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1 FNEBTP / CSNER F O R M A T I O N : I N S T A L L A T I O N & M A I N T E N A C E D E S S Y S T È M E S P V Animateurs de la formation Rachid El Mokni Ingénieur Néji AMAIMIA Ingénieur en Chef en Energie Formation sur les Systèmes Photovoltaïques

2 Les sources d énergies renouvelables Énergie solaire Bioénergie Biomasse Énergie éolienne Géothermie Chaleur de l environnement Énergie hydraulique

3 Le soleil, Quelle énergie!! Le soleil est une source d énergie naturelle, gratuite et non polluante. L énergie solaire grâce à ces multiples usages tend à être l une des ressources énergétiques majeures du 3ème millénaire, avec un gigantesque gisement solaire qui équivaut à fois la consommation énergétique de l humanité entière

4 Géothermie Biomasse Consommation énergétique globale Energie solaire Hydraulique et marémotrice Energie éolienne Le soleil est une sphère gazeuse d hydrogène et d hélium, son diamètre est de km, soit 110 fois celui de la terre. La distance Terre Soleil est ~ de 150 millions de km, soit 500 fois la distance terre lune. Le soleil rayonne comme un corps noir à 5800K Le rayonnement solaire est un rayonnement thermique qui se propage sous la forme d ondes électromagnétiques

5 Potentiel de l énergie solaire (bases: Conso mondiale 2007 = TWh - production PV rendement 13% soit 130kWh/m².an) Surface installée dans le monde (2007) 9 km 9 km

6 Du noyau du soleil se produit un immense dégagement d énergie type nucléaire estimé à 175 milliards de kw; Cette énergie sous forme de chaleur traverse les multiples couches de «l atmosphère» de l astre représentant une hauteur d environ 3000 km, puis, à travers l espace, pénètre dans les zones entourant le globe; La température dégagée qui était au de départ du noyau de 15 à C n est plus que de 50 C;

7 Caractéristiques du rayonnement solaire A la limite de l atmosphère terrestre, l éclairement énergétique reçu par une surface placée perpendiculairement aux rayons solaires est en moyenne de 1367W/m2 à l'extérieur de l'atmosphère terrestre, et arrive à ~ 1200 W/m2 sur la surface de la terre. Cette donnée est appelée constante solaire.

8 Soleil : corps de température = 5780 K rayonnement Loi de Stephan-Boltzmann : équivalence température énergie rayonnée Énergie (E) : 5780 K 6, W.m -2 E x (RS/UA) W.m -2 (conservation de l'énergie rayonnée à travers l'espace) TERRE UA = 149, km RS = km La constante solaire (C) : puissance reçue par une surface horizontale (disque) au sommet de l'atmosphère (~ 1368 W.m-2)

9 Diffusion moléculaire (en particulier pour les radiations U.V.) Réflexion diffuse sur les aérosols atmosphériques (gouttelettes d eau, poussières ) Absorption sélective par les gaz de l atmosphère. Seule une partie du rayonnement traverse l atmosphère et atteint le sol. Une autre partie du rayonnement est diffusée et répartie à peu près uniformément dans toutes les directions de l espace. L atténuation correspondante du rayonnement solaire dépend de l épaisseur de l atmosphère traversée, celle-ci dépendant à son tour de la latitude du lieu considéré et du temps.

10 Energie Solaire 1367W/m2

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12 9% dans la bande des ultraviolets (<0,4 µm), 47% dans la bande visible (0,4 à 0,8 µm), 44% dans la bande des infrarouges (>0,8 µm).

13 Gisement solaire - Nature du rayonnement AM 0 AM 0 AM 1,5 AM 1 AM 1,5 Rayonnement absorbé par l atmosphère (O 2, CO 2, H 2 O )

14 La part d'énergie reçue sur la surface de la terre dépend de l'épaisseur de l atmosphère à traverser. Celle-ci est caractérisée par le nombre de masse d'air AM. Le rayonnement qui atteint le niveau de la mer à midi (zénith) dans un ciel clair est de l ordre de 1000 W/m2 Puisque le soleil n'est au zénith que durant peu de temps, la masse d'air est donc plus grande en permanence et l'énergie disponible est donc inférieure à 1000 W/m2 AM1 = 1 AM2 = 1,5 AM3 = 2

15 Rayonnement solaire dans le monde inconnu en KWh/m²/An

16 Les futur sites des générateurs Photovoltaïques

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20 Mouvement Terre -Soleil

21 Le mouvement de la Terre autour du Soleil La terre tourne autour du soleil en décrivant une ellipse de faible excentricité et de période : 365 jours et ¼) Hmax = hauteur du soleil à midi φ = latitude du lieu

22 Trajectoire annuelle et journalière du soleil (hémisphère nord) 21 juin Zénith 21 septembre 21 mars 21 décembre O N S 8 h 33 6 h 20 4 h 00 E

23 Composantes au sol du Rayonnement Solaire Diffusion par les molécules d air, Diffusion par aérosols Rayonnement direct Rayonnement diffus Rayonnement du à l albedo L énergie récupérée sera maximum si le capteur est orienté perpendiculairement au rayonnement direct, c'est à dire pour une inclinaison égale à la latitude du lieu. Rayonnement Global = Rayonnement direct + Rayonnement diffus + Albédo

24 En kwh/m²/j Courbes d ensoleillement - LYON plein sud Jan Fev Ma Avr Mai Jun Jui Aou Aou Sep Sep Oct Oct Nov Nov Dec Dec

25 Irradiation fonction de l inclinaison & orientation Ci-dessous les facteurs de corrections du gisement solaire (par rapport à une inclinaison de 30 et orientation Sud) selon une inclinaison et une orientation donnée (Latitude de Lyon)

26 Le soleil nous éclaire avec générosité, pureté, pérennité et gratuité dans la régions où nous vivons; l intensité du rayonnement du soleil n est pas de le même pour tous; L ensoleillement varie entre 1,5 kwh/m2/jour & 7 kwh/m2/jour en Tunisie, selon les régions et les saisons. Nous avons donc Intérêt d utiliser les possibilités pour le Recevoir; le Transformer; l Emmagasiner;

27 Rayonnement solaire en fonction de la météo Ciel couvert Nuages épars, soleil Rayonnement diffus principalement Rayonnement direct principalement Ensoleillement W/m 2

28 Mois Tunis Sfax Jendouba Kairouan Tozeur Gabes Ensoleillement Journalier Global sur un plan horizontal [Wh /m2/jour] ( )

29 LA FILIERE DE L ENERGIE SOLAIRE Le rayonnement solaire......peut être converti en... Chaleur...grâce... À des capteurs solaires thermiques Électricité À des modules photovoltaïques (photopiles) Biomasse À la photosynthèse

30 Disponibilité de l énergie solaire Rayonnement solaire extrêmement variable suivant La latitude du site : en Tunisie 36 La saison : durée d ensoleillement, hauteur du soleil, proportion diffus/direct Les conditions météos :nébulosité, poussières, humidité, L altitude: brouillard de plaines et vallées L heure de la journée :hauteur/azimut du soleil En Tunisie sur 1m² de surface horizontale de 2100 kwh/an à 5100 kwh/an D une année sur l autre le rayonnement solaire reçu reste sensiblement constant

31 Les points à retenir -Rayonnement Global = Rayonnement direct + Rayonnement diffus + Albédo -En hiver la trajectoire du soleil est basse d où on intérêt à augmenter l angle de captation -En été la trajectoire du soleil est haute d où on intérêt à diminuer l angle de captation - La constante solaire hors atmosphère est de 1367 W/m² -Sur la surface de terre on reçoit ~ 1000 W/m² -La meilleure inclinaison est la latitude du lieu + ou 5 - L effet de l inclinaison est plus important que l effet de l orientation

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