Solaire

 

L'installation de panneaux solaires

photovoltaïques intégrés au bâtiment

 

De nos jours, plusieurs technologies sont sur le marché pour utiliser l’énergie renouvelable issu du soleil. On distingue l'énergie solaire photovoltaïque (production d'électricité) de l'énergie solaire thermique (production de chaleur).  Le solaire photovoltaïque convertit les rayons du soleil  en électricité au moyen de cellules généralement à base de silicium. 

Bien que le solaire thermique puisse être très rentable pour la production d'eau chaude sanitaire par exemple, nous avons opté pour du solaire photovoltaïque afin de couvrir au maximum la consommation énergétique du bâtiment. Nous étudierons donc la mise en place de cellules photovoltaïques sur le toit du bâtiment.

Le flux énergétique reçu par le sol ne dépasse que très rarement les 1000 W.m-2. Cela est dû au fait que 30% du rayonnement solaire est directement réfléchi vers l’espace (Figure 1). De plus, la composition de l’atmosphère influe sur la quantité de rayons atteignant le sol. En moyenne des études on établies que 50% du rayonnement solaire atteint le sol (Figure 1).

 

Figure 1 : Proportion de rayons solaires traversant l'atmosphère

( Source : http://www.ecobase21.net/)

 

 

Nous avons décidé de mettre en place des panneaux photovoltaïques sur le toit du bâtiment afin de répondre au besoin annuel énergétique du bâtiment qui est de 274 MWh. Pour cela, nous disposons d'une surface de 1 078 m2 (en accord avec le bînome 2 qui nécessite aussi de l'espace pour un système de récupération des eaux pluviales). Par ailleurs, le site  d'implantation du bâtiment nous permet de profiter d'un ensoleillement intéressant à la mise en place de tels panneaux (Figure 2). On observe en effet une durée d'ensoleillement annuelle moyenne de 2 100 heures, avec une énergie solaire annuelle moyenne reçu de plus de 1 100 kWh.

 

 

Figure 2 : Durées effectives d’ensoleillement en France et énergie solaire annuelle moyenne reçu dans le monde

(Source : Météo France et Encyclopedia Universalis 2005)

 

Nous avons choisi de mettre en place des panneaux de type Sanyo 240 HIT qui semblent être couramment utilisés et performants. Les rendements donnés par le fournisseur sont les suivants :

Tableau 1 : Rendement de la cellule et du module d'un panneau Sanyo

(Source : www.enviko.com/pdf/sanyo_hip-hde4_en.pdf )

La cellule du panneau se compose d'une fine plaque de silicium monocristallin enrobée par des couches de silicium amorphe (Figure 3).

Figure 3 : Caractéristiques du panneau Sanyo 240 HIT

(Source : www.enviko.com/pdf/sanyo_hip-hde4_en.pdf)

Les dimensions des panneaux et la superficie du toit nous permet d'avoir au maximum 775 panneaux. Nous choisissons donc de mettre en place 750 panneaux photovoltaïques sur le toit de notre bâtiment afin de laisser de la place au matériel annexe et zones ombragées.

La puissance équivalente est évaluée en kilowatt-crête. Cette unité représente la puissance maximale que peut fournir notre installation. Plus précisément, cette est définie par la puissance fournie par l'installation qui reçoit 1000 W/m² à 25 °C. La puissance est donc aussi dépendante de la surface de l'installation et du rendement des panneaux installés. 

On a alors : Puissance de l'installation = 1000 W/m² x Surface de panneaux x Rdt des panneaux

P = 1000 x (0.861 x 1.610 x 750) x 0.173

P =  179,9 kWc

Avec le logiciel en ligne PVGIS, nous avons estimé la production annuelle d'électricité avec ce type de panneaux solaire. Le logiciel permet de prendre en compte la localisation de l'installation, la puissance installée et l'optimisation de l'inclinaison des panneaux face au soleil. Il permet aussi de prendre en compte les pertes dues au câblage notamment, perte que nous avons augmenté par rapport à la valeur moyenne contenu de la hauteur et de la taille de l'installation et donc du câblage nécessaire.

Nous obtenons les résultats suivants (cliquez pour plus de détails) :

Tableau 2 : Résultats de la simulation PVGIS

(Source : re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php )

Les panneaux photovoltaïque nous apportent donc une production électrique maximale de 203 MWh/an. Cela représente 74% de nos besoins électriques suite à la réduction de consommation de notre bâtiment. 

Cependant, comme nous le monde le graphique de l'évolution de la production électrique solaire  au cours de l'année (Figure 4), nous constatons que la production va beaucoup varier. En décembre par exemple la production atteint 9 220 kWh alors qu'elle est à 23 100 kWh en juillet. De plus, la demande est beaucoup plus importante en décembre, en partie à cause de la forte consommation de chauffage. On aura donc un bilan plus négatif en hiver mais qui sera compensé en été par un évident surplus de production en été de part la forte production et les faibles consommations.

Figure 4 : Évolution de la production solaire moyenne d'électricité au cours d'une année

(Source : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php#)

 

D'un point de vue économique et de part cette différence entre la production la consommation entre été et hivers, nous préférons vendre l'énergie produite car cela est plus rentable. En effet, EDF rachète le kWh à 28 centimes d'euro suivant la législation et la réglementation en vigueur.

Une étude économique de cette installation nous donne :

Figure 5 : Étude économique et temps de retour sur investissement de l'installation photovoltaïque

 

 

 


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