Perspectives index: L'energie solaire et les toits photovoltaiquesindex: L'energie solaire et les toits photovoltaiques

Questions & Réponses

  • Quelle est la différence entre solaire photovoltaïque et solaire thermique?


    • Tandis que le solaire photovoltaïque produit de l'énergie électriqueGlossary en exploitant l'effet photovoltaïque de certains matériaux     semiconducteursGlossary, le solaire thermique utilise l'énergie solaireGlossary recueillie par un collecteur solaire pour le chauffage d’un fluide (par exemple l'eau).

  • Combien d'énergie photovoltaïque faut – il pour une habitation?


    • La réponse à cette question est très difficile, car liée à plusieurs variables comme la position géographique de l'habitation, les conditions climatiques, le nombre d'électrodomestiques, etc. Toutefois on peut estimer un besoin énergétique annuel moyen de 3000 kWhGlossary électriques pour une famille moyenne de 4 personnes. Prenant comme référence la production de notre installation à Bologne un dispositif photovoltaïque d'environ 20 m2 et 2.7 kWpeakGlossary devrait satisfaire le besoin journalier d'une telle habitation.

  • Combien coûte l'énergie électrique photovoltaïque?


    • Le coût de l'énergie photovoltaïque est donné par la somme des coûts d'investissement (réalisation de l'installation photovoltaïqueGlossary, l'inverterGlossary ou les batteriesGlossary, autres composants auxiliaires), des coûts de fonctionnement (entretien, personnel technique) et des coûts additifs (taxes et assurances). Généralement les différents gouvernements prévoient des encouragements, des financements et diverses facilités qui sont souvent bloqués par la bureaucratie. En prenant en compte les modules de siliciumGlossary mono ou polycristallin les plus diffusés, avec un rendementGlossary de 12-14%, le coût moyen en Italie est environ 8000 Euros/kWpic pour les installations de petite taille (quelques dizaines de kWpic) et peut descendre jusqu'à 5500 Euros kWpic pour les installations de 1 MW. Des modules construits avec des technologies particulières peuvent avoir un rendement de 20% avec une conséquente augmentation des coûts; les modules en silicium amorphe avec des rendements de 6-8% sont plus économiques. Le coût du kWh photovoltaïque, en plus du coût d'investissement et d'entretien de l'installation, doit tenir compte aussi du nombre de kWh produit en un an, de la durée de vie de l'installation (estimée à 25 ans), des coûts d'intérêts réels etc. La valeur finale en Italie peut varier entre 0.3 et 0.5 Euro/kWh; le prix payé par l'utilisateur privé moyen à la société de distribution est, aujourd'hui, autour de 0.15 Euro/kWh (Source ENEA).

  • Comment peut-on économiser de l'énergie pour les utilisations domestiques?


    • La consommation de l'énergie électrique dans le secteur résidentiel en Italie constitue près de 23% des consommations électriques nationales, dont une partie de près de 6 milliards est destinée à l'illumination domestique. Il y a des épargnes qu’on peut faire à partir du changement de comportement des personnes; par exemple ne pas laisser la lumière allumée dans les chambres non occupées, utiliser des lampadaires avec peu de lampes, placer le réfrigérateur dans un lieu aéré et loin des sources de chaleur et régler le thermostat sur un niveau intermédiaire, utiliser les cycles de lavage de la machine à laver à basse température, etc. Avec ces procédés l'ENEA estime  une épargne de 10-20%.
    En ce qui concerne l'illumination (une consommation annuelle d’à peu près 400 kWh pour une famille moyenne) remplacer les lampes à incandescence avec les lampes à basse consommation permet une épargne jusqu'à 70%.
    Remplacer des électrodomestiques avec des appareils certifiés à grande efficacitéGlossary, et éteindre les appareils en stand by (par ex. dans les TV, les ordinateurs, etc.) permettrait une épargne de quelques centaines de kWh/an.
    Globalement l'ENEA a estimé, pour une famille type, que la consommation en énergie électrique pourrait être réduite jusqu'à 40% sans faire trop de renonces.

 
Fig. 1: High efficiency photovoltaic cells mounted on the "Sojourner" vehicle, which began exploring Mars in 1997. Credit: (NASA)

  • Quel est le coût "en énergie" d'un panneau photovoltaïque? Pour combien de temps un panneau doit fonctionner pour redonner ensuite l'énergie utilisée pour le construire?


    • Les modules photovoltaïques doivent fonctionner pendant un certain nombre d'années pour produire l'énergie dépensée pour leur construction (l'extraction de la matière première, les transports, les élaborations, etc). Cette énergie, dite "énergie grise", dépend de la technologie de fabrication et varie entre 3 et 4 MWh/kWpic du silicium amorphe aux 5-7 MWh/kWpic du silicium mono ou poly-cristallin. En conséquence le temps de récupération énergétique d'une installation peut varier entre 3 et 6 années, en fonction du type de module et du site d'installation.

  • Quelle est la plus grande centrale photovoltaïque italienne? Quelle quantite d'énergie produit- elle ?


    • La plus grande centrale photovoltaïque italienne est celle de l'ENEA à Serre (SA), qui s'étend sur environ 5.5 hectares de territoire et est en marche depuis 1995. La superficie des panneaux installés est de 2.65 hectares, pour une puissance nominale de 3.3 MWpic . Les installations les plus significatives en Italie ont été réalisées dans le centre sud, où l'insolationGlossary est plus importante. Par exemple, en considérant une insolation de 1600 kWh/m2/an et une efficacité totale moyenne de 10%, une centrale peut produire environ1200 kWh/an/kWpic (calculant une moyenne de 7.5 m2 de panneaux par kWpic). Naturellement les périodes d'arrêt  pour les réparations et l'entretien etc., peuvent réduire aussi de façon significative ces valeurs. En 2004, pour 4 MWpic installés dans la région Campania, la production a été seulement de 2500 MWh (Source GRTN 2004).

  • Comment comparer la puissance et l'énergie moyenne produites par une centrale photovoltaïque à celles produites par une centrale traditionnelle?


    • Si une centrale traditionnelle de 100 MW électriques fonctionne pour 80% du temps (le reste est dédié à l'entretien), en une année celle-ci produira une quantité totale d'énergie électrique
                    W= 100 MW x 0.80 x 365 x 24 = 700800 MWh par an  = 701 GWh par an.
    Notre petite station photovoltaïque à Bologne produit en moyenne en une année W = 0.15 MWh/m2 par an.
    Aux latitudes comme les nôtres une centrale photovoltaïque qui produit une quantité d'énergie égale à celle d'une centrale conventionnelle de 100 MW électriques doit avoir une superficie
                    S = 700800 MWh / 0.15 MWh/m2 = 4672000 m2 = 4.7 km2
    A ceci il faudrait ajouter 2 km2 pour les espaces de manoeuvre et d'entretien. La centrale électronucléaire de Caorso, éteinte en 1986, équivalait à une centrale photovoltaïque de près de 45 km2 couverte de panneaux.

  • Quelle est la fraction d'énergie solaire effectivement transformée par les installations photovoltaïques?


    • La densité de puissance provenant du soleil à la surface de l'atmosphère terrestre vaut 1353 W/m2 (la constante solaire), qui en terme d'énergie équivaut à près de 32.5 kWh/m2/jour.
    En tenant compte de la rotation de la terre à notre latitude (40˚Nord), l'insolation moyenne à la surface de l'atmosphère vaut près de 8 kWh/m2/jour correspondant à peu près à 2900 kWh/m2/an.
    A la traversée de l'atmosphère, le rayonnement solaire est absorbé et diffusé et la valeur de l'insolation moyenne au sol se réduit à près de 5.5 kWh/m2/jour, correspondant à près de 2000 kWh/m2/jour. Cette valeur est référée aux conditions d'une atmosphère limpide; les nuages et la brume réduisent de façon substantielle l’insolation effective. Les données historiques relevées dans les stations météorologiques permettent de définir des cartes avec des courbes isoradiatives qui reportent les valeurs moyennes journalières pour différentes localités : pour Bologne, par exemple, 3.9 kWh/m2/jour, à peu près 1420 kWh/m2/an.
    L'énergie recueillie par les modules photovoltaïquesGlossary dépendent encore de deux facteurs: l'angle d'inclinaison par rapport au sol (tilt) avec lequel les panneaux sont montés et l'angle de l'azimut par rapport à la direction du sud.
    A nos latitudes la maximisation de la capture de l'énergie a lieu avec un tilt de près de 30˚ et un azimut de 0˚. Dans ce cas le gain par rapport au cas horizontal est près de 10%. Au contraire si les surfaces s'éloignent de l'orientation sud d'un angle jusqu'à 30˚, la diminution de l'énergie recueillie reste limitée.
    Pour conclure, si l'énergie électrique produite vaut, comme dans le cas de notre installation à peu près 150 kWh/m2/an (0.41 kWh/m2/jour), l'efficacité de conversion est  aux alentours de 10.5% par rapport à l'insolation effective au sol. Les nuages réduisent de 30% en moyenne l'énergie solaire convertible par notre installation. Par rapport à l'insolation au delà de l'atmosphère à nos latitudes, la quantité d'énergie qui effectivement arrive à terre est inférieure et  est de ~ 5%.

Bibliographie:


  • F. Casali, "Energia Pulita: quale?", Cappelli Editore, 1987.
  • N. Armaroli, V. Balzani. "Energia, oggi e domani",  Bononia University Press Editore, 2005.
  • V. Spezia "Energia: quale futuro", Le Scienze, giugno 2005, pag 42.
  • D. Bonacorsi, G. Giacomelli, G. Mandrioli, "Energia, Ambiente e Salute", DFUB 2003/05. Presentazione all'Accademia delle Scienze, 23 maggio 2002.
  • S. Castello, "Aspetti tecnici ed economici della tecnologia fotovoltaica". Progetto:"Il sole a scuola", www.enea.it 

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