ROULER A L'ENERGIE SOLAIRE ET A L'ENERGIE ECONOMISEE ?

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ERE PEUT SE PASSER DU NUCLEAIRE ou ... la fin de la critique facile !

Une surface de 5 à 10 m² de panneaux solaires suffit pour produire, en France, l'énergie annuelle moyenne consommée par un petir véhicule électrique parcourant 5000 km par an, ce qui est déjà beaucoup en trajet urbain. (photo de l'installation d'un utilisateur de scooter)

Mal utilisés sur le toit du véhicule, les panneaux solaires fourniront le maximum de leur puissance en station fixe, car ils seront toujours bien orientés perpendiculairement au soleil. et sans ombre.

ROULER ET VIVRE AU SOLEIL : des détails sur le calcul ?

Mais avant même l'installation solaire, il y a une solution immédiate que nous vous recommandons. Une lampe basse consommation économise l'énergie utilisée pour faire 1000 km en ERE.

DE LA LUMIERE DOUCE pour rouler sur ses économies !, mais il y a mieux encore sautez directement au chapitre Investissement et amortissement du solaire

 

L'atelier local ERE est un lieu idéal comme site d'implantation naturel des panneaux solaires car il utilise directement l'énergie électrique produite pour la production des ERE et la recharge des véhicules.

 

L'ATELIER LOCAL ERE : SIMPLE ET SOLAIRE

L'atelier ERE est équipé pour assembler les véhicules d'un ensemble de machines et d'outils. La plupart utilisent de l'électricité qui peut être produite par des panneaux solaires. De nuit ou par mauvais temps, l'énergie proviendra soit du stockage local d'énergie solaire, soit, à défaut, du réseau EdF.

Le stockage de l'excédent de puissance est généralement fort coûteux, mais dans le cas d'un atelier de véhicules électrique, des batteries sont disponibles en grand nombre et il est possible de les utiliser pour stocker localement l'énergie solaire.

Loin d'user les batteries, cette utilisation est très intéressante. Pour les batteries au plomb, elle permet de leur faire subir ce que l'on appelle un processus de formation de leurs plaques par quelques dizaines de cycles de charges et décharges. Elles auront ainsi atteint, le jour de leur montage sur le véhicule, leur capacité maximale (120 % de la valeur nominale). De même pour les batteries nickel/cadmium, un entrainement est requis pour les préparer à leur futur usage. Ces dernières seront alors maintenues en charge en permanence alors qu'en stockage ordinaire, ce type de batterie se vide en un à deux mois par autodécharge.

Ces batteries de traction au plomb ou au nickel/cadmium, qui durent très longtemps, auront ainsi offert quelques cycles gratuit à l'atelier.

De plus, les éventuels défauts de fabrication auront été détectés avant l'usage sur le véhicule.

Cette atelier peut également être un centre de cogénération d'énergie thermique et électrique l'hiver en utilisant par exemple du bois dans des chaudières associées à un générateur stirling et à un réseau de chaleur (à ce propos voir micro-cogénération et )

 

L'INVESTISSEMENT SOLAIRE

L'achat et l'installation des panneaux solaires a l'avantage de pouvoir être progressif. Par exemple, il est possible pour chaque véhicule mis en circulation, d'installer les panneaux qui couvrent sa consommation annuelle d'énergie (300 Watt crètes en 4 panneaux 12 V 80 Wc pour environ 1500   en 2000 et en un à 2 panneaux de 150 à 300 Wc en 2011 pour 300 à 600  selon le fournisseur).

L'association Le temps de l'ERE a les moyens de réaliser elle-même l'installation des panneaux, l'électronique de contrôle de charge des batteries et l'installation électrique basse consommation sans surcoût. De plus, elle formera les futurs membres de l'atelier aux techniques de l'énergie solaire. Quant-aux batteries, comme on l'a vu, ce sont celles des véhicules électriques en période de test et formation. Ainsi le Watt solaire etait au prix minimal de 4 à 5 Euro par Wcrête en 2000, fixation comprise et de 2  /Wc en 2011.

Les informations d'Allemagne sur le PV (et l'énergie), confirme la baisse de coût solaire installé très spectaculaire,

Le prix du PV installé sur toit solaire en Allemagne est passé de 5  /Wc en 2006 à 2,2  /W en 2011


Alors certes, il faut débourser 15 à 20 000   pour 20 ans de production solaire domestique avec un toit de 5000 Wc + batterie de 10 à 20 kWh, (cf solarbuzz) mais n'oublions pas que peut-être, sauf en plein hiver, le PV produit assez aussi pour recharger sa voiture électrique et donc économiser l'essence pour l'amortir, alors que la subvention sur le PV tant critiquée en France ce n'est pas une bonne affaire !!! On n'en a même plus besoin. Si je me trompe dans le raisonnement merci de me le dire : environ 10   /100 km, correspondent à 20 kWh solaire, ce qu'on produira en moyenne en 24 h l'été avec 5000 Wc installé et en 4 jour l'hiver. Si on revend ces 20 kWh à 0,2 à 0,38  /kWh  (tarif 2011) dégressif de 5% par an, on gagnerait donc moins que ce qu'on dépensera dans l'essence. De plus la subvention baissera très certainement et les combustibles augmenteront de 10% par an, et l'électricité du compteur aussi (entre + 50 à + 120 % d'ici 2020 en France pour rattraper les autres pays).

A l'époque le PV était très cher, maintenant non, alors vivent les ERE : Engins Roulants Electriques + Electricité REnouvelable + ateliers locaux de production/installation/maintenance et culture générale intégrée.

A propos de l'Allemagne: pv-electricity-produced-in-germany: La production PV en Allemagne en direct,
Evidemment 0 la nuit, mais j'ai vu jusqu'à 8 GW dimanche 5 fév 2012 sur les 20 GW installés, et à comparer au 60GW du réseau élec
Solar_power_in_Germany:
L'allemagneest l'un des plus grands producteurs et installateurs de photovoltaique (PV), avec environ 25 gigawatts de capacité installée en 2011 (dont 7.5 GW en 2011). La production PV a été de TW·h (Milliard de kilowatt-heure électriques) en 2011, soit 3% de electricité Allemande. L'allemagne est le premier pays en production d'énergie renouvelable avec en 2010 environ 17% (plus de 100 TWh) de l'électricité Allemande (603 TWh) soit plus que celle des centrales à gaz.
Renewable_energy_in_Germany donne la répartition des 101.7 TWh renouvelables : éolien 36.5 TWh, biomasse et biodéchets 33.5 TWh, hydroélectricité 19.7 TWh et photovoltaïque12.0 TWh. Le PV atteint donc en 2011 la production de l'hydraulique et la moitié de celle de l'éolien.

 

L'OPTIMISATION ET L'AMORTISSEMENT FINANCIER DE L'INSTALLATION SOLAIRE

L'atelier disposant d'une certaine autonomie en énergie et de réserve de puissance pour les pointes de démarrage des machines grâce aux batteries, il est possible de prendre un abonnement de faible puissance et avec le tarif heure pleine / heure creuse ( 6 Euro / mois pour 6 kW ; kWh 5 centimes en heures creuses et 8 centimes en heures pleines).

Quand le nombre de panneaux devient suffisant, il faut s'interesser à la réinjection l'électricité sur le réseau EdF en admettant qu'EdF consente un contrat de rachat des kWh à un prix acceptable.

Dans un premier temps, c'est l'usage immédiat qui est privilégié pour l'atelier et la recharge des véhicules. L'installation de l'atelier est réalisée pour économiser l'énergie (éclairage et procédé de production à basse consommation, arrêt et mise en veille automatique des machines, mesures de consommation, ...)

Le rendement des panneaux solaires peut être pratiquement doublé grâce à la présence de personnel motivé et formé dans l'atelier. En effet, les panneaux sont nettoyés régulièrement et leur angle d'inclinaison vers le soleil corrigé en fonction des saisons pour récupérer le maximum de puissance.

D'autres optimisations sont possibles. Un convertisseur électronique permet de faire fonctionner les modules solaires à leur point optimal de puissance, ce qui apporte un gain d'énergie de 20 %.

Enfin, si l'on dispose de terrain, il est très intéressant d'installer un système d'orientation (automatique) des panneaux (traqueur solaire) pour suivre la course du soleil. La surveillance et la maintenance du dispositif qui est assez simple peut être assurée par les agents du site. Dans ces conditions, la production annuelle d'un panneau de 100 Watt crête solaire peut atteindre 200 kWh. Ainsi le coût de l'énergie produite sur 10 ans, tombe à moins de 0,3 Euro par kWh.

Des gains indirects sont également identifiés, l'énergie est rechargée dans les batteries depuis les panneaux solaires avec un bien meilleur rendement que depuis le réseau EdF, car il n'y a pas de perte dans le réseau de distribution (câbles et transformateurs : gain 20 %), ni dans le chargeur (gain 15%).

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LA RECHARGE RAPIDE PAR ECHANGE DE BATTERIE

Pour être encore plus efficace, la mise en pratique de ce mode de recharge pourra par la suite s'accompagner d'un processus d'échange des batteries de véhicule, ce qui nécessite une infrastructure minimale et un suivi personnalisé des packs de batteries. En revanche, il n'y aura pas de redéveloppement de notre chassis, car il est déjà conçu pour prévoir le débarquement/embarquement "minute" des batteries.

 

ROULER ET VIVRE AU SOLEIL

Les bases de nos calculs sont issues des travaux du Centre National d'Etude des Télécommunications (CNET) de France Télécom qui a le savoir-faire en dimensionnement des stations solaires très fiables par exemple pour l'alimentation permanente des réémetteurs radio.

Les données de base sont les recueils ou cartes de météorologie mondiale qui fournissent des données statistiques d'ensoleillement. Les données concernant les générateurs solaires sont celles des constructeurs confirmées par l'expérience.

A nos latitude, pour une orientation quasi-perpendiculaire au zénith (soleil à midi), l'énergie annuelle moyenne reccueillie est de 2,5 kWh par m² et par jour. Compte tenu d'un rendement de 14 % pour les cellules photovoltaïques en silicium cristallin (soit 12 % pour le panneau), 1 m² de panneau solaire a une puissance de 100 W et fournit une énergie de 2,5*0,12*365 = 110 kWh.

Compte tenu des pertes lors du stockage dans les batteries et la restitution, on récupère 80 à 90% de cette énergie.

Un véhicule ERE consomme en moyenne 150Wh par km, et l'ensemble chargeur/batterie a un rendement de 80 % donc il faut recharger 18,8 kWh pour 100 km.

A titre indicatif la consommation électrique d'une maison en dehors du chauffage et de l'eau chaude est de l'ordre de 5 à 10 kWh par jour avec des équipements sobres en énergie. Avec un pan de toit solaire de 10 à 40 m², on produit donc tout ou partie de cette énergie dans l'année.

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DE LA LUMIERE DOUCE

Une façon simple de disposer d'énergie pour recharger son ERE sans utiliser plus de nucléaire avant même d'installer des panneaux solaires, c'est de s'éclairer en lumière douce.

Il existe aujourd'hui des lampes basse consommation qui consomment 5 à 10 fois moins que les ampoules ordinaires incandescentes ou halogènes. Par exemple une lampe de 20 W remplace un éclairage incandescent de 100 W direct ou halogène indirect de 200 W. De plus, les lampes basses consommation durent 5 à 10 fois plus et ne grillent pas les moustiques en été.

Une lampe basse consommation utilisée 5 heures par jour, 200 jours par an comparée à 200 W indirect, économise donc 200 x 5 x (200-20) Wh = 180 kWh par an

Un véhicule ERE consomme en moyenne 150Wh par km, et l'ensemble chargeur/batterie a un rendement de 80 % donc il faut 188 kWh d'énergie pour 1000 km, justement ce qu'on économise avec une lampe basse consommation.

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R&D DES TECHNOLOGIES SOLAIRES ECONOMIQUES

Des vitres électrogènes alimentées par les nouvelles cellules solaires nanocristallines

Michael Graetzel, Professeur, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, CH-1015 Lausanne, Suisse.

Courrier électronique. michael.graetzel@epfl.ch

Les cellules solaires traditionnelles convertissent la lumière en électricité en exploitant l'effet photovoltaïque qui apparaît à la jonction de semi-conducteurs. Ce sont donc des dispositifs proches des transistors ou des circuits intégrés. Le semi-conducteur remplit simultanément les fonctions d'absorption de la lumière et de séparation des charges électriques résultantes. Pour que ces deux processus soient efficaces, les cellules doivent être constituées de matériaux de haute pureté. Leur fabrication est par conséquent onéreuse, ce qui limite leur emploi pour la production d'électricité à grande échelle. Les cellules que nous avons découvertes dans le cadre de nos recherches fonctionnent selon un autre principe, qui différencie les fonctions d'absorption de la lumière et de séparation des charges électriques. Elles offrent, par leur simplicité de fabrication, l'espoir d'une réduction significative du prix de l’électricité solaire.

La pompe à électrons actionnée par la lumière.

Dans notre cas comme dans la photosynthèse naturelle, l'absorption d'énergie solaire met en route une pompe à électrons mue par l'énergie lumineuse absorbée, dont le principe est illustré dans la figure 1.

Figure 1. Schéma énergétique de la cellule solaire nanocristalline à colorant

Le sensibilisateur (S) est greffé à la surface d’un oxyde semi-conducteur sous la forme d'une couche monomoléculaire. Il absorbe les rayons solaires incidents qui le promeuvent en un état électroniquement excité S*, d'où il est à même d'injecter un électron dans la bande de conduction du dioxyde de titane. Les électrons ainsi injectés traversent la couche, ils sont ensuite recueillis par un collecteur de courant qui permet de les diriger vers un circuit externe où leur passage produit de l'énergie électrique. Le retour de l'électron dans la bande de conduction sur le colorant oxydé S+ (recombinaison) est beaucoup plus lent que la réduction de S+ par le médiateur (D) en solution (interception). De ce fait la séparation de charge est efficace. Le médiateur oxydé (D+) est réduit à la contre-électrode. La tension maximale débitée correspond à la différence entre le potentiel d'oxydoréduction du médiateur et le niveau de Fermi du semi-conducteur. La charge positive est transférée du colorant (S+) à un médiateur (iodure) présent dans la solution qui baigne la cellule (interception). Ce médiateur, alors oxydé en tri-iodure, diffusé à travers la solution. Ainsi, le cycle des réactions redox est bouclé, transformant l'énergie solaire absorbée en un courant électrique, sans changement de la composition de quelque partie du système que ce soit.

Dans une couche mésoporeuse de dioxyde de titane déposée sur un verre conducteur, chaque grain constitue un nano-cristal.

Le rendement et la stabilité des nouvelles cellules solaires.

A ce stade nous obtenons un rendement global en plein soleil entre 10 et 11 %, rendement confirmé par des mesures au laboratoire de contrôle et de calibrage des cellules solaire (NREL) aux USA. A la lumière diffuse l’efficacité augmente à 15 % environ. Une cellule solaire doit être capable de produire de l'électricité pendant vingt ans au moins sans baisse de rendement significative. Notre système a été soumis à une illumination à haute intensité (2000 W/m2) pendant 8000 heures, ce qui correspond à 14 ans environ d’exposition sous conditions naturelles. Aucune diminution notable des performances n'a été observée, ce qui témoigne de l'exceptionnelle stabilité du colorant et du système dans son ensemble.

La commercialisation de la pile solaire nanocristalline progresse.

L’invention de la cellule nanocristalline présente un saut technologique considérable par rapport aux technologies existantes, ce qui permet d'envisager de nouveaux domaines d'applications. Par exemple, il est possible par le choix de l’épaisseur de la couche nanocristalline et la taille des particules de TiO2 de réaliser des verres photovoltaïques transparents. On peut même envisager la fabrication des verres photovoltaïques ayant l’apparence d’une vitre normale où le sensibilisateur n’absorbe que dans le domaine ultraviolet ou infrarouge du spectre le rendant invisible à l’œil. Il est impossible de réaliser de tels vitrages photovoltaïques avec des piles existantes basées sur le silicium. Ci-dessous nous montrons l’image d’une version transparente de la cellule actionnant un moteur.

Parmi les avantages de la nouvelle cellule citons encore son caractère bifacial qui permet de collecter la lumière venant de tous les angles d’incidence. Ceci permet d’atteindre de très haut rendements de conversion à la lumière diffuse (ciel nuageux, albédo provenant de l’eau, du sable ou de la neige) ouvrant le chemin à des applications importantes comme élément de façade des bâtiments. Un autre marché potentiel pour la nouvelle cellule concerne l’approvisionnement des appareils électroniques en énergie. Elle peut se servir efficacement de la lumière ambiante pour alimenter par exemple la climatisation des bâtiments. Mentionnons finalement l’indépendance de son rendement de la température qui lui donne un avantage indéniable par rapport au silicium, Ce dernier perd 0.5 % de rendement par degré Celsius. Or la température des cellules solaires monte inévitablement à 50 à 60° en plein soleil ce qui réduit le rendement des piles à silicium de 20 à 30 % alors que l’efficacité de nos cellules ne change guère dans ce domaine de température.

Ces résultats très prometteurs ont suscité un grand intérêt au niveau industriel La société INAP de Gelsenkirchen en Allemagne se charge du développement de modules de 100 Wp et plus. L’entreprise australienne Sustainable Technologies of Australia (www.sta.com.au ) a construit la première usine de fabrication de tuiles photovoltaïques ayant une capacité de production de 500kW/an et un premier bâtiment a été équipé par ces vitres électrogènes. La société japonaise

Ainsi Seiki a présenté des grands modules photovoltaïques lors d’un congrès à Osaka l’an dernier. Des cellules flexibles sont développées par les sociétés Konarka,USA et Hitachi Maxell (Japon).

En raison de la grande variété de ses applications potentielles, de sa compatibilité avec l'environnement, de sa simplicité de fabrication et de son faible coût, la cellule solaire nanocristalline à colorant devrait permettre d'accroître substantiellement l'exploitation des énergies renouvelables et contribuer ainsi à l'avènement d'un développement durable pour l'humanité.

Pour en savoir plus :

M.Graetzel , “Photoelectrochmical cells” Nature 414, 338-344 (2001),

M. Graetzel, « Perspectives for Dye-sensitized Nanocrystalline Solar cells », Millenium Special Issue, Progress in Photovoltaics Research and Applications, 2000, 8, 171-185.

B. O’Regan and M. Graetzel, « A low cost, high- efficiency solar cell based on dye sensitized colloidal TiO2 films », Nature ,1991, 336, 737-739.

NANOSOLAR

Pour plus de détail voir solarbuzz et EPIA

 

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LE PARADOXE DU PHOTOVOLTAIQUE NUCLEAIRE

En résumé : 1 kWh nucléaire permet de faire des panneaux qui produiront environ 20 kWh photovoltaiques. On amorce ainsi une solution de sortie réaliste du nucléaire tout en gardant un "avenir électrique".

Les centrales nucléaires se régulent peu. La consommation d'énergie n'étant pas constante sur 24 h et sur 365 jour, il faut utiliser l'excédent d'une façon ou d'une autre. On l'exporte, on remonte l'eau des barrages, et au pire, on ilote la centrale, c'est à dire qu'elle rejette l'énergie produite sous forme de chaleur dans l'eau. Or cette énergie serait fort utile pour fabriquer à bon compte des lingots de silicium mono-cristallins qui donnent aujourd'hui les meilleurs panneaux solaires en dehors du spacial. En effet, on sait selon des études Japonaises, que la production d'un panneau solaire correspond à 3 à 4 ans d'émission de CO² économisée par l'usage du panneau. Ce n'est qu'après qu'il devient rentable en terme environnemental en évitant du CO² de générateur thermique par exemple. En france où le nuclélaire est majoritaire, c'est peut-être en moins d'un an que l'équilibre est atteint puisque l'énergie de base n'émet pas de CO². Malheureusement le Wc coûte 4 Euro et ne s'amortit qu'en plus de 20 ans. Si on profitait des kWh perdus en chaleur des centrales nucléaires, on pourrait fabriquer beaucoup plus de silicium avec moins d'émission de CO². Ainsi l'Uranium, et les déchets transuraniens à venir auraient-ils au moins servi à préparer l'énergie de demain.

1 m² de panneau produisant 100 kWh/an, la production d'1 m² de panneau correspond à l'émission de CO² de 300 kWh électrique en centrale thermique (charbon, pétrole, gaz) , soit moins de 100 kWh équivalent avec des énergies peu génératrices de CO² (nucléaire, hydraulique, biomasse, éolien, et PV lui-même). Le panneau solaire produira pendant 20 à 30 ans 100 kWh par an, et évitera donc l'équivalent d'émission de CO², soit celle de 2000 à 10 000 kWh selon le type de production d'électricité.

Donc plus on fait de photovoltaïque, moins on génère de CO² et plus vite on peut se passer d'autres types de générateurs d'énergie. Rappelons qu'en France l'équivalent de la puissance d'EdF nécessite 50 000 MW / 100 W = 500 km² = 0,1 % de la surface. Mais l'énergie équivalente à 500 TWh, demande 1 % de surface à 100 kWh/an. Si l'on tient compte de l'écart de production été-hiver d'un facteur 5 environ, il faudrait beaucoup de stockage d'énergie sous forme d'hydrogène par exemple. On peut se demander s'il est réaliste de tout faire en PV, bienque ce soit possible. On a probablement intérêt à développer diverses sources d'énergie en profitant des meilleurs compromis. Le grand éolien est bien adapté aux côtes ventées, le petits éolien pourrait fonctionner un peu partout en hiver.

En rêvant un peu aux techniques et pratiques efficaces et respectueuses, on peut espérer rapidement réduire rapidement notre consommation électrique de 30 % et atteindre alors 60 % de la production nécessaire en hydraulique + éolien + solaire + biomasse, le reste demandant plus d'économie et de développer aussi les solutions marines et géothermiques, voire les nouvelles cellules solaires à rendement 50 % au lieu de 15 %.

La subvention d'amorçage grande échelle du PV, ne demanderait donc que peu d'argent supplémentaire, puisqu'il s'agit de mettre à disposition des kWh excédentaires du nucléaire actuel.

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ÓPNFERE 1999 - 2006