Brève introduction aux énergies renouvelables

        L'utilisation par l'homme des sources d'énergie renouvelable, dont l'énergie solaire, éolienne et hydraulique, est très ancienne ;  ce type d'énergie est utilisée depuis l'antiquité et son utilisation a continué à exister jusqu'à l'arrivée de la "Révolution Industrielle", époque à laquelle, étant donné le bas prix du pétrole, elles ont été abandonnées.

        Cependant depuis ces dernières années étant donné l'accroissement du coût les combustibles fossiles et des problèmes environnementaux dérivés de leur exploitation, nous assistons à un à renouveau des énergies renouvelables.

        Les énergies renouvelables sont inépuisables, propres et peuvent être utilisés de manière autogérée (puisqu'elles peuvent être utilisés dans le même lieu où elles sont produites). Elles présentent en outre l'avantage additionnel de se compléter entre elles. Par exemple, l'énergie solaire photovoltaïque fournit de l'électricité les jours dégagés (généralement avec peu de vent), tandis que dans les jours froids et venteux, avec des nuages, ce sont les aérogénérateurs qui prendront le relais et produiront la majorité de l'énergie électrique.

 


    Comment produire de l'électricité à partir du soleil, du vent et de l'eau
 

I À partir du soleil : ÉNERGIE SOLAIRE PHOTOVOLTAÏQUE


Fig. 1 : Installation solaire avec 44 panneaux photovoltaïques (SOLÉNER)

        La méthode la plus simple pour la production d'énergie solaire est celle de la conversion photovoltaïque, qui consiste à transformer l'énergie solaire en énergie électrique au moyen de capteurs solaires. Ces cellules sont élaborées sur base de silicium pur avec addition d'impuretés de certains éléments chimiques, ils sont capables de produire chacun de de 2 à 4 Ampères, à un voltage de de 0.46 à à 0.48 V, utilisant le rayonnement solaire comme source d'énergie. Ces cellules ont la particularité de pouvoir transformer autant le rayonnement solaire directe que diffus ce qui permet leurs utilisation les jours nuageux. Les cellules sont montées en série sur les panneaux ou les modules solaires pour obtenir un voltage adéquat aux applications électriques ; les panneaux recueillent l'énergie solaire en la transformant directement en énergie électrique sous forme de courant continu, qu'il sera nécessaire de stocker dans des accumulateurs, si l'on souhaite, pouvoir l'utiliser la nuit.
 

II. À partir du vent : ÉNERGIE ÉOLIENNE

        Une autre manière de produire de l'électricité proprement est l'utilisation de l'énergie du vent. Le dispositif capable d'effectuer cette conversion est appelé aérogénérateur ou générateur éolien, et consiste en un système mécanique de rotation, pourvu de palles comme les anciens moulins à vent, et d'un générateur électrique dont l'axe est solidaire au système moteur. Ainsi le vent, en faisant tourner les palles, fait aussi tourner le générateur électrique, qui peut être une dynamo ou un alternateur (l'alternateur présente l'avantage de fournir un plus grand rendement, de fournir de l'énergie à une vitesse plus petite, et d'apporter aussi de l'énergie à une vitesse supérieure).


Fig. 2 : Aérogénérateur Vélter II

        Tout comme dans le cas de l'énergie solaire, il est nécessaire de disposer d'accumulateurs pour stocker l'énergie dans les périodes sans vent.
 

III. À partir de l'eau : ÉNERGIE HYDRAULIQUE

    Une application très intéressante pour de petites installations près des cascades est la mini centrale hydraulique, pouvant fournir des puissances comprise sentre 100 W et 5 kW, en pouvant être combiné avec d'autres énergies.
 

Fig. 3 : Turbine Pelton (SOLÉNER)

        Les applications sont énormes, puisque les trois quarts de l'humanité manquent d'énergie électrique qui permettrait avoir de l'eau potable, de la lumière, des outils électriques, de conserver des aliments ou accéder à la culture (moyens audio-visuels). Actuellement ces systèmes constituent la meilleure aide directe pour le Tiers Monde (ONG).
 
 


    Avantages

 - Une fois que l'investissement et l'installation sont fait,il n'y a plus de frais; la consommation d'énergie électrique est totalement gratuite.

 - L'installation avec des panneaux photovoltaïques est de type modulaire ; si augmentent la consommation, on peut augmenter le nombre de panneaux sans avoir besoin d'intervention de spécialistes.

 - Ils n'utilisent pas de combustibles, éliminant l'incommodité de devoir s'approvisionner et le danger de leur stockage.

 - L'électricité qui est obtenue est sous forme de courant continu et généralement a bas voltage, ce qui évite le risque d'accidents.

 - L'énergie solaire est produite dans le même lieu qu'elle est consommée : elle n'a besoin ni de transformateurs, ni de canalisations souterraines, ni des réseaux de distribution.

 - Impact environnemental nul : l'énergie solaire ne produit pas de déchets, résidus, d'ordures, fumées, poussières,vapeurs, bruits, odeurs, etc. Par ailleurs elle ne contamine pas la nature, ni ne décompose le paysage avec des tours, postes et lignes électriques.

 - Résistance aux conditions climatologiques les plus défavorables : pluie, neige, vent, grêle.

 - Pas besoin de maintien : les panneaux solaires n'ont pas de pièces mobiles et ils sont nettoyés par la pluie.

 - L'utilisation des installations conventionnelles est possible, grâce a l'utilisation d'inverseur qui fournissent un courant alternatif de 220V.

 - Les dimensions des panneaux sont très réduites, en pouvant être facilement installé sur le toit de chaque logement, avec la seule nécessité de recevoir la lumière du soleil directement et sans ombre pendant toute la journée.

 - Les deux énergies, solaire et éolienne, présentent l'avantage de se compléter entre elles. La radiation solaire fournit de l'énergie les jours dégagés (généralement jours avec peu de vent), tandis que les jours froids et venteux (généralement nuageux) c'est le vent celui qui fournit l'énergie suffisante pour faire fonctionner l'aérogénérateur.
 
 


    Éléments d'une installation

 - Générateur: c'est le composant fondamental de l'installation. Il consiste en un ensemble de panneaux photovoltaïques, ou d'aérogénérateurs, ou d'un mélange des deux, qui recueillent l'énergie du soleil, ou du vent, et qui la transforment en courant continu à basse tension (12 ou 24 V habituellement). Si vous souhaitez voir un exemple des caractéristiques d'un panneau solaire photovoltaïque cliquez ici.


Fig. 4 : Une installation mixte éolien- photovoltaïque

 - Accumulateur: L'énergie électrique produite par les panneaux solaires ou par l'aérogénérateur peut suivre deux chemins : être consommé sur le moment ou s'accumuler. Pour pouvoir disposer de cette énergie hors des heures d'éclairement solaire ou les jours sans vent, il est nécessaire d'installer des accumulateurs, dont la mission est de stocker l'énergie produite par le générateur et de maintenir raisonnablement constant le voltage de l'installation.

 
Fig. 5 : Place des accumulateurs dans une installation de de 200 kW (Sénégal)

        Le système d'accumulation consiste en un jeu d'éléments en batterie, généralement  plomb acide, chacun d'eux produit une tension de 2 Volts. Ce qui veut dire que pour une installation à 12 Volts, on aura besoin d'une batterie composée de 6 verres, mis en série ; tandis que s'elle est de 24 Volts, la batterie aura 12 verres en série.

        La quantité d'énergie qu'est capable de stocker une batterie dépend de sa capacité, qui est mesurée dans des Ampères heure (Par exemple : en supposant un rendement de de 100% et une décharge totale, une batterie de de 100 Ah peut fournir 1 Ampère pendant 100 heures ou 2 Ampères pendant 50 heures, ou 5 Ampères pendant 20 heures).

        Le nombre de jours que la batterie peut maintenir la consommation de l'installation (nombre de jours d'autonomie) dépendra par conséquent de sa capacité : d'autant que plus une batterie possède d'ampères heure plus elle peut stocker pour un plus grand nombre de jours. Il faudra  donc dimensionner la batterie de sorte que, sans être excessivement coûteuse, elle puisse maintenir la consommation pendant les jours d'autonomie souhaités.


Fig. 6 : Contrôleur numérique fabriqué par SOLÉNER en version OEM

 - Régulateur de charge: le système de régulation a  trois fonctions principales :

   * Éviter les surcharges à la batterie, qui peuvent produire des dommages irréversibles dans cette dernière.
   * Empêcher la décharge de la batterie à travers les panneaux dans les périodes sans éclairement solaire.
   * Assurer que le système travaille toujours à une efficacité maximale.

        Le régulateur est l'un des éléments les plus importants d'un système solaire photovoltaïque, puisque de son bon fonctionnement dépend totalement la durée de vie de la batterie.


Fig. 7 : Lampe électronique de haut rendement (SOLÉNER)

 - Équipements d'éclairage: Les équipements d'éclairage doivent être de rendement important et de basse consommation : lampes électroniques, fluorescentes, lampes à vapeur de sodium, etc.. En outre, ces types de lampes supportent mieux  les variations de la tension continue d'alimentation qu'une lampe à incandescence (une variation de la tension de de 20% dans une lampe à incandescence peut la détruire, tandis que les équipements fluorescents supportent ces variations).
 

 - Appareils électroménagers : Les appareils électroménagers doivent être de basse consommation, spécialement ceux qui fonctionnent beaucoup d'heures comme les réfrigérateurs. L'image ci-dessus nous montre trois réfrigérateurs spécialement conçus pour les économies énergétique.
 


Fig. 8 : Inverseur sinusoïdal SOLÉNER

    - Inverseur: La majorité des appareils électroménagers conventionnels ont besoin, pour fonctionner, de courant alternatif à à 220 V, et à une fréquence de 50 Hz. Pour pouvoir disposer de ce type de courant, il faut ajouter à l'installation un inverseur CC/CA (de courant continu à alternatif), que transforme le courant continu, de12 ou 24 V, produit par la batterie, en courant alternatif, à 220 V et 50 Hz de fréquence.

    Le type d'inverseur à employer dépend de l'application qui va lui être donnée. Ainsi par exemple, si on souhaite du CA uniquement pour fournir de l'énergie à un téléviseur ou à un ordinateur, et certains petits appareils électriques, on peut utiliser un inverseur d'onde carrée ou sinusoïdale modifiée. Mais s'il s'agit de donner de l'énergie à des appareils électroménagers comme une machine à laver, un réfrigérateur, ou certains moteurs de CA, qui ont besoin pour leurs fonctionnement correct d'une source sous forme d'onde sinusoïdale, il est alors nécessaire d'utiliser des inverseurs d'onde sinusoïdale.

    Soléner dispose d'inverseurs d'onde sinusoïdale modifiée qui, en plus de produire le type adéquat d'onde de sortie  pour toutes ces applications, ont un rendement très important (supérieur à à 95%). Grâce à eux il est possible de disposer de CA à à 220 V et 50 Hz pour toute l'installation, tant pour les appareils électroménagers que pour l'éclairage; de cette façon on améliore le rendement général du système, puisqu'à 220 V la chute de tension dans la distribution est beaucoup plus petite qu'à 12 ou 24 V.

    Nous disposons aussi d'une vaste gamme d'inverseurs sinusoïdaux de haut rendement contrôlés par microprocesseur et configurables par l'utilisateur au moyen d'un écran à cristaux liquides. Ce même écran affiche continuellement une information sur l'état du système, y compris sur l'énergie consommée.
 

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