Valise a energie propre 2010
Upcoming SlideShare
Loading in...5
×
 

Like this? Share it with your network

Share

Valise a energie propre 2010

on

  • 1,445 views

Projet et test d'une valise à énergie solaire. UPVD Perpignan. But: augmenter l'autonomie d'un ordinateur portable en situation d'isolement.

Projet et test d'une valise à énergie solaire. UPVD Perpignan. But: augmenter l'autonomie d'un ordinateur portable en situation d'isolement.

Statistics

Views

Total Views
1,445
Views on SlideShare
1,445
Embed Views
0

Actions

Likes
0
Downloads
17
Comments
0

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Adobe PDF

Usage Rights

CC Attribution-NonCommercial-ShareAlike LicenseCC Attribution-NonCommercial-ShareAlike LicenseCC Attribution-NonCommercial-ShareAlike License

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel
  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

Valise a energie propre 2010 Document Transcript

  • 1. 10 octobre 2010UPVD Perpignan Projet de valise à énergie propre. Concept mobile. Autonomie et légèreté. Augmentation dautonomie dun ordinateur portable et de téléphone mobile. Solution développée pour utiliser lénergie solaire en situation de mobilité. Conception avec possibilités dévolution et daugmentation des performances.Dominique Marc DeschampsTel 06 76 08 55 01 Francerdm-row@orange.fr
  • 2. 1. Les sources dinspiration.2. Présentation de la solution solaire.3. Le choix des composants.4. La base technologique.5. Le futur usage dune valise à énergie propre.6. Les produits concurrents.7. Les prix et solutions similaires.8. Les contacts industriels9. Les tests.10. Laugmentation des capacités.11. Les développements possibles et imaginables.12. Exploration solaire internationale.
  • 3. 1. Les sources dinspiration. Il existe de nombreuses solutions mobiles pour le chargement de téléphones portables, delecteurs de musique, de batterie de camping-car ou dordinateur portable.Léventail des gadgets et des solutions professionnelles montre un manque desprit de conceptionsérieuse pour les solutions à bas prix, ou un poids excessif pour les versions professionnelles.Capter le flux solaire pour le transformer en énergie électrique peut se faire selon différentestechnologies, ce qui nexclue pas que certains concepteurs cherchent à créer en sépargnant leffortdune réflexion aboutie. En effet, lélectricité produite par des cellules photovoltaïques estdisponible dès la sortie des cellules, quelque soit la technologie de cellule choisie. Laccumulationde cette énergie électrique requière des précautions particulières du fait de la création dun potentielélectrique, générateur détincelles et de courts-circuits qui peuvent déclencher des incendies ou desdommages corporels. La sécurité nest pas une question de voltage, mais de risques induits par une puissancedisponible. Les solutions non solaires proposées pour des véhicules de transport courant montre quedes incendies provoqués par les batteries sont relativement fréquents. Une batterie bien connectéepeut sortir de son siège et venir en contact de la tôle du véhicule, initier un court-circuit qui peut setransformer rapidement en source de chaleur et dincendie. Cest la décharge incontrôlée de lapuissance accumulée qui dépasse la capacité admissible des câbles ou des composants qui sontconnectés à la dite batterie. Même un accumulateur de très faible puissance, quelques centaines demWh, peut se révéler dangereux sil est mal utilisé ou lui-même mal conçu. Il nest pas rare deconstater lexplosion dune batterie de téléphone portable ou la coulure de liquide interne dunaccumulateur, dit aussi pile rechargeable. Cest la surchauffe des couches composant le principedaccumulation qui est alors en cause. Pour se prémunir de ces inconvénients, il existe des règles de conception valables pour lessystèmes de forte puissance également applicables aux circuits de très bas voltage.Le premier principe de fonctionnement est que lon ne branche pas directement une sourcephotovoltaïque sur un appareil que lon souhaite alimenter avec de lénergie électrique. Il fautcependant comprendre que la présence de batteries internes aux appareils de lecture de musique,aux ordinateurs portable ou navigateurs GPS permet de connecter des panneaux solaires par la prisede chargement. En effet, le système électrique de lappareil est conçu pour être alimenté par unesource externe en vue daccumulation de lénergie électrique. En revanche, la connexion sansprésence de la batterie présente un risque car la stabilité de lalimentation électrique nest pasassurée par des panneaux photovoltaïques. Cette énergie produite dépend du flux de photonstraversant latmosphère pour venir stimuler les particules de silicium, ou de CIS, de CIGS voirautres technologies photovoltaïques en cours de développement. Cette stimulation des particulesproduit un potentiel électronique augmenté par la création dune barrière isolante appelée jonctionPN. La jonction PN est une manière astucieuse de diriger la circulation des électrons, et surtout deles inciter à circuler. Le deuxième principe de fonctionnement tient au fait que lenvironnement immédiat de lavalise solaire sera une composante de la sécurité dutilisation. Le fait de brancher et débrancher unesource de courant continu, quelque soit le voltage, provoque des micro étincelles. Ces microétincelles pourraient enflammer un gaz explosif dans un espace réduit ou un lieu de stockagepétrolier. On ne peut donc négliger le lieu dutilisation dun tel dispositif. Un troisième principe recouvre la durée de vie des composants. Si lon conçoit un systèmetrès performant mais peu durable, on perd rapidement tout avantage en ce qui concerne lapréservation de lenvironnement terrestre par utilisation de lénergie solaire. Il est préférable deconcevoir des systèmes suffisamment fiables et dune longue durée dutilisation pour que lénergieconsacrée à leur production soit compensée par plusieurs dizaines dannées dusage.
  • 4. 2. Présentation de la solution solaire. Depuis plus de trente ans des solutions ont été conçues et testées par divers types dechercheurs et amateurs passionnés. Du programme de recherche de la NASA, jusquaux tréteauxdun garage de banlieue, des solutions innovantes ont vu le jour. Si les énergies solaires sont souventréduites à la captation des rayonnements du soleil, il faut également songer que les recherches surles énergies photovoltaïques ne concernent pas seulement lutilisation électrique de cette source. Onpeut actuellement transformer le potentiel électrique par la création de courants induits et générerainsi du froid au sain de systèmes complexes tels que les armoires dordinateurs. Ce principephysique découvert par le chercheur Peltier permet de faire circuler le courant dans un circuit fermé.Cette circulation évacue le potentiel de chaleur par des dissipateurs et aspire donc cette énergiecalorifique en provenance dune source dont il est nécessaire de lextraire. Exemple parmi de nombreuses applications spécifiques, leffet Peltier est ainsi générateur defroid alors que lénergie électrique utilisée provient du soleil. Une solution beaucoup plus connue etévidente réside dans le captage de rayonnements solaires dans lespace pour générer de lénergieélectrique essentielle au fonctionnement des ordinateurs des stations orbitales et des satellites. Loin dêtre les cellules les plus efficaces en ce qui concerne le rendement, les cellulesphotovoltaïques embarquées sur les volets rétractables des navettes et autres vaisseaux dexplorationinter-planétaires sont avant tout des compromis réfléchis entre la légèreté et la génération decourant. On ne peut pas imaginer faire décoller des panneaux solaires classiquement installés sur lestoits de nos habitations pour les utiliser en dehors de latmosphère. Pour différentes raisons, cespanneaux ne seraient pas adaptés. Ils sont trop lourds du fait des complexes montages du cadredaluminium, des revêtements de verre et du fond du panneau. De même les connexions ne seraientpas suffisamment sécurisées pour ne pas courir de risque dun manque dénergie dans des espacesconfinés, éloignés de la terre et très dépendants de la source dénergie. Cette réflexion incite donc à la conception de systèmes adaptés aux besoins spécifiques duncontexte unique et dune utilisation particulière. La création des centrales photovoltaïques répond àla croissance de consommation électrique des habitants de lhémisphère nord autant qu’elle répondau développement industriel des entreprises de Chine. Quand un système est créé pour uneutilisation spécifique on peut penser à linstaller dans des conditions de fonctionnement similaires,mais on peut rarement faire fi des besoins réels du contexte en espérant quun système complexeréponde par chance à la demande énergétique particulière de ce contexte. Il est simplement vrai que de nombreux projets délectrification en Afrique répondait plus àune envie des européens de bien faire et dapporter ce qui semblait utile. En faisant léconomie duneanalyse des besoins en énergies, les techniciens et maîtres douvrage sont alors des exportateurs detechnologie plus que des concepteurs de solutions adaptées. De plus, les systèmes ou réseauxélectriques conçus à leuropéenne ne tiennent pas compte de la nécessaire implication de la sociétélocale pour que les systèmes soient acceptés, utilisés et entretenus. On observe sinon undélaissement de systèmes trop compliqués, générateurs de frais de fonctionnement et demaintenance exorbitant. Le manque de pièces détachées ou de personnes compétentes signe parfoisla mort de belles idées conçues unilatéralement. La solution solaire, comme les technologies plus répandues requière donc une réflexion surles besoins énergétiques, la définition des contraintes dutilisation, les coûts induits, lesprit durableet un cahier des charges sans failles. Cette étude est préalable et ne peut prétendre quà conduire leprojet vers un idéal, vient ensuite la capacité du système à perdurer et répondre de manière adéquateaux besoins identifiés.
  • 5. 3. Le choix des composants. Toute technologie comporte des limites et des des capacités. La technologie est définie par lapossibilité dassemblage et de mise en oeuvre de principes physiques connus et maîtrisés. Lescomposants dun système sont pourvus de caractéristiques techniques intrinsèques qui sont desconséquences des choix de fabrication et au rôle qui leur est attribué. Dans les systèmes on peutidentifier des rôles moteurs, des gestions dévènements et des fonctions répétitives. Ces fonctions etleur organisation au sein du système sont créatrices de la réponse aux besoin. Il est donc importantde bien connaître le besoin en terme technique afin de faire les choix correspondant dans léventailtrès fourni des composants industriels. La différence entre la réponse artisanale et les solutions industrielles provient dun objectif àcourt terme pour lun et à long terme de lautre. Il ne sagit pas dun jugement qualitatif à propos deces activités, mais dun rôle social et économique de portée différente. La production industrielle vise la création de produits standardisés dont léchange permet deconserver le fonctionnement, lutilité ou éventuellement lesthétique. Les composants que lindustrieveut diffuser sont pourvus de caractéristiques constantes, et de coûts scientifiquement calculés. Lartisanat sapproche de la réponse aux besoins dans une optique singulière. Le systèmeainsi conçu doit prendre en compte les paramètres locaux, sans but de production à grande échelle.Il sagit donc dun processus plus coûteux car lanalyse des besoins doit être reconduite chaque fois. Choisir des composants technologiques pour un système revient à décomposer les rôles dechaque sous-ensemble. Lorganisation du système technologique répond à un cahier des chargesrédigé pour que chaque intervenant connaisse la finalité de linstallation. Contrairement à des choixesthétiques dans les domaine artistique, les choix technologiques sont effectués selon des fonctionsà remplir par les-dits composants. Concernant la qualité des composants, la réputation des marques et des produits jouent unrôle important pour la visibilité et le retour dexpérience du fonctionnement réel des articles. Lesmatériaux, les modes de production et la qualité des concepteurs sont essentiels pour présager de ladurée de vie des systèmes. Alors que les entreprises européennes ont tenu le haut de laffichependant les cent premières années suivant la révolution industrielle, les pays récemmentindustrialisés sont maintenant capables de fournir des objets techniques de qualité équivalente ousupérieure. La grande capacité de production de lindustrie européenne est remplacée par laflexibilité et la réponse rapide à la demande de séries courtes et de très haute technicité. Il ne sagitplus de fabriquer des millions de tubes de télévision pour les répartir dans dix usines concurrentesqui apposent leur marque sur des cadres de plastique. Ceci étant valable pour la téléphonie mobile. Dans le domaine des énergies renouvelables ont assiste au phénomène inverse. Les systèmessont toujours en évolution et de grands groupes industriels sengagent dans la production en grandvolume de cellules photovoltaïques. La base de la technologie photovoltaïque étant le captage durayonnement, le besoin de panneaux est croissant. Un groupe automobile chinois sest récemmentengagé à devenir le plus grand fabricant mondial de cellules. Il le deviendra au vue des milliards dedollars levés dans cette stratégie de conquête de marché. Le choix des composants pour la valise à énergie propre sest porté sur des produitsstandards, compatibles entre eux et disponibles sans modifications. Les possibilités daugmentationde capacité et de puissance proviennent dun coefficient de fonctionnement et de sécuritésuffisamment élevé pour doubler lintensité admissible. La puissance maximale stockée résideseulement dans lespace physique disponible dans le coffre de la valise.
  • 6. 4. La base technologique. Le principe de captation de lénergie solaire est connu pour faire augmenter la chaleur parconcentration du flux lumineux. Ce flux lumineux étant un assemblage de fréquences visibles etinvisibles, il reste alors à choisir quel type de capteurs on souhaite utiliser pour une productioncalorique ou électrique. Les recherches actuelles se dirigent vers un cumul du traitement desénergies par juxtaposition des technologies de captage. A linverse, certaines recherches soriententvers la simplification extrême du capteur qui nest plus quune impression de cellule photovoltaïquesur du verre. Nayant plus besoin dencapsulage, la cellule est quasiment sans poids ni volumelaissant toute liberté de limprimer sur la surface du verre. Lencapsulage des cellules résidait jusquàmaintenant à faire le choix de verre plus ou moins épais et translucide, de technologie avancée oubasique. Le choix du verre comme contenant avait déjà été décidé par une entreprise allemandeproduisant des tuiles photovoltaïques, très esthétique et totalement fondue dans la toiture qui lesreçoit. Cest labsence de contenant qui révolutionne cette technologie, car il ny a alors plus decontrainte de forme ni de poids. Quand on prend loption de faire fonctionner des systèmes ou fournir de lénergie électriqueà un réseau électrique on crée une dépendance de ces systèmes à lexposition solaire. Le meilleurconcepteur dinstallation photovoltaïque ne peut faire abstraction de lorientation dune toiture oudes panneaux disposés en plein champs. Cest une part importante de la rentabilité énergétique delinstallation qui se joue dans la disposition géographique, inclinaison et hauteur des modules. Nombre dinstallateurs nont pas su préparer correctement leur étude dexposition, ontdélaissé lanalyse des masques en fonction de la course du soleil, on abouti finalement à desinstallations théoriquement efficace, mais mal orienté par rapport à la trajectoire du soleil, oubénéficiant de lombre généreuse des cheminées ou arbres du voisinage. Un ennemi fatal desinstallations photovoltaïques sappelle construction. En effet, jai pu observer des installations trèsbien orientées et conçues intelligemment qui sont finalement mis à lombre par la construction dunétage supplémentaire sur le bâtiment voisin. La technologie permet de faire des choix de capteurs très performants pour palier à unmanque densoleillement ou un déficit de temps dexposition. Il sagit dinstaller les systèmesoptimisés en rendement bien que le coût soit supérieur. Le temps dexposition manquant est donccompensé par une rentabilité énergétique accrue. Dans la problématique photovoltaïque on connait la variation des capacités de productiondes cellules en fonction de leur type de fabrication. Il existe plusieurs matériaux photo-sensiblesdont les coûts de production sont influencés par la complexité des techniques délaboration. Lesrendements au soleil sont finalement une indication aléatoire, car on ne compose pas un systèmeuniquement par juxtaposition des meilleurs rendements, mais par un processus itératif et logique decompatibilité, de surface disponible et de coût global de linstrument de production électrique. Dans le cas dune valise autonome, la légèreté, lefficacité et lencombrement des composantsjouent les rôles prépondérants. Les panneaux mono-cristallins se rangent facilement dans lecouvercle et sont de taille idéale pour ce concept. Le CIS, Cuivre Indium Sélénium est plus sensibleà la lumière visible que le silicium, lassemblage des deux permet de façonner un capteurbénéficiant de la lumière directe autant que du reflet sur le panneau dépliant. Il sagit donc depouvoir augmenter lautonomie dun ordinateur et dun téléphone mobile par génération dénergiepropre, photovoltaïque, qui est stockée dans une, deux ou trois batteries spécialisées pour cetteénergie. La possibilité de connexions de différents ordinateurs dépend simplement des formes defiches, et lautonomie est fonction de la puissance consommée et des réglages des appareils.
  • 7. 5. Le futur usage dune valise à énergie propre. La prolifération des outils et appareils nécessitant des batteries et des chargeurs laisseprésager quune valise à énergie propre est un produit davenir. Les technologies actuellementutilisées pour charger les batteries de téléphone et dordinateur consiste à brancher untransformateur de 5 ou 14 volts sur une prise de courant alternatif de 110 à 220 volts. Cest unesolution rapide et efficace au niveau de la puissance de charge, mais le principe reste encoredépendant de la présence du réseau électrique. Dans les circonstances de travail mobile pour des commerciaux, des chercheurs de terrain oucontrôleurs dinstallations isolées il faut disposer dune énergie indépendante dun câblage nationalsous-terrain ou aérien de type ERDF. La génération dénergie électrique par captage des rayonssolaires devient une solution adéquate. Il ne sagit pas de prétendre que des valises solaires seraientune solution généralisée à la demande de chargement des appareils de très faibles voltages. Leprincipe de la valise solaire demande une savante gestion de lénergie stockée, car elle reste unefaible quantité devant une nécessité éventuelle de travail très intense sur un ordinateur portable. La valise solaire répond à un besoin dautonomie énergétique et daugmentation de lamobilité par la mise à disposition de stockage dans des batteries à décharge lente. Lutilisation peutnéanmoins devenir quotidienne car jai testé le système depuis plus de trente jours à mon domicile.Constatant les contraintes dorientation face au soleil jai conclu que la tolérance dangledinclinaison est denviron 15 degrés selon laxe de la course réelle du soleil, et +/- 10 degrés selonlazimut. Lazimut de la position réelle du soleil dépend de lheure, et devient un problème quand lespanneaux ne peuvent être orientés chaque heure. Il faut en effet définir une position fixe qui sera lamême pour toute la journée. Jai pour cela choisi lorientation plein sud car le zénith correspond à lapuissance densoleillement maximale, les +/- 10 degrés étant alors compensés par un rendementélevés des panneaux en milieu de journée. Dans le cahier des charge que jai défini, je suppose que la valise solaire est conçue pour unusage mobile et immédiat, la personne utilisatrice se trouve donc à proximité immédiate et sera àmême de compenser langle dexposition au fur et à mesure de la progression du soleil dans le ciel.Le constat pendant la période de test dun mois nest donc pas un inconvénient, mais innérant auxconditions de test. La capacité de charge de la première batterie est atteinte à 100% en 10h30 si lesconditions solaires sont correctes. En hiver, lors des tests entre le 20 décembre et le 28 janvier, lesoleil sest fait rare. Il nest apparu en rayonnement direct que très rarement entre le 20 décembre2010 et le 5 janvier 2011. Il a cependant été possible datteindre plusieurs fois une charge complète,et de procéder également à un travail en charge pour tester lautonomie en pleine journée. Lapossibilité de régler les ordinateurs pour une consommation minimale dénergie augmente dautantplus la durée dutilisation effective. Il est également possible de disposer de lénergie et de lapuissance maximale de lordinateur par configuration sur secteur, la batterie de la valise solaireapporte alors son stockage dénergie jusquà décharge de 56%.Ajout de batteries 9500 mAh il sera possible de dépasser 15960 mAh de stockage soit: − 2h30 de consommation à pleine puissance multiplié par trois. 7H30 à 3,5 A de débit. − 7h20 de consommation à puissance réduite multiplié par trois. 22H à 0,7 Ah de débit. − En pratique cela correspond à 4h x 3 de visionnage télé TNT, le soleil étant absent.Ajout de batteries 12000 mAh il sera possible de dépasser 18760 mAh de stockage soit: − 2h30 de consommation à pleine puissance portée à 5H21 à 3,5 A de débit. − 7h20 de consommation à puissance réduite portée à 47H50 à 0,7 Ah de débit. − En pratique cela correspond à 4h42 de visionnage télé TNT, le soleil étant absent.
  • 8. 6. Les produits concurrents Les produits concurrents sont absents dans le sens ou il nexiste pas de modèles pourlesquels le concepteur se soit astreint au même cahier de charge. Pour la mobilité, la légèreté jaiexpliqué lutilisation de composants standards sans nécessité de fabriquer des élément électroniquesspécifiques ou une valise pouvant contenir, pour certaines marques: QUINZE kilogrammes debatteries, sans contenir les panneaux solaires qui restent à transporter de façon externe. Lidée dune valise solaire nest pas une nouveauté car jai contacté un importateur ayantcommercialisé un modèle léger, composé de deux volets dépliables. Les commentaires sur levolume de vente montre que le produit na pas séduit les consommateurs, soit parce que latechnologie était trop avancée au moment de la proposition en 2002/2004, soit parce que lescapacités du modèle navaient pas convaincu les clients. On ne peut rien conclure sur la qualité duproduit car les caractéristiques annoncées étaient correctes. La présence de batteries extra platesdans les volets solaires suppose une fabrication spécifique, et donc un coût élevé de production.Lavantage dune construction compacte est forcément un résultat séduisant, mais, les coûts demontage augmentent sensiblement si les composants utilisés sont conçus spécifiquement. Enutilisant des éléments standardisés, de nombreux fabricants ont pu toucher le coeur de cible quilsvisaient: des clients intéressés par un coût maîtrisé et une fiabilité garantie. La recherche de solutions et le développement de nouveaux produits passe par desapproximations. La possibilité denquête sur les demandes de la clientèle réduit actuellement lesrisques derreur de conception. Par ce type denquête, lexpression des besoins de la clientèle permetégalement didentifier de nouvelles applications. Les appareils disponibles sur le marché trèsinnovant des applications électroniques stimule la demande en permanence. Ce fait implique unenécessité de proposer les produits régulièrement, pour satisfaire les besoins des consommateurs aumoment opportun. Proposer un produit trop tôt est certainement une erreur stratégique majeure,quand on sait que la concurrence est en veille permanente, les développeurs dautres marquesseraient immédiatement alertés des recherches en cours, trouvant eux-même des solutions adéquatesrapidement. Des marques moins pionnières ont parfois réussi à cannibaliser un marché par unemeilleure réponse à la demande du marché. Dautre part, la recherche de partenaire requière une certaine prudence lorsque lon présenteun produit innovant. Plus les personnes invitées sont compétentes plus le risque est grand de voir sacréation copiée ou spoliée. Un consentement à signer un accord de confidentialité démontre unerenoncement à tenter de développer une solution similaire après une présentation. Pendant le salon ENERGAÏA jai demandé aux dix personnes rencontrées de signer cetaccord de confidentialité. Aucune na refusé, certains affirmant que leur entreprise ne développaientpas ce type de produit, dautres étant porteurs daffaires sans lien direct avec la technologie nepouvaient pas expliquer eux-même le contenu de mon projet. Lintérêt du projet de valise à énergie propre réside dans la production indépendantedélectricité dans une mesure adaptée à lalimentation dun ordinateur portable ou de petits appareilsélectroniques. La possibilité de charger ces appendices tactiles ou téléphoniques napparait pascomme une nécessité pour les citadins français. Les personnes plus réceptives à cette solutionportative sont originaires de pays où ces solutions seraient immédiatement utiles. La Turquie etlAfrique du Sud sont déventuels marchés porteurs, comme des localités africaines dans lesquelleslénergie électrique reste rare.
  • 9. 7. Les prix et solutions similaires. Le milieu de lénergie solaire sait que les batteries sont un coût important dans la conceptionde systèmes photovoltaïques en situation isolée. La nécessité de stocker lénergie électrique estconcomitante à la périodicité dexposition solaire. Tant que le soleil peut stimuler les cellules desilicium, de CIS ou dautres technologies lénergie électriques est disponible. Mais, lorsque lesnuages, ou la nuit empêche cette exposition directe on ne peut plus compter sur la production despanneaux solaires. Il devient impératif de diriger une partie de lénergie produite vers desaccumulateurs spécialisés, appelés également batteries solaires. La technologie de stockageélectrique continue sa progression. Les anciennes solutions où les batteries contenaient du plomb nesont pas adaptés à lexcitation électrique variable et parfois faible de lénergie photovoltaïque. Lesaccumulateurs performants équipant des moteurs à explosion interne peuvent délivrer des courantsimportants, mais ce nest pas la caractéristique recherchée pour les accumulateurs solaires. On préfère une décharge lente à la disponibilité de forte puissance, pour des raisonsdautonomie. Cest lessentiel de lutilisation de lénergie électrique qui dépend de la capacité desbatteries à conserver une charge longtemps, et de restituer un courant continue pendant une périodeallant de quelques heures à plusieurs jours. La possibilité de tirer un courant fort de batteries auplomb fait courir le risque dun manque dautonomie dans la durée. Un autre avantage des batteriessolaires réside dans labsence dentretien et démission de gaz. La technologie de stockage dans legel présente lavantage dune décharge lente, sans émission et sans risque dépanchement de liquide. Bien sur, une autre caractéristique importante des systèmes de production autonomes résidedans le débit de cette production, et donc de la quantité dénergie disponible, en voie dêtre stockée.La plus grande surface photovoltaïque, combinée à des rendements élevés permet doptimiser lesinstallations en terme de surface rapportée à la puissance générée. Le choix de panneaux de fortrendement se justifie lorsque la surface dinstallation est réduite. Il faut également tenir compte de lacourse du soleil entre les montagnes si le site isolé est situé entre les flancs de montagnes ou sur uncoteau. Dans le cas des systèmes autonomes et portables, la problématique est toute autre; il sagit dedéfinir un compromis entre la puissance délivrée, la capacité de stockage, le poids et lestechnologies employées. Il est certes courant dannoncer de grandes puissances dans les documentscommerciaux des valises à énergie propre, seulement une partie de ces annonces recouvrent laréalité. Comme dans le cas des puissances acoustiques, certains promoteurs des valises solairesmettent en avant la capacité de délivrer de lénergie en affichant les stockage de lénergie, mais pasla puissance de production des capteurs. Autre argument commercial, la taille de léquipement estprésentée sans prendre en compte la surface réelle des panneaux solaires, mais seulement le volumecontenant les batteries. Jai également vu des plaquettes de présentation pour des valises pesant plusde quinze kilogrammes, équipées de panneaux larges de type mural. Cette conjonction de facteursme permet de mettre en doute laspect portatif du système. Transporter dune main une valise dequinze kilogrammes, pourvue de deux panneaux externes devient critique. Le projet de valise à énergie propre que jai conçu tient compte des paramètres de poids, detaille, de quantité dénergie et despace disponible pour ranger un ordinateur et plusieurs accessoiresliés à son utilisation. Lobjectif principal est de pouvoir contenir la mini centrale solaire, la capacitéde stockage et lappareil portable informatique quelle est amenée à alimenter. Cette conception nestpas rencontrée dans léventail des produits autonomes similaires disponibles sur le marché.
  • 10. 8. Les contacts industriels Le salon ENERGAÏA présentait des intérêts certains en terme de recherche de partenariat.Jai pu rencontrer une dizaine de personnes liées aux énergies solaires ou aux activités connexes.Les expositions professionnelles sont des terrains propices aux contacts commerciaux, mais lespartenariats techniques ne sont pas très courants. Jai pu organiser des rencontres tout le long de lajournée. Une organisation spécifique se charge de mettre en relation des partenaires éventuels. Cesrencontres seffectue dans des bureaux sobres, situés dans un bâtiment dexposition. Les discussionssorientent vers le produit ou le marché, parfois sans rapport réel avec la personne rencontrée. Eneffet, la prise de contact est rapide, réalisée à travers le site internet Pro Energy. Certainsinterlocuteurs ont été sincèrement intéressés par le projet, mais il ne correspondait pas à leurdomaine industriel. Les trois rencontres les plus riches ont eu lieu pendant la visite et les premiers rendez-vous.La discussion autour du concept portable et autonome a suscité la curiosité dindustriels turque, dunentrepreneur sud africain et dun expert photovoltaïque argentin. Je crois en effet quil faut avoir uneexpérience internationale pour comprendre lutilité de la génération dénergie par une valise àénergie propre. Je continue à imaginer des solutions de partenariat avec des entreprises, cependant lescontacts montrent que les organisations chargées de lier les porteurs de projets aux chefsdentreprise sont presque des freins. Ils se placent en conseil avant même davoir saisi le coeur duprojet. Pensant donner des conseils sur la conception du produit, ils tentent dinfluencer leconcepteurs sans avoir eux-mêmes cerné la problématique. La protection du projet par la signature daccords de confidentialité permet daborderrapidement les aspect financiers et de participation technique.9. Les tests Depuis lapparition des technologies solaires les concepts les plus prometteurs ont étéenvisagés. De la théorie à lutilisation, les systèmes ne fournissent pas toujours les capacitésespérées. Les tests en situation réelle sont très intéressants pour connaître les performances despanneaux solaires et appareils connexes. De grandes surfaces solaires sont installées par lesfabricants de cellules afin de soumettre ces modules aux effets de la météorologie. La variation delexposition au soleil pendant les saisons et durant la journée permet de constater les rendementseffectifs des installations. Des accords particuliers sont parfois conclus pour des éléments placés en situation extrême.Par exemple des panneaux photovoltaïques placés sur le toit dun fortin napoléonien à la frontièrefranco-italienne. Cet édifice militaire appartient à un acquéreur privé qui a conclu un accord avecEDF. Il sagit de fournir de lélectricité à un Musée privé, celui-ci étant situé sur une haute collineprès dune frontière alpine. Le but technologique est de tester la résistance des panneaux auxconditions de froid, de vent et mesurer leur rendement réel. Le fortin est situé au sommet dunecolline, celle-ci étant entourée dun arc montagneux. Jai remarqué lorientation des panneaux pourune exposition permanente dune partie des cellules, ceci permet davoir une fourniture constantedélectricité durant la journée. La puissance maximale nest probablement jamais atteinte car lacourse du soleil délaisse progressivement les panneaux orientés vers Est-Sud-Est. Deux panneauxverticaux offrent un peu dénergie, mais les 90 degrés avec la surface terrestre augurent dunemauvaise exposition permanente.
  • 11. Pour la valise à énergie propre, jai choisi de tester les premiers circuits assemblés avec lespanneaux choisi parmi les modèles 12 volts 10 watt 0,88 A. Il sagit de connaître les capacités deproduction dun système léger et conçu pour une utilisation spécifique. La batterie choisie répond àdes exigences de légèreté et de puissance disponible pendant une dizaine dheures. La profondeur dedécharge imposée par le régulateur de charge solaire permet de protéger cette batterie dun vidagetotal de la charge électrique. On observe pour une batterie solaire que labsence de contrôle de ladécharge réduit la durée de vie de laccumulateur. Lors de décharges profondes répétées le matériauinterne perd des capacités de rétention de lénergie, ainsi, la décharge totale peut réduire la duréedutilisation. Une utilisation constante en décharge profonde a pour conséquence de porter cetteutilisation à 300 cycles. Une décharge contrôlée à 56% augmente le nombre jusquà 800 cycles. Ladurée de vie est donc proportionnelle à la profondeur de décharge programmée et à lintensité desollicitation des batteries. Les tests en milieu urbain de la valise permettent de constater une charge de la batterie en10h30 lorsque lensoleillement dhiver est fort. Lexposition de test était est-sud-est le matin, avecpivotement vers le sud puis vers ouest-sud-ouest. La valise solaire est conçue pour une utilisationpersonnel, il est donc supposé que lutilisateur se trouve en permanence aux alentours. Cetteproximité explique que les tests comportent une modification de lorientation des panneaux àmesure que le soleil se déplace dans le ciel. Linclinaison choisi est également adaptée au solsticedhiver soit proche des 40 à 50 degrés. Ce nest pas la chaleur solaire reçue qui compte, maislintensité de photons traversant les cellules photovoltaïques. Il ne faut pas confondre lintensitéélectrique et lintensité théorique dexposition régionale. Lintensité électrique est calculée oumesurée sur le système, cest une énergie produite. Lintensité dexposition solaire dépend de lalatitude du lieu dutilisation du système. Pour un système complet conçu pour une forte expositionsolaire de la région de Nice, correspondrait un rendement plus faible malgré une orientation sud enrégion normande. De plus, la courbe moyenne dexposition solaire nest pas réellement exploitable.A chaque site dexploitation, ou chaque position géographique correspond des valeurs optimalesdexposition. Cette exposition varie selon la période de lannée, plus faible en hiver quen été. Ellebaisse à mesure que lon se déplace vers un pôle. Les pôles ont une particularité défavorable, ilsimpliquent une orientation verticale des panneaux solaires et reçoivent des rayons solairestangentiels à lhorizon. Ceci a pour conséquence de recevoir des rayons ayant traversé une longuedistance de couches atmosphériques. Des panneaux placés sur la latitude de léquateur reçoivent aucontraire des rayonnements directs ayant traversé perpendiculairement la couche dozone, donc uneplus courte distance. La conséquence de la traversé dune longue distance dans les couchesatmosphérique est une perte dénergie solaire par diffraction. Une partie du spectre est donc déviéepour se diriger vers un autre azimut ou une autre altitude. Dans le cas de matériel portatif,lorientation est rapidement corrigée et nécessité une attention chaque heure, mais un délai plus longna quun faible incidence sur le rendement. En effet, jai constaté une tolérance dorientation enazimut denviron +/- 15 degrés, quand linclinaison peut accepter une variation de +/- 10 degrés.Cela signifie concrètement que la course du soleil peut être anticipée de quasiment 30 degrés sansgrande variation de lintensité électrique produite par le système. Cette tolérance nest évidemmentpas la même pour les panneaux fixes, intégrés en toiture ou fixes sur des terrasses. Cest alors lacourse du soleil qui fait varier lintensité délectricité produite car cest lélément mobile, le reste dusystème étant solidement arrimé. Une autre variable importante pour le rendement de production électrique concerne latempérature de fonctionnement des panneaux photovoltaïques. Les fabricant indiquent des seuilsau-delà desquels le rendement chute sensiblement. Pour les ensembles fixés à des structuresimmobilière, létude des échauffement permet de constater une baisse dénergie produite alors que lesoleil éclaire les capteurs lus intensément. Si lon a tendance à penser dune forte exposition en étépermet de produite une intensité plus forte, la réalité des conditions de fonctionnement desmatériaux indiquent linverse.
  • 12. 10. Laugmentation des capacités. Les systèmes apparus il y a vingt ou trente ans produisaient assez peu dénergie électrique encomparaison des rendements atteint actuellement. Lévolution de la technologie des cellules ausilicium et lapparition de nouvelles variétés de composants photosensibles a permis de multiplier lepouvoir de génération électrique. Autre facteur dans le calcul des rendements, la découpe et ladisposition de chaque cellule joue un rôle important dans loccupation de la surface. Les rendementssont calculés en fonction de la surface douverture du capteur, cest-à-dire lespace disponible àlintérieur du cadre. Lorsque lon dispose des cellules rondes, provenant de lancien mode de coulagedu silicium, on perd une partie de la surface douverture. La méthode de coulage du silicium ayantévoluée, on vis apparaître des cellules octogonales, puis carrées ou trapézoïdales. La surfacedouverture mieux couverte, le capteur peut ainsi produire davantage dénergie, ce qui augmentedautant le rendement global du capteur. Concernant les batteries solaires, les capacités nont pas été décuplées, mais les différentsmatériaux capables de conserver la différence de potentiel, et de délivrer des intensités utilisablesquotidiennement rendent possible une adaptation aux différentes situations rencontrées. Desaccumulateurs de grande capacité sont présent dans des phares maritimes, ils ont été donné à desfamilles mexicaines quand ces installations ont été rénovées. Des batteries Lithium-Ion sontmaintenant dimensionnées pour lusage des voitures électriques et sont en mesure emmagasinersuffisamment dénergie pour parcourir plus de cent kilomètres. Les technologies de conservation dela chaleur sont également une solution pour la production électrique, décalée du moment où lespanneaux sont exposés au soleil. Le principe de base est de stocker une chaleur produite dans unemasse de sel ou de roche. Il est également possible de stocker cette énergie produite sous forme deréservoir deau décalé en altitude. Il sagit alors de pomper de leau vers une altitude supérieure, puisde reprendre cette énergie par déversement. Une autre possibilité de stockage consiste à monter enpression un réservoir ayant une forme de piston. Cette pression constante est ensuite utilisée aumoment opportun. Dans le cas dun système portable le poids est un élément central. Si le système est conçutrop léger, il ne permet pas de couvrir une augmentation dautonomie. Mais, si lon vise uneautonomie conséquente, on risque de créer un objet très lourd, quasiment intransportable. Il y a unedifférence importante entre la conception dinstallation solaire pour un site isolé et celle deconcevoir une valise à énergie propre. Le site isolé est généralement conçu pour produire et stockersuffisamment dénergie électrique en cas de manque densoleillement pendant trois jours. Cettestratégie dautonomie implique une quantité de batteries proportionnelle à la puissance requise parles appareils électriques du réseau local. Jai observé que les utilisateurs en site isolé avaientcommenté leur installation en disant que savoir ce que lon produit est important, et savoir gérerlénergie stockée est primordial. Un couple dArizona a ainsi changé ses habitudes de consommationde lénergie après avoir fait évolué linstallation solaire de leur habitation. Leur règle de lavage desverres a changé, ils ne rincent plus constamment les récipients mais privilégient un lavage groupéen fin de journée. Ainsi lénergie stockée dans le banc de batterie est disponible toute la journéepour la climatisation. La période estivale est très consommatrice délectricité dans le désertdArizona. Comme laffirment les inventeurs du scénario Négawatt, lénergie la plus importante est celleque lon ne consomme pas. Il est plus facile dapprendre à gérer la consommation que de répandreles nouvelles technologies de production dénergie. Les piliers de la gestion de lénergie seraientdonc la sobriété, efficacité énergétique et énergies renouvelables.
  • 13. 11. Les développements possibles et imaginables. On peut imaginer un développement du concept de génération dénergie électrique par mini-stations mobiles. La possession doutils de communication mobile étant devenue une constante dansle comportement des consommateurs, il faut envisager que la génération dénergie propre sera dunintérêt croissant pour les générations actuelles et à venir. Cest un fait constaté par les restaurantsrapides des USA, les consommateurs qui sassoient dans leurs établissements sont nombreux àutiliser le réseau WIFI pendant quils mangent. Il nest pas rare que des utilisateurs soient connectésà internet pendant le repas, contactant ainsi leur famille, leurs amis de réseaux sociaux ou relationsprofessionnelles. La possibilité de capter le réseau sans fil en dehors des bâtiments, sur les parkingsou en terrasse laisse présager la nécessité de la présence dénergie. Activité en zones hors réseauélectrique ou future solution autonome pour des utilisateurs avertis, la génération délectricité parvalise à énergie propre me semble une branche industrielle à développer. Jusquà maintenant leshabitants de pays industrialisés ont fait confiance à la Nation pour lapprovisionnement énergétiquemassif. On peut penser quen parallèle du développement des énergies renouvelables, les solutionsoffertes directement aux consommateurs puissent remporter un franc succès. Sur lexemple dun schéma simple de connexion de régulateur de tension solaire, il estpossible de décliner les systèmes pour des tensions et puissances diverses. Loin de présenter le schéma idéal et standardisé dun circuit de puissance photovoltaïque,cette illustration permet didentifier les trois éléments périphériques du régulateur de tension. Celui-ci a pour rôle de contrôler et adapter la différence de potentiel délivrée par les panneaux solairesafin que celle-ci corresponde à la tension de charge des batteries. En effet, une tentative de chargede batteries avec une tension trop faible ne peut pas aboutir. La tension de charge minimale estdéfinie par le type de technologie utilisée pour le stockage de lénergie électrique. Cette valeur estsituée autour de 14,4 volts pour les batteries solaires, elle est également appelée tension de valence.La notion se rapporte à la quantité dénergie nécessaire pour faire passer un électron dunelocalisation atomique à sa libération pour la création dénergie électrique. En circulant depuislanode du circuit vers la cathode, les électrons génèrent lintensité du courant. Il sagit dun débitélectronique. La tension est elle potentiellement disponible en fonction de la quantité théoriquedélectrons et leur valeur en tant que particule négative. Cest donc une notion de réservecomparable à la réserve dun barrage hydraulique; tout la puissance est potentiellement présentemais le dimensionnement des conduites hydrauliques définiront le débit utilisé. Le bondimensionnement dun circuit électrique dépend de lanalyse des besoins énergétique du-dit circuit.
  • 14. 12. Exploration solaire internationale La recherche dans le domaine solaire est envisageable depuis tout les points du globepuisque tout les territoires sont baignés de soleil pendant ce qui est appelé le jour. La nuit estégalement présente car lillumination par le soleil na lieu que sur une partie de la planète, pendantune durée variable et progressive. La durée dexposition solaire est conséquente à linclinaison de laterre par rapport à son axe, à la vitesse de rotation par rapport à son centre et le parcours elliptiquedu soleil. Cette conjonction de déplacement, de position et rotation produit les saisons, les duréesvariables des jours et des nuits. Cette instabilité ne permet pas de positionner des panneaux sansprendre le temps dune étude. La course du soleil, résultante visible de cette conjonction spaciale estprévisible mais progressive dun solstice à lautre. Les solstices sont les moments de lannée pendantlesquels le soleil se trouve au plus haut de sa course la plus au nord du globe, puis au plus bas, auplus au sud du globe. Cette explication permet dintroduire lintérêt de lexploration des systèmes installés par leshabitants et entreprises de différents pays. Chaque zone géographique correspond à une incidencespécifique du soleil. Lincidence est mesurée facilement par la variation de la position du soleil aulong de la journée. On définit linclinaison de capteurs solaires par rapport à la configurationsouhaité et surtout aux périodes pendant lesquelles on espère des rendements cohérents avec lesconsommations. Les types de systèmes et dutilisations sont tellement nombreux et spécifiquesquun inventaire serait forcément incomplet. Si lon peut séparer deux groupes principauxdapplications solaires, le thermique et le photovoltaïque, on oubli fréquemment que le vent estégalement créé par des phénomènes solaires de variation de température, ainsi que les déplacementsde vagues sur les océans. Lensemble des phénomènes liés aux effets du soleil peut donner lieu àune exploitation en vue de production énergétique. Afin de connaître les réalités de lénergie solaire, je pense que la rencontre des utilisateursapporte des réponses concrète et directement vérifiables aux théories de linclinaison, auxrendements espérés et aux capacités dautonomie mesurées. Ladaptation précise de lénergie solaireà un usage spécifique bien connu apporte une satisfaction en terme de qualité alors que le surdimensionnement, les erreurs de calculs ou dinclinaison apportent leur lot de désagréments.Comme de nombreux sauts technologiques, la nouveauté et laccès facile au matériel présente unrisque dopportunisme. Des familles ont été victimes de personnes très intéressées par les bénéficesimmédiats, laissant ainsi des traces indélébiles dans des régions pourtant propices, car disposantdun bon potentiel dexposition solaire annuel. Au terme dune courte étude je peux conclure que les utilisateurs dénergies solairesressentent différentes satisfactions: lutilisation dénergie propre, une meilleure gestion de leurconsommation et une participation à la protection de lenvironnement. Laspect dinvestissementfinancier nest pas absent dans le choix des familles, il est tout de même prépondérant pour lesprojets dEntreprise plus ambitieux.