Le photovolta¯que pratique Cours CRP, Champ©ry, 25.9.2014 Diego Fischer

download Le photovolta¯que pratique Cours CRP, Champ©ry, 25.9.2014 Diego Fischer

of 46

  • date post

    02-Jan-2016
  • Category

    Documents

  • view

    29
  • download

    1

Embed Size (px)

description

Le photovoltaïque pratique Cours CRP, Champéry, 25.9.2014 Diego Fischer Consultant indépendant en énergie solaire, Neuchâtel. Flux de l’énergie solaire incident sur la terre Principe et type des installations photovoltaïques Alimenter le monde avec du photovoltaïque - PowerPoint PPT Presentation

Transcript of Le photovolta¯que pratique Cours CRP, Champ©ry, 25.9.2014 Diego Fischer

  • Le photovoltaquepratique

    Cours CRP, Champry, 25.9.2014

    Diego FischerConsultant indpendant en nergie solaire, Neuchtel

  • Flux de lnergie solaire incident sur la terre

    Principe et type des installations photovoltaques

    Alimenter le monde avec du photovoltaque

    Alimenter la suisse avec du photovoltaque

    Cyclicit et dispositifs de stockage

    Conclusion

  • x heures de rayonnement solaire sur la plantecorrespond la consommation dnergie mondiale annuelle Problme 1:Lnergie solaire

  • IEA key world energy statistics 2013

  • Consommation mondialeUnits:Mtoe = million tons of oil equivalenttoe = ton of oil equivalent = 107 kcal = 11630 kWh (1 kg ptrole 10 kWh)

    Consommation mondiale dnergie primaire: Ec = 13000 [Mtoe] = 13000 * 106 [toe] * 11630 [kWh/toe]= 1.5*1014 kWh

  • CalculConstante du soleil: Eo = 1.367 kW/m2

    Rayon de la terre: r = 6371 km

    Surface projete de la terre: A = r2 = 1.27*1014 m2

    Puissance du rayonnement solaire incident sur la terre: P = A * Eo = 1.74*1014 kW

    t = Ec / P = 0.86 heures

  • Une installation photovoltaque: Sans mouvement, sans usure, sans bruit, pas de facteur dchelle, utilisable partout

    PanneauxOnduleurPas spectaculaire !!Cellule ensilicium cristallin

  • Electricit hors rseauChargeur solaire

  • Taille: du plus petit au plus grand0.25 kW / 1 panneau / 1.7m2Cout Frs 500.00Revenu annuel: Frs 60.00 (250 kWh)10% de votre lectricit

    10 kW / 40 panneaux / 70 m2Cout Frs 25000.00 (sans subside)Revenu annuel: Frs 2000.00 (100000 kWh)3 mnages

    Install en 1 jourInstall en 30 min

  • Migros, Neuendorf (AG) 5.2 MWp, 20000 panneaux, 1500 mnages, cout 10 Mio Frs,Construction: env. 3 mois

  • Agua Caliente, Arizona, USA, 2011290 MWp, production 625 GWh/anne, 5.2 Mio modules, 9.8 km2200000 mnages, 1% de la consommation dlectricit Suisse Note: la puissance installe correspond aux panneaux nouvellement installes en Suisse en 2013

  • Google maps2km

  • ? km x ? km(0.3% de la surface continentale)Surface ncessaire pour remplacer toute la consommation mondiale dnergie actuelle avec une centrale photovoltaque de 16% defficacitProblme 2:

  • Est-ce que ca vaut la peine?Energy payback timeConditions dexploitation: Europe du sud 1700 kWh/kWp/anneEPBT = 1- 3 ans

    (dure de vie 30 ans)

  • Etape 1:Rayonnement sur une surface horizontale:

    1.37 kW/m21.1 kW/m2

  • (1)(1) Atmosphre: - 20% (2) Jour/nuit : - 50%(3) Saisons: +/- (4) Angles obliques: - 36.3%(5) Maximum sur une surface fixe:24 h0 h1.3611.100kW/m2 (1)(3)(4)(5)(2)(2)11501050Gjour = Po * sin t dt = = 1.1 kW * 2/ *12 h = 8.4 kWh/m2Ganne = 365 * Gjour = 3067 kWh/m2/anne Rayonnement global en rgion quatoriale:

  • Ralit: influence de la mto

  • Etape 2: Rendement de conversion1000 W/m2160 W/m23% Rflexion20% Non-absorption (Eph < E1.2volt)31% Trop dnergie(Eph-E1.2volt)20% Recombinaison, Vbi11% resistances etc.100%16%h =Pelect.PrayPill = 1000 W/m2, 25C, AM1.5

    (standard testing conditions)1.2 voltEfficacit

  • Etape 3: Ratio de performance annuelPertes/gains de coefficient de temprature:-0.4%/C c..d. avec une temprature du module 45C: -5% Perte faible intensit (rduction de la tension)Perte pour changement de spectrePerte du cblage (rsistif): 1%Perte de conversion de 600 volt DC en 230 Vac (onduleur): 3%

    PR typique dun systme photovoltaque: 80%

    Efficacit totale annuelle: 16%*80% = 13%

  • Surface ncessaireConsommation mondiale: Ec = 1.5*1014 kWh/anne

    Rayonnement: G = 2700 kWh/m2/anneRendement total: = 13%

    Surface: A = Ec/(G*)= 4.3 1011m2 = 430000 km2 = 655 km x 655 km

  • (1)(1) Atmosphre: - 30% (2) Jour/nuit : - 50%(3) Hivers/t: +/- (4) Angles obliques: - 40%(5) Maximum sur une surface fixe: 2700 kWh/m(6) Latitude et mto en Suisse: ~1200 kWh/m2

    24 h0 h1.3611.000kWh/m2 (1)(3)(4)(5)(6)(2)(2)1000500

  • En Suisse: inclinaison 35 est optimaleSur une maison (%):

  • Dfinition utile: Puissance crte = Puissance installePanneau solaire:Taille: A = 1.65 m2Efficacit: =16 %

    Puissance STC (Io= 1000 W/m2): Pc = Io * * A = 264 Wcrt = 264 Wp (= 31 volt * 8.5 A)

    Prix des panneaux: $/Wp (0.5 1.5 $/Wp)

    Irradiance globale annuelle: G = 1200 kWh/m2PR = 80%

    Production annuelle en Suisse par Wp: E = G * PR / Pc = 1000 kWh/1000 Wp = 1000 kWh/kWp 160 kWh/m2265 Wcrt

  • Evolution du parc installe:Croissance en 2013: 38 GWp 237.5 km2 Pour les 430000 km2: 2000 ans !

    March mondial des toitures: 10000 km2/anne: ce rythme: 43 ans

  • Lorigine de lnergie en Suisse en 2008

    19% renouvelable et indigneProblme 3: Est-ce quon pourrait alimenter la Suisse en photovoltaque?

  • Approvisionnement = consommation suisse:Source actuelle: Stat. nergie et lectricit 2008

  • Socit suisse 100% photovoltaque:Hypothse:Efficacit accrue par llectricit: 125 TWh (au lieux des 254 TWh)

    Installation solaire quivalente:125 GWp = 780 km2

    Canton de Soleure: 780 km21.9% du territoire suisse

    Surface des routes: 107 m2/habitant * 8 mio = 850 km2

    Surface des btiments:52 m2/habitant * 8 mio = 416 km2

  • Cyclicit et stockageProduction sur une anne / plateau suisseNeuchtel / 4 kWp

  • Cyclicit et stockage:

  • Besoin de stockageHypothse:Consommation constante

    Production/consommation annuelle:125 TWh

    Stockage saisonal ncessaire: 22 TWh (< 20% du besoin total)

  • Stockage dlectricitLacs de pompage-turbinage (2018):Total 5 GW , capacit env. 20 heures (Nant de Dranse) 100 GWh= 50 min de stockage de pointe PV

    Lacs daccumulation (2013):2012/13: 85% 10%: 7000 GWh = 7 TWh , 100% 10 TWh = 80 heures de pointe PV= 30 jours de consommation complte

    Voitures lectriques (2030):4 mio de voitures de tourisme60 kWh de stockage batterie par voiture= 240 GWh de stockage= 2 heures de stockage de pointe PV

  • Stockage de chaleurStock de chaud Chaleur sensible (eau)Chaleur latente (paraffine (60C), sels)Crailsheim (Allemagne): 30000m2

  • Stockage de mthane synthtique (SNG)Allemagne: 400000 km de pipelinesv = 25 * 109 m3 de mthane1m3 10 kWh

    Stock dnergie: 210 TWh

    CH: 20 TWh ??

  • Electricit MthaneFuel cells = 60 - 70% = 49 - 65%3%Power-to-gas P2G

  • Power-to-hydrogen2 MW = 360 m3 hydrogne/ heureFalkenhagen (2013, Allemagne)

  • Stockage de position de masseE = F(x) dx =

    = (2 r 3 / 2 w) g r4

    r = 2.6 kg/dm3

    r = 100 m E = 3.2 GWh r = 500 m E = 2000 GWh

  • Lignes de longues distancesRio Madeira systme de transmission HVDC Longeur: 2375 km

    Puissance:6.3 GW

    Tension:+/- 600 kVolt

    Conducteurs:4 x 4 x 650mm2Pertes: 3.5%/1000 km = 8.3%

  • Desertec

  • RalitMix avec des agents solaires indirectes, qui sont ou anticycliques ou stockables:Hydraulique EolienBiomasse

    Meilleur rseau, rseau intlligent (smart-grid)

    Influencer la demande:EfficacitUtilisation en fonction de loffre (prix)

  • Ca coute combien? Ca va se faire?Prix du CO2Emissions de CO22013: 39000 MtCO2

  • Mix de sources dlectricit Allemagne 2013Est-ce que le solaire est mauvais pour lhydaulique (suisse)?Non, en principe ce sont les meilleurs partenaires possibles

  • Le futur: 100% renouvelable, 50% local

    Mobilit et transport:Voitures lectriques (PV)Transport publique (PV)Voitures hydrogne/mthane (PV)Avion solaire / fuel synthtique (PV)

    Electricit:PVHydrauliqueEolienBiomasseEfficacitGas synthtique

    Chauffage/habitat:Architecture solaireMinergieRnovation/isolationBiomasse (bois)Pompe chaleurCouplage chaleur forceMthane (PV et olien)

    Chart1

    33

    33

    33

    Sales

    Sheet1

    Sales

    Electricit33

    Mobilit33

    Chauffage33

  • ConclusionLe module photovoltaque en silicium, jadis un objet purement scientifique ou appliqu hors rseau, devient une source dlectricit trs gnralis, car son cout de base est devenu trs bas (100 $/module 50 $cts/Wp 1-2 $cts/kWh) Lnergie de fabrication dun systme PV est amortie en 1 3 ansLe module photovoltaque est le moteur principal dun nouveau systme dalimentation en nergie sans CO2 et renouvelableCe nouveau systme utilisera diffrents lments de stockage, de transformation, de transport, et dnergie complmentaires, pour faire correspondre la production et la consommation Le nouveau systme est techniquement faisable: conomiquement, il se ralisera en fonction du cout dmission du CO2

  • Photosynthse des plantes(production de biomasse)Efficacit de conversion de lnergie solaire: 1%

    *

    Commencer par avoir une vue densemble de notre consommation dnergie.Plus des deux tiers de notre nergie provient des importations de produits fossiles. Et comme sajoutent encore 10 % de nuclaire, il ny a au final qu1/5 de renouvelables dans notre mix nergtique.Jen profite au passage pour gratigner les partisans du nuclaire. Ils ont coutume de dire que le nuclaire couvre un quart de nos besoins nergtiques dcompts en nergie primaire. Mais ce qui compte cest lnergie finale utile, Et l, le nuclaire ne reprsente pas 10%, car les centrales nuclaires ne transforment quun tiers de lnergie primaire en nergie lectrique utile, les deux tiers restants se perdant dans latmosphre sous forme de chaleur. Bref, le nuclaire en plus dtre dangereux, est inefficace.

    Ce graphique = notre dfi et notre chanceDfi parce quil faut, pour maintenir notre prosprit, arriver ce librer de lhypothque que constituent notre dpendance aux nergies