Tpe Fermes Photovoltaiques

Le pétrole devient la source d’énergie la plus exploitée au monde.

Mais en 1973, l’augmentation brutale du prix du baril (de 3$ à 11,25$) explique le premier choc pétrolier. Cela suscite déjà un doute sur l’avenir du pétrole et certaines recherches sont lancées sur d’autres sources d’énergie, vite mises de côté pour des questions de coût.

Le second choc pétrolier de 1979 fait passer le prix du baril de 12$ à 32$. Puis durant 20 ans, les prix se stabilisent, et le problème du coût du pétrole ne se pose plus.

Dans les années 2000, les besoins en pétrole croissent considérablement à cause de l’essor des pays en voie de développement.

En 2008, le cours du pétrole atteint le montant record de 132,5$ le baril ! Certains n’hésitent pas à parler de troisième choc pétrolier.

Sur le graphique ci-dessous on observe que le prix du baril entre 2010 et 2011 oscille entre 70$ et 100$. Il atteint cependant 110,30$ à la fin de mars 2011.

En mars 2012, le prix du baril de pétrole a atteint 103$.

Les réserves pétrolières

On observe globalement que de 1930 jusqu’aux années 60, les découvertes de pétrole augmentent considérablement en même temps que la production.

A partir de 1970, tandis que la consommation, et donc la production, ne cesse d’augmenter, de moins en moins de nouveaux gisements sont découverts ce qui entraîne une diminution des réserves.

Celle-ci se traduit par une augmentation du prix du pétrole. Depuis quelques années le renouvellement des réserves n’est plus assuré par l’exploration : les gisements découverts sont moins nombreux et plus petits. Cela n’a pas encore d’effet sur la production mais il est certain qu’un jour l’offre de pétrole ne pourra plus suivre une demande toujours croissante.

Aujourd’hui on prévoit que d’ici 2050 les découvertes de réserves de pétrole tendront à s’épuiser.

Les contraintes dues à la production d’électricité

La pollution due à la production d’électricité est engendrée par beaucoup de systèmes produisant de l’électricité aujourd’hui tels que les centrales nucléaires ou les centrales à flammes.

Les centrales nucléaires

Le nucléaire ne rejette pas directement de CO2, mais produit des déchets radioactifs. Ceux-ci sont actuellement impossibles à traiter et représentent un réel danger pour l’écosystème. Or la production d’énergie électrique à partir du nucléaire représente 77% de la production totale en France.

Les centrales à flammes (charbon, fioul, gaz)

Elles représentent environ 11% de la production totale d’électricité en France, de plus elles émettent une quantité non négligeable de CO2.

Toutes ces observations comme l’augmentation du prix du pétrole, l’épuisement des réserves pétrolières et la pollution issue des centrales, nous mènent aujourd’hui vers les énergies renouvelables et non polluantes comme le photovoltaïque.

On s’intéressera plus particulièrement aux fermes photovoltaïques.

PRESENTATION DE L’ENERGIE SOLAIRE

L’énergie solaire

Désigne l'ensemble des techniques permettant d'exploiter l'énergie du rayonnement solaire.

C'est une source d'énergie intermittente (pas d'énergie solaire la nuit), certes, mais illimitée.

L'énergie solaire, peut être convertie en chaleur ou en électricité.

On distingue deux moyens principaux de convertir l'énergie solaire:

- Conversion en électricité: solaire photovoltaïque.

- Conversion en chaleur: solaire thermique.

On s’intéresse tout d’abord dans cette partie au solaire thermique. Il désigne l'énergie récupérée sous forme de chaleur à partir de la lumière du soleil.

L'énergie solaire thermique peut être utilisée de façon passive ou active.

On parle de solaire thermique passif pour les installations permettant de chauffer directement un bâtiment par ses surfaces vitrées (effet de serre).

Le solaire thermique actif consiste à récupérer la chaleur du soleil dans des panneaux solaires ou capteurs solaires thermiques dans lesquels circule un fluide caloporteur.

Ce fluide chauffé dans les panneaux solaires peut stocker sa chaleur dans un ballon à accumulation qui alimente ensuite un circuit de chauffage.

L’énergie solaire est répartie inégalement dans le monde comme en témoigne cette carte :

On remarque que plus on s’éloigne de l’équateur plus la quantité d’énergie solaire reçue par le sol diminue.

Cette carte représente la répartition de l’énergie solaire en France en kWh/m². On observe une répartition inégale avec une quantité d’énergie importante au Sud, de l’ordre de 5 kWh/m², cette quantité d’énergie s’affaiblie lorsque l’on se dirige vers le Nord.

Les différents systèmes fonctionnant à l’énergie solaire

Nous étudierons ici les principaux systèmes fonctionnant à l’énergie solaire.

Le four solaire (Odeillo)

Ce four solaire a été mis en service en 1970.Il permet de concentrer l’énergie de « 10 000 soleils » et d’atteindre des températures maximales de l’ordre de 3800 °C par concentration des rayons solaires sur 9500 miroirs de 45 cm de côté. Pour renvoyer ces rayons, on utilise 63 miroirs plats de grande taille (45 m²) pivotant en fonction de la position du soleil.

Ce site permet de faire des recherches scientifiques sur la résistance des matériaux.

Le chauffe-eau solaire et chauffage solaire

Il peut être utilisé dans le domaine individuel ou collectif.C’est un système qui comporte des capteurs solaires installés le plus souvent sur les toitures.Ces capteurs permettent de récupérer l’énergie du soleil afin de réchauffer le liquide caloporteur, qui transmet la chaleur au ballon d’eau chaude dans le cas d’un chauffe-eau solaire, ou au plancher chauffant dans le cas d’un chauffage solaire.

En France, pour un foyer, ces systèmes apportent en moyenne 50% de la consommation d’eau chaude.Il est donc nécassaire d’installer un moyen de production d’eau chaude annexe.

Le froid solaire

Les systèmes de rafraîchissement solaire sont composés de deux grandes familles technologiques : les systèmes fonctionnant en cycle ouvert avec les systèmes de " desiccant cooling " et ceux fonctionnant en cycle fermé avec les machines à absorption et adsorption ou encore les systèmes thermochimiques.

Les systèmes de rafraîchissement solaire à cycles ouverts sont des systèmes à dessiccation utilisant l'eau en contact direct avec l'air comme réfrigérant.

LE PRINCIPE DU PHOTOVOLTAÏQUE

Le but du panneau solaire photovoltaïque est de convertir l’énergie lumineuse en énergie électrique.

L’effet photovoltaïque est découvert en 1839 par le physicien français Alexandre Edmond Becquerel.

Mais ce n’est qu’en 1954 que trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince mettent au point une cellule photovoltaïque pour alimenter les satellites de l’industrie spatiale. Six ans plus tard, les premiers satellites alimentés par des cellules solaires avec un rendement de 9% sont envoyés dans l’espace.

Composition et fonctionnement du panneau photovoltaïque

Un panneau solaire photovoltaïque est composé du haut vers le bas :

-De capteurs photovoltaïques

-Une couche supérieure de type N contenant du silicium avec un surplus d’électrons (couche chargée négativement)

-Une couche inférieure de type P contenant du silicium avec moins d’électrons (couche chargée positivement)

-Une jonction PN entre les couches

La mise en contact de ces deux couches met en place une jonction PN qui permet le passage des électrons d’une couche à l’autre. Lorsque