2 ) flux solaire (W/m

(1)

É É NERGIE SOLAIRE NERGIE SOLAIRE Marcel Lacroix

Marcel Lacroix Universit

Universit é é de Sherbrooke de Sherbrooke

(2)

É É NERGIE SOLAIRE: NERGIE SOLAIRE:

BONNE NOUVELLE BONNE NOUVELLE

1. Presque toutes les sources d’énergie

que nous maîtrisons proviennent du

soleil. C’est l’échelle de temps qui les

distingue …

(3)

É É chelle des saisons chelle des saisons … …

• L’énergie solaire captée par les plantes est transformée,

grâce à la photosynthèse, en énergie chimique. Stockée dans les céréales, cette énergie est libérée sous forme de chaleur

(4)

‘ ‘ COMBUSTION COMBUSTION ’ ’ ALIMENTAIRE ALIMENTAIRE

BROYEUR RÉACTEUR BATCH

RÉACTEUR PLUG FLOW

ÉNERGIE O

H CO

O ALIMENT

+ +

→

+

2 2

)

2

(

MOTEURS À

COMBSTION: MUSCLES

(5)

É É chelle des saisons chelle des saisons … …

• Le rayonnement solaire évapore l’eau des lacs et des océans pour la décharger dans de grands réservoirs en amont des rivières.

L’énergie potentielle de l’eau qui les descend est récupérée dans les turbines hydrauliques et transformée en électricité.

(6)

PRODUCTION, TRANSPORT ET PRODUCTION, TRANSPORT ET

DISRIBUTION D

DISRIBUTION D’É’ÉLECTRICITLECTRICITÉÉ

(7)

É É chelle des ann chelle des ann é é es es … …

• L’énergie solaire est stockée dans la biomasse.

Elle est libérée sous forme de chaleur par la combustion.

(8)

É É chelle des centaines de millions d chelle des centaines de millions d ’ ’ ann ann é é es es … …

La matière organique se fossilise et se transforme en charbon, en pétrole et en gaz naturel. L’énergie solaire est libérée sous forme de

(9)

É É chelle des journ chelle des journ é é es es … …

• Le rayonnement solaire chauffe les terres et les océans qui soulèvent les masses d’air et provoquent les vents. L’énergie cinétique des vents propulse les voiliers et fait tourner les

(10)

É É chelle des journ chelle des journ é é es es … …

• Le rayonnement solaire nous baigne de sa chaleur et alimente les piles photovoltaïques.

(11)

É É chelle des microsecondes chelle des microsecondes … …

• Des atomes d’hydrogène se fusionnent et allument le soleil. C’est la source d’énergie des étoiles. Mais cette source, hélas, nous échappe toujours.

(12)

É É NERGIE SOLAIRE: INT NERGIE SOLAIRE: INT É É RÊT RÊT

2. En une seule année, le rayonnement solaire capté par la terre équivaut à 15 000 fois la consommation annuelle mondiale

d’énergie!

3. Si le soleil s’éteignait soudainement, la

température sur terre plongerait au point

(13)

ÉÉNERGIE SOLAIRE: DISPONIBILITNERGIE SOLAIRE: DISPONIBILITÉÉ

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ − −

⋅

= _max ₂⁰ ²

2

) exp (

φ σ

φ

^t ^t

φmax

σ

temps (h) flux solaire (W/m2 )

200 400 600 800

12 15 18

9 6

t0

•Saison

•Latitude

•Altitude

•Nuages

(14)

TRANSFORMATION DE L

TRANSFORMATION DE L’É’ÉNERGIE NERGIE SOLAIRE SUR TERRE*

SOLAIRE SUR TERRE*

Phénomène %

Albédo ~ 35 Chaleur 43 Hydrologie 22

Vent 0.2

Photosynthèse 0.02

(15)

EXPLOITATION DE L

EXPLOITATION DE L ’É ’É NERGIE NERGIE SOLAIRE

SOLAIRE

• Systèmes thermiques - passifs

- actifs

• Systèmes photovoltaïques

(16)

SYST SYST È È MES THERMIQUES PASSIFS MES THERMIQUES PASSIFS

la chaleur solaire est interceptée naturellement par la structure du bâtiment (toits, murs,

planchers, fenêtres, etc.)

(17)

SYST SYST È È MES THERMIQUES ACTIFS MES THERMIQUES ACTIFS

la chaleur solaire est absorbée dans un

capteur, transportée par un caloporteur et emmagasinée dans un stock.

(18)

FOUR SOLAIRE: PRINCIPE

(19)

FOUR D

FOUR D ’ ’ ODEILLO, FRANCE ODEILLO, FRANCE

Puissance thermique: 1MW Flux maximal: 1kW/cm²

Température du four: 800- 2500⁰C

Mise en service: 1970

(20)

CHEMIN

CHEMIN É É E SOLAIRE: PRINCIPE E SOLAIRE: PRINCIPE

(21)

CHEMIN

CHEMINÉÉE DE MANZANARES, E DE MANZANARES, ESPAGNE

ESPAGNE

Puissance maximale: 50kW Hauteur de cheminée: 195m Diamètre de cheminée: 10m Diamètre du collecteur: 240m Mise en service: 1981

(22)

SYST SYST È È MES PHOTOVOLTA MES PHOTOVOLTA Ï Ï QUES QUES

Le rayonnement solaire est converti en

électricité dans une cellule photovoltaïque.

(23)

SYST SYST È È MES PHOTOVOLTA MES PHOTOVOLTA Ï Ï QUES QUES

(24)

É É NERGIE SOLAIRE: NERGIE SOLAIRE:

AVANTAGES AVANTAGES

1. Source naturelle et inépuisable.

2. Disponible et gratuite partout sur terre.

3. Propre, du moins en principe.

4. Incontournable.

(25)

É É NERGIE SOLAIRE: NERGIE SOLAIRE:

INCONV

INCONV É É NIENTS NIENTS

1. Source d’énergie à basse température:

piètre qualité.

(26)

SCH SCH É É MA MA É É NERGIE NERGIE - - TRAVAIL TRAVAIL

Énergie potentielle élevée

Énergie potentielle basse

Machine Travail

(27)

SCH SCH É É MA CHALEUR MA CHALEUR - - TRAVAIL TRAVAIL

Température élevée T_H

Température basse T_C

Machine Travail

(28)

RENDEMENT D

RENDEMENT D ’ ’ UNE MACHINE UNE MACHINE

• Il est impossible de convertir toute la chaleur en travail!

• Plus la température de la source d’énergie est élevée, meilleure est la qualité de l’énergie.

• Rendement maximal d’un système solaire:

%!

) 12 273

60 (

) 273 20

1 (

max

1 =

+

− +

=

−

=

H C

T

η T

(29)

É É NERGIE SOLAIRE: NERGIE SOLAIRE:

INCONV

INCONV É É NIENTS NIENTS

2. Source indisponible la nuit, les jours nuageux et moins généreuse l’hiver.

3. Désynchronisation entre la

disponibilité et l’utilisation: stockage

nécessaire.

(30)

Stockage thermique

(31)

Stockage

Stockage é é lectrique lectrique

(32)

É É NERGIE SOLAIRE: NERGIE SOLAIRE:

INCONV

INCONV É É NIENTS NIENTS

4. Coûts d’acquisition et d’entretien des installations.

5. Perception publique.

(33)

CELLULES PHOTOVOLTA

CELLULES PHOTOVOLTA Ï Ï QUES: QUES:

INCONV

INCONV É É NIENTS NIENTS 1. Matériaux toxiques.

2. Rendement faible (~10-15%).

3. Grande superficie nécessaire.

(34)

Grande superficie n

Grande superficie n é é cessaire cessaire

(35)

La maison au Qu

La maison au Qu é é bec bec

• Électricité: 120 Volt, 200 Ampères soit 24 kW*.

• Consommation moyenne quotidienne d’une maison de 140 m²: ~ 60 kWh**.

• Coût annuel:

60 kWh/jour x 365 jours x 0,07$/kwh ~ 1 500 $

* Moteur voiture ~ 100 kW; ** Métabolisme quotidien adulte: ~ 2.4 kWh

(36)

Exemple de capteur solaire au Qu

Exemple de capteur solaire au Qu é é bec bec (MRNF du Qu

(MRNF du Qu é é bec) bec)

• Ensoleillement en janvier ~ 1,5 kWh par m² et par jour.

• Rendement des capteurs photovoltaïques ~ 10%.

• Électricité produite:

1,5 kWh x 0,10 = 0,15 kWh/(m² x jour)

• En janvier, consommation ~ 100 kWh/jour soit ~ 660 m² de capteurs…

(37)

CELLULES PHOTOVOLTA

CELLULES PHOTOVOLTA Ï Ï QUES: QUES:

INCONV

INCONV É É NIENTS NIENTS

4. Entretien et lavage des surfaces exposées.

5. Pollution visuelle.

(38)

Maison

Maison é é cologique: bien mais cologique: bien mais … …

Coût des

investissements … Harmonisation et contrôle des systèmes …

(39)

Sa consommation d

Sa consommation d’é’énergie selon lnergie selon l’Agence de ’ l’efficacité énergétique du Québec

Superficie: ~ 140 m²;

Facture annuelle: ~ 1500 à 2000 $ (Au Québec, coût de l’électricité ~ 0.065 $/kWh);

(40)

Syst Syst è è mes de chauffage* mes de chauffage*

Système Coût

(k$)

Vie (ans) Plinthes électriques 1 à 3 40

Air chaud 8 à 12 25 à 40

Eau chaude 15 à 20 40

Thermopompe 10 à 18 15

Géothermie 25 à 30 15