Capitalisation de l'utilisation de l'énergie solaire à Kabare nord: une solution au manque d'énergie électrique

1.2.5. Des panneaux sur les toits

Les panneaux photovoltaïques convertissent la lumière du Soleil en électricité. Des années 2000 à 2013, en France et en Belgique, grâce aux aides fiscales de l'État, les particuliers ont été de plus en plus nombreux à s'en équiper. En France le producteur a le choix entre l'autoconsommation et la vente de l'intégralité de sa production à EDF qui est tenue depuis 2002 de racheter l'électricité d'origine renouvelable produite par les particuliers ou les collectivités.

À la suite d'une augmentation plus forte que prévu des demandes de raccordement d'installations photovoltaïques, un moratoire avait été décidé en décembre 2010 par l'État français pour les installations de plus de 3 kWc : « L'obligation de conclure un contrat d'achat de l'électricité produite par les installations mentionnées au 3° de l'article 2 du décret du 6 décembre 2000 susvisé est suspendue pour une durée de trois mois courant à compter de l'entrée en vigueur du présent décret. Aucune nouvelle demande ne pouvait être déposée durant la période de suspension », moratoire critiqué par les parties prenantes impliquées dans des opérations déjà lancées ou que l'État devait financer.

Malgré ces moratoires, la puissance solaire installée début 2012 sur les toits et dans les parcs solaires équipés de cellules photovoltaïques représentait 2 672 MW en France ⁴² et 1 500 MW en Belgique ⁴³. À titre de comparaison, en 2010, plus de 7 400 MW photovoltaïques ont été vendus et raccordés au réseau en Allemagne (pays leader dans le domaine photovoltaïque) pour un parc installé total de 17 320 Mégawatts.

Une nouvelle génération de panneaux, dit panneaux solaires hybrides, apparaît en 2010 sur le marché, produisant à la fois des thermies et de l'électricité, avec un rendement photovoltaïque amélioré grâce au fait que le panneau est refroidi en exportant (et valorisant) les calories qu'il a accumulées.

I.3. Fonctionnement d'un panneau solaire

a. Principes de base

Un panneau solaire convertit l'énergie lumineuse en énergie solaire. I l est composé de cellules photovoltaïque elles même constituées de matériaux semi-conducteurs qui conduisent moyennement l'électricité. Ces matériaux peuvent libérer leurs électrons sous l'effet de l'énergie lumineuse (photons). C'est la libération de ces électrons qui produit le courant électrique.

Photon: Particule élémentaire qui constitue le rayonnement électromagnétique comme celui de la lumière visible

b. Composition des cellules photovoltaïques

Elles sont composées de matériaux semi-conducteurs à base de silicium, de sulfure de cadmium et de tellure de cadmium. Il y a en effet de plaques fines (couche inférieure et couche supérieure) pour un contact étroit. La couche supérieure est constituée de silicium et d'autres éléments possédant plus d'électrons qu'une couche de silicium pure.

C'est un semi-conducteur de type N. La couche inférieure est constituée de silicium et d'autres éléments possédant moins d'électrons qu'une couche de silicium pure.

C'est un semi-conducteur de type P. Pour qu'il y ait une conduction, il faut une jonction des couches P et N qui se fait lors des expositions au soleil et créée donc un courant électrique.

Figure 4 : composition et fonctionnement des cellules photovoltaïques

c. Ressources solaires

L'énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le Système solaire et dans l' Univers essentiellement sous la forme d'un rayonnement électromagnétique de photons et de rayonnement infrarouge.

L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de :

· l'énergie solaire envoyée par le Soleil et arrivant au voisinage immédiat de la Terre (fluctuations décennales, saisonnières, et ponctuelles) ;

· la nébulosité ( nuages, brouillards, etc.), qui varie énormément d'un endroit à un autre. Celle-ci est forte à très forte dans les régions océaniques tempérées et subpolaires ainsi que dans les régions équatoriales alors qu'elle est faible à très faible dans les régions arides subtropicales ou polaires ;

· la latitude, la saison et l' heure, qui influent sur la hauteur du Soleil et donc sur l'énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local.

Globalement la Terre reçoit en permanence une puissance de 170 millions de GW (soit 170 millions de milliards ou 1,7 ×?10¹⁷ joules par seconde), dont 122 sont absorbés alors que le reste est réfléchi. L' énergie totale absorbée sur une année est donc de 3 850 zetta joules (10 ×?10²¹ joules, ZJ) ; par comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ^23(*), le vent contient 2,2 ZJ^24(*), et l'ensemble des usages humains de l'énergie, 0,5 ZJ^25(*) dont 0,06 ZJ sous forme d'électricité.

Le flux maximum d'énergie solaire reçu au sol terrestre se rencontre sous les tropiques secs (ou arides), c'est-à-dire dans les déserts chauds où les conditions météorologiques et géographiques sont optimales : basse latitude, vaste espace, ensoleillement ininterrompu, ciel clair, grande sécheresse de l'air. Le Sahara, le plus grand désert chaud du monde, est la région de la Terre qui reçoit le plus amplement la chaleur et la lumière du Soleil. C'est en effet la contrée du globe où la durée de l'insolation moyenne est la plus élevée (jusqu'à 4 300 h/an soit entre 97 et 98 % du jour)^26(*), et aussi celle où l'irradiation solaire moyenne est la plus grande, avec plus de 280 W/m² en moyenne sur l'année nuits comprises^27(*).Celles qui sont relativement proches de zones de consommation importantes dans les pays développés disposant de la technique requise pour capter l'énergie solaire, voient des réalisations de plus en plus importantes, comme dans le désert des Mojaves ( Californie et Arizona) où se trouvent les plus grandes centrales solaires thermodynamiques au monde, notamment la centrale solaire SEGS d'une puissance totale de 354 MW^28(*) et celle de Solana d'une puissance de 280 MW.

Figure 5 : Installation type du kit solaire

* ²³FAO, « Energy conversion by photosyntheticorganisms »,(consulté le 25 février 2018)

* ²⁴Archer at alli ,Evaluation of Global Wind Power , Stanford, 2008

* ²⁵ Idem

* ²⁶Julien LABBÉ (2006), L'Hydrogène électrolytique comme moyen de stockage d'électricité pour systèmes photovoltaïques isolés ; thèse de doctorat spécialité «Énergétique» ; École des mines de Paris, le 21 décembre 2006

* ²⁷ Idem

* ²⁸Claudine Mulard, Une centrale solaire géante pour alimenter la Californie  dans Le Monde, 11 avril 2006