Projet de Production d’énergie électrique propre. Par: -Lucas Dewancker -Nicolas Brunet -Rodolphe Picot

Sommaire:  Mise en situation  Estimation des besoins électriques  Quels sont les différents moyens de production électrique pour notre installation ?  Choix du système le plus adapté écologiquement  Optimiser l’installation.

Situation Géographique : La cabane des Clots est située à l'altitude de 1450m dans le parc régional du Vercors, à l'Est de Villard de Lans. Cabane des Clots Villard de Lans

Problématique générale : Comment produire de l’énergie électrique nécessaire pour alimenter les équipements électriques de ce chalet en limitant notre impact environnemental ? On souhaite une autonomie énergétique de 2 jours pour effectuer des relevés scientifiques plusieurs fois par mois

AppareilVoltage (V) Puissance nominale (W) Temps d’utilisation (h) Consommation journalière (Wh/j) Eclairage Système de mesure Ordinateur Portable Chargeur téléphone portable TOTAL680 Wh/j Estimation des besoins (approximatifs) en Watts Heures/Jour (Wh/j) des personnes dans le chalet:

Système de production d’énergie électrique AvantagesInconvénientsAdapté à notre situation EolienEnergie disponible sur place et gratuite. Très peu de rejets de co2 Génie civil à prévoir.(architecture) Perturbation des vents en fonction de l’environnement. Stockage de l’énergie Oui photovoltaïqueEnergie disponible sur place et gratuite. Très peu de rejets de co2 Stockage de l’énergie. Production d’énergie liée à la météo Oui Turbine gazProduction d’électricité sur- mesure Installation lourde a mettre en place. Rejet de co2 Non Quels sont les différents moyens de production d’énergie électrique à notre disposition ?

Chaudière bois Bois disponible sur places et peu cher. Peu de rejet de co2 Installation lourde a mettre en place. Manutention élevé (stockage et extraction du bois) Non Hydroélectrique Peu de rejet de co2 Difficile à mettre en place géographiquement. Génie civil. Non Groupe électrogène Peu encombrant facilement transportable Transport de l’essence. Nuisances bruit et pollution. Oui

Comparaison du rejet de CO2 en fonction des types d’énergies ? Il est établi par notre équipe, en fonction du degré de durabilité de l’énergie. Il prend en compte deux critères : le co2 produit et le coût rapporté au kwh produit. *** : Energie renouvelable qui combine un prix de revient au kWh très intéressant pour une faible émission de CO2. Ce type est durable, (presque) inépuisable et l’énergie grise qui en découle a un faible impact environnemental. ** : Energie (renouvelable ou fossile) ayant un prix de revient intéressant mais un cycle de vie assez péjoratif pour la planète. * : Energie fossile. Son impact environnemental est fort dans la mesure où ses stocks sont non renouvelables et nécessitent des transformations et extractions lourdes de conséquences sur notre environnement

BILAN : On choisit parmi ces 3 solutions, l’énergie photovoltaïque car:  L’énergie primaire utile à son fonctionnement est disponible sur place et est gratuite.  Elle produit suffisamment d’énergie pour subvenir à nos besoins.  L’installation est facilement réalisable  Son émission de co2 est nul pendant son fonctionnement On choisit parmi ces 3 solutions, l’énergie photovoltaïque car:  L’énergie primaire utile à son fonctionnement est disponible sur place et est gratuite.  Elle produit suffisamment d’énergie pour subvenir à nos besoins.  L’installation est facilement réalisable  Son émission de co2 est nul pendant son fonctionnement Parmi tous c’est moyen de production électrique, 3 types de production ressortent particulièrement Le photovoltaïque. L’éolien. Le groupe électrogène. Parmi tous c’est moyen de production électrique, 3 types de production ressortent particulièrement Le photovoltaïque. L’éolien. Le groupe électrogène.

Nous allons maintenant  Déterminer les besoins matériels au bon fonctionnement de l’installation  Déterminer le type de technologie de panneaux photovoltaïque qui correspond le mieux à notre installation Nous allons maintenant  Déterminer les besoins matériels au bon fonctionnement de l’installation  Déterminer le type de technologie de panneaux photovoltaïque qui correspond le mieux à notre installation

3.1Estimation de l’ensoleillement Temps d'ensoleillement : heures / jour On trouve 2000h d’ensoleillement par an, soit une moyenne de 5,5 h/j

3.3 Estimation de la puissance du panneau solaire puissance du panneau en Watts /crête = puissance journalière totale en Wh/j : (temps d’ensoleillement x rendement de la batterie x coefficient de pertes) 3.2 Estimation de la capacité de stockage (batterie) Capacité de la batterie en Ampère/heure = (puissance en Wh/j x nb. de jours) : (tension batterie x rendement batterie x décharge maxi) Q = (680 *2) / (12*0,8*0,8) = 177 A/H Soit 2 batteries de 100 AH branchés en parallèle Coefficient de pertes panneau solaire (en %)0.75 Rendement des batteries (en %)0.8 Tension nominales des batteries (V)12 Décharge maximum des batteries (en %)0.8 Nombre de jours d’autonomie souhaités (J)2

Pc = 680 Wh/j : (5.5 heures x 0,8 x 0,75) = 206 Wc On choisit 2 panneaux de 110 Wcrête Quelle technologie de panneau photovoltaïque faut il choisir ? 3 technologies existent : Monocristallin, Polycristallin, Amorphe

Monocristallin PolycristallinAmorphes C'est incontestablement le meilleur. Issus directement du cristal originel, ils possèdent la cristallisation la plus régulière, garante du meilleur rendement, 14 à 16% pour les modules commerciaux. Leur fabrication rend difficile cependant la création de modules de petites puissances (Trop chers). Les garanties actuelles(1) sont de 25 ans, les durées de vie largement supérieures à 30 ans. Ils présentent des surfaces unies, régulièrement teintés, dont la couleur varie du gris anthracite au bleu fluorescent. Les modules sont généralement constitués de 36 cellules en série. Gamme de puissance de 15 à 200W et plus. Directement issus des sciures et autres chutes de la fabrication des monocristallins. Ces derniers cristaux sont refondus, et coulés en lingots. Les cellules obtenues présentent cet aspect de gros cristaux. La durée de vie est sensiblement identique aux précédents, les garanties vont de cinq à vingt-cinq ans selon les qualités, les rendements oscillent entre 10 et 14% Il s'agit là de dépôt de silicium, toujours obtenu à partir des chutes de mono-cristallin, ces dépôts, en plusieurs couches, sont extrêmement fins et déposés sur une feuille de verre. Une gravure par faisceaux laser permet de créer les cellules qui prennent alors l'aspect de bandes verticales ou horizontales. La couleur est généralement brune, les rendements sont faibles et oscillent entre 4 et 6% environ. Les garanties sont généralement de cinq ans, quelquefois dix, rarement plus. Ils représentent la meilleure opportunité pour les petits systèmes de faible et très faible puissance. Gamme usuelle 0.25 à 15 Watts crête

Quel est le bilan énergétique d'un système PV ? Ou : Pendant combien de temps un panneau photovoltaïque doit-il fonctionner afin de remplacer l'énergie utilisée pour sa fabrication? La réponse à ces questions a été le sujet de plusieurs études - Il faut de 2 à 4 ans pour un système PV utilisant des cellules poly cristallines. Les variations sont dues au climat local et à l'inclinaison des modules (en toiture ou en façade) - Il faut moins de 15 à 18 mois pour un système PV utilisant des modules photovoltaïques amorphes. Avec une durée de vie jusqu’à 30 ans, on peut dire qu'un système photovoltaïque va produire de l'électricité sans aucune pollution pendant près de 90% de sa vie.

On choisit des panneaux de type polycristalin  Pour son rendement presque identique à celui du monocristalin  son coût moindre  son impact écologique

Voici les différents composants nécessaires au fonctionnement de notre installation:

Choix du onduleur Choix du contrôleur de charge L’onduleur est l’élément qui permet de convertir l’énergie en tension continue que délivre Les panneaux en tension alternative dont on besoin l’éclairage, le système de mesure, ordinateur portable, le chargeur téléphone portable. Un régulateur de charge est branché comme élément de liaison entre le générateur photovoltaïque et l'accumulateur dans les systèmes. Il régule et surveille le processus de chargement. Ses autres fonctions comprennent entre autre la protection contre une décharge profonde de l'accumulateur.

Comment orienter nos panneaux photovoltaïques ?

Etude de zone d’ombre : Les masques  Pour fonctionner de manière optimale, une installation photovoltaïque doit être soumise à aussi peu d’ombrages que possible. Cependant, certaines contraintes liées au lieu d'installation (présence de montagne, d'arbres, cheminée, poteau électrique…) ne peuvent être évitées moyennant un coût raisonnable.  Il est nécessaire dans ce cas d'évaluer précisément les pertes induites par ces ombrages qui peuvent intervenir sur tout ou partie des panneaux en différentes saisons et à certains moments de la journée.  Le relevé de masques (relevé des ombrages) permet d'obtenir les informations nécessaires au calcul de ces pertes. Il est nécessaire de connaître l'orientation et l'inclinaison prévues des panneaux pour effectuer ce calcul.

Relevé des performances du panneau photovoltaïque en fonction de son orientation ( à 13h).

Voici l’installation sur laquelle on a travaillé au lycée Durzy: