Energie solaire vs
Energie éolienne: 2 sources d'énergie complémentaires.Part A.
Par: Guillaume Jean-Mary, ing
A-
Le solaire
Technique Homojonction vs Technique
Hétérojonction.
L'énergie solaire est produite par la transformation de la lumière solaire
en électricite, par le biais de panneaux solaires. Cette technologie requiert
le rayonnement solaire et non la chaleur du soleil. Plus le niveau de chaleur
est élevé, plus le voltage délivré par le panneau solaire diminue. Ce phénomène
s'appelle “l'effet photo voltaïque”. Ces panneaux solaires sont constitués de 2
couches identiques de silicium, dopées de manières opposées. Cette technique
s'appelle "Homojonction".
Le panneau solaire standard est
constitué de plusieurs cellules qui, mises en série, donne
un panneau de 18 volts. Par exemple, 36 cellules de 0.5v mises en série, donne
un panneau de 18v, 260w. Donc, ce panneau de 18v peut recharger une batterie de
12v. Dans ce cas, le panneau est connecté en parallèle avec d'autres de même
spécifications techniques, pour augmenter la puissance de l'installation.
Le rendement des panneaux photovoltaïques est de 15% ie une grande partie de
l'énergie lumineuse qui est arrivée sur les panneaux est transformée en chaleur
et, est soit perdue soit réfléchie. Seuls 15% de l'énergie lumineuse sont
convertis en électricité.
Pour augmenter le rendement des panneaux solaires de base, les scientifiques
dopent le Silicium avec du Phosphore et du Bore. Cette nouvelle technique de
dopage s'appelle "Hétérojonction". Dans ce cas, la
couche de Phosphore est exposée à la lumiére, donc plus d'électrons que le
Silicium (borne négative) alors que le Bore est à la couche opposée au Silicium
donc, moins d'électrons que le Silicium (borne positive). L'objectif étant
d'obtenir 2 bornes, l'une positive l'autre négative .
Types de panneaux solaires.
Il existe des panneaux solaires de type Monocrystallin de couleur bleue et
des panneaux solaires de type Polycrystallin de couleur noire. Quoiqu'en
théorie, le panneau solaire aie une durée de vie infinie, ce dernier dégrade de
0.1% à 1% l'an. Et, certains panneaux
peuvent fournir à la fois de la chaleur et de l'électricité; ce sont des “panneaux
hybrides”.
Le solaire est peu efficace en mer, mais très efficace dans les projets
spaciaux. Dépendant de la position géographique et des conditions
météorologiques, la production du panneau peut être faible voire nulle durant
la nuit. Il ne fait pas de bruit, son installation est discrète, mais peu
esthétique. L'investissement de départ comme l'implantation de l'installation
est élevé comparé à l'éolienne. Sa rentabilité est obtenue au bout de 3 à 5
ans, suivant la région. 20% de l'énergie
est perdu en raison des batteries au plomb qui sont peu performantes.
Maintenance des panneaux solaires.
La maintenance des panneaux solaires consiste à nettoyer leurs surfaces
régulièrement et à remplacer les batteries tous les 5 ans. L’énergie produite
par les panneaux ne produit pas d'effet de serre dans l'atmosphère.
Calcul de vos besoins en energie solaire/Bilan Solaire.
Identifier les besoins consiste à connaitre la consommation énergétique
moyenne. Pour installer un système de panneaux solaires, il faut:
- Identifier ses besoins en watts,
- Se procurer un onduleur (inverter) approprié par rapport aux charges,
- Avoir la quantité de batteries deep cycle correspondante,
-Avoir les panneaux solaires nécessaires,
- Avoir des cadres (frames) métalliques pour l'installation sécuritaire des
panneaux solaires,
- Installer un ou des contrôleurs de charges,
- Se procurer des câbles de connection pour les batteries et
- Avoir des câbles électriques pour
relier les panneaux aux batteries.
Energie solaire vs Energie
éolienne: 2 sources d'énergie complémentaires
Par: Guillaume Jean-Mary, ing 05/20/17
Etude de cas.
A- Pour des charges
(besoins) de 10kwatts/320watts par panneau, le besoin besoin d'installation est
de 32 panneaux de 320watts
B- Pour des charges
(besoins) de 5kwatts/280 watts par panneau, le besoin d'installation est de 18
panneaux solaires de 280 watts.
C- Pour des charges
(besoins) de 1kwatt/280 watts par panneau, le besoin en installation est de 4
panneaux solaires de 280 watts.
Il est important de connecter les batteries au régulateur (contrôleur de
charges) avant de les connecter au panneaux solaires. Il est aussi important de
ne ni connecter les batteries à l'onduleur ni allumer l'onduleur lui-même,
avant de s'assurer que l'installation est sécuritaire.
Différents types de sytèmes solaires: Grid-tied vs
Off-grid systems.
Dans le Grid-tied system, l'énergie produite par le solaire alimente directement
l'inverter alors que dans le Off-grid system, l'énergie produite par le solaire
recharge des batteries qui, elles-mêmes,
alimentent un inverter.
Energie solaire vs
Energie éolienne: 2 sources d'énergie complémentaires Par: Guillaume Jean-Mary, ing. 05/20/17
L'éolienne.
L’énergie éolienne est
produite par la transformation du vent en énergie électrique. Le système est
constitué d’un rotor avec un certain nombre de pales, d’une nacelle et d’un mât
(fùt). Le rotor récupère l’énergie cinétique du vent et la transforme en
énergie mécanique. Une génératrice transforme l’énergie mécanique en énergie
électrique. Le signal produit est un signal triphasé alternatif à fréquences
variables. Le probléme c’est qu’il est impossible de connecter ce signal sur un
réseau qui est à fréquence fixe. A cette fin, on utilise un redresseur qui
change le signal alternatif en un signal direct pulsé. Ce dernier est passé par
un ondulateur (inverter) pour produire un signal alternatif à fréquence fixe.
Ainsi, on peut se connecter sur le réseau.
Puissance
(Wattage) des éoliennes.
La puissance d’une éolienne
dépend en très grande partie de la dimmension de son rotor. Ainsi, un rotor de
1.14m peut produire entre 400 et 600w @45km/h, un rotor de 3.72m peut produire
entre 1.8 et 2.4Kw @ 40km/h. Un rotor de 30m peut produire une puissance de l’ordre
de 30 Kw, un rotor de 40m peut produire une puissance de l’ordre de 600Kw, un
rotor de 125m peut produire une puissance de l’ordre de 1.5Mw. Donc, on peut
utiliser des éoliennes de 10 Kw pour une maison. Mais, il faut ne pas habiter
trop proche des installations éoliennes car, elles génèrent du bruit de l’ordre
de 40 à 50 DB, à 350m de distance.
Energie
non raccordée à un réseau.
Dans le cas d’un projet éolien
urbain non raccordé à un réseau, l’énergie doit être stockée dans des
batteries. La démarche veut qu’on applique le signal triphasé à fréquences
variables dans un redresseur et un contrôleur de charges puis, le stocker dans
des batteries. On connecte ensuite les batteries à un onduleur puis, à
l’utilisateur.
Energie
solaire vs Energie éolienne: 2 sources d'énergie complémentaires Par: Guillaume Jean-Mary, ing 05/20/17
Energie
raccordée à un réseau.
Dans le cas d’un projet éolien
non raccordé à un réseau, on applique la procédure normale qui consiste à
appliquer le signal triphasé à fréquences variables à un inverter approprié
puis le connecter sur le réseau puis enfin, à l’utilisateur.
Système de freinage des
éoliennes.
Les éoliennes ont des systèmes
de freins aérodynamiques qui les protègent des vents excessifs (au delà de
20m/s ou 90km/h), des problèmes de réseau électrique (surtension et
sous-tension) ainsi que des vibrations où un arrêt en urgence est
indispensable. A noter que toutes les éoliennes démarrent à une vitesse de
4m/s. Arrivée à une certaine vitesse qu’on appelle la puissance nominale, il
sera nécessaire de freiner l’éolienne parce que les bouts des pales tournent à
une vitesse excessive supérieure à 300km/s sinon on ne peut plus les freiner.
La technique de freinage
consiste à faire pivoter les pales et freiner le rotor. Quand le rotor
s’arrête, on utilise les freins à disques pour éviter que les éoliennes
repartent accidentellement. Les machines utilisées sont les machines synchrones
ou machines à aimants permanents. Cette technologie est aussi utilisée dans les
vélos électriques.
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