soleil par rapport la Terre fait que le

    rayonnement solaire est plus intense dans le plan

    situ autour de lquateur que dans les plans plus

    hauts ou bas (hmisphre nord et sud). D langle

    dinclinaison de laxe Terre-Soleil, il existe des saisons

    et le degr dinsolation varie en hiver ou en t selon

    la latitude du lieu o lon se trouve. Ceci dtermine

    galement en grande partie, le type de technologie

    nergtique solaire pouvant tre utilise (par exem-

    ple, parabolique ou pas).

    3.3. Le potentiel de lnergie solaire

    Le flux moyen du rayonnement solaire est de 100

    300 watts par mtre carr. Le rendement net de

    conversion (lumire du Soleil en lectricit) des cen-

    trales lectriques solaires est souvent de 10-15 %.

    Ainsi pour capter et convertir des quantits significa-

    tives dnergie solaire, il faut trouver des surfaces

    substantielles indpendamment de la technologie

    utilise (solaire lectrique = photovoltaque, section

    3.5. ou solaire thermique, section 3.6.).

    Pour linstant, avec un niveau de rendement de 10 %,

    il faut une surface de 3-10 kilomtres carrs pour g-

    nrer une moyenne annuelle de 100 mgawatts

    dlectricit en utilisant un procd photovoltaque (ou

    solaire thermique), cest--dire environ 900 MWh par an.

    Les rayonnements du Soleil parvenant jusqu' la Terre

    dlivrent en une heure une quantit d'nergie sup-

    rieure la consommation annuelle mondiale. La puis-

    sance totale moyenne disponible sur la surface de la

    Terre sous forme de rayonnement solaire excde

    10 000 fois la consommation totale de puissance par

    lHomme. Ramene par personne vivant sur Terre, la

    moyenne de puissance solaire disponible est de 3 MW

    alors que la consommation varie de 100 W (les pays

    les moins industrialiss) 10 kW (tats-Unis) avec une

    moyenne mondiale de 2,1 kW par tte. Bien que ces

    chiffres refltent une image relle des possibilits de

    lnergie solaire, ils nont que peu de signification pour

    le potentiel technique et conomique.

    cause des diffrences dans les modles dapprovi-

    sionnement en nergie solaire, dinfrastructures ner-

    gtiques, de densit de la population, des conditions

    gographiques etc., une analyse dtaille du potentiel

    technique et conomique de lnergie solaire doit tre

    effectue lchelon rgional ou national.

    3.4. Le potentiel solaire au Sngal

    Le Sngal a un important potentiel solaire avec une

    dure annuelle moyenne densoleillement de lordre

    de 3 000 heures et une irradiation moyenne de 5,7

    KWh/m2/j. Cette irradiation varie entre la partie nord

    plus ensoleille (5,8 KWh/m2/j Dakar) et la partie sud

    plus riche en prcipitations (4,3 KWh/m2/j Ziguinchor).

    Figure 3 2

    Cartes de tempratures annuellesmoyennes

    Source : Robert A. Rohde / Global Warming Art Figure 3 3

    Irradiation annuelle dans 4 rgionschoisies du Sngal

    Source : DASTPVPS\SOLARIRR.INS. Edit par: PSAES, Projet sn-galo-allemand nergie solaire

  • 68

    3.5. Llectricit partir du Soleil :le photovoltaque

    Lnergie solaire photovoltaque a pris un essor re-

    marquable durant ces dernires annes. Les appli-

    cations raccordes au rseau continuent constituer

    la croissance la plus rapide des technologies de pro-

    duction dlectricit, avec une augmentation de 70 %

    des capacits existantes pour atteindre 13 GW 61.

    3.5.1.Technologie et applications

    Leffet photolectrique convertit directement lnergie

    du Soleil en nergie lectrique. Cet effet est connu de-

    puis bien longtemps des semi-conducteurs mat-

    riau pour transistors et puces. Ce nest que dans les

    annes 70, alors que la matire premire devenait

    moins chre, quon a dvelopp des appareils ner-

    gtiques photovoltaques pour les vaisseaux spatiaux

    et pour les besoins nergtiques moins importants

    comme les calculatrices lectroniques, les montres,

    etc.

    Dans un module photovoltaque, la charge est

    connecte entre deux couches de contact lectrique,

    lune larrire du panneau et lautre au dessus.

    L'nergie produite par les rayonnements est spare

    en charges positives et ngatives, qui peuvent tre

    utilises aux deux ples des cellules comme une bat-

    terie. Pour obtenir de meilleurs rendements, de nom-

    breuses cellules solaires vont tre assembles et

    relies en srie. Le dessus du panneau est revtu

    dune couche antireflet afin que la lumire entrant ne

    soit pas rflchie mais absorbe par les couches

    semi-conductrices du panneau. Tous les panneaux

    photovoltaques comprennent ces deux sortes de

    semi-conducteurs, lune avec des lectrons positifs et

    lautre avec des lectrons ngatifs. La surface de ces

    panneaux est polie.

    Figure 3 4

    Carte prliminaire de lensoleillementmoyen (kWh/m2/j) du Sngal

    Source : tude PTFM-ASER 60

    60

    Carte des variations de len-soleillement partir de don-nes mesures au Sngalsur trois sites (Louga, Saint-Louis, Tambacounda), desdonnes disponibles dans labase de donnes de RETS-creen International troisstations de mesure au sol(Dakar, Matam, Ziguinchor)et des donnes extraites dela base de donnes de laNASA (2004) pour plus de 29localits rparties sur tout leterritoire sngalais.

    61

    Renewables Global StatusReport : 2009 Update.REN21. Paris 2009.

    Figure 3 5

    nergie solaire photovoltaque : puis-sance mondiale installe 1995 2008

    SGrid connected only = connect au rseau uniquement

    Off grid only= hors rseau uniquement

    Source : REN21, Renewables Global Status Report : 2009 Update.

    Figure 3 6

    Structure dun module photovoltaique

    Source : PERACOD

  • 69

    Comme le principe technique dun transistor, la lu-

    mire (photon) entrant sur la structure du semi-

    conducteur soulve des lectrons (libres) la matire

    semi-conductrice, crant un courant lectrique

    continu qui va circuler entre les deux couches de

    contact.

    Aujourdhui on produit principalement trois sortes de

    modules photovoltaques :

    le silicium monocristallin ;

    le silicium polycristallin; et

    les technologies en ruban et couches minces

    Environ 85 % des cellules photovoltaques utilises

    dans le monde sont fabriques partir de silicium

    cristallin, matriau prouv depuis de nombreuses an-

    nes. l'avenir, l'utilisation de cellules couche mince

    va galement se renforcer puisque cette tech