FICHE TECHNIQUE D 8
Energie Solaire Photovoltaïque

1- Le principe
Des cellules photovoltaïques assemblées en modules permettent de convertir l’énergie lumineuse du soleil (énergie des photons) en énergie électrique.

La production d’électricité est proportionnelle à la surface des modules photovoltaïques exposés au soleil et à l’intensité lumineuse. Dépendante des conditions météorologiques, la production est donc aléatoire. L’énergie peut être utilisée en direct (cas des pompes solaires) ou stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure, par exemple durant la nuit.

2- Les composants d’un générateur Photovoltaïque
La technologie photovoltaïque est simple, bien au point et très fiable (maintenance 2 fois par an). C’est une solution technique qui est excellente pour les pays en développement, en particulier pour les zones enclavées et éloignées des centres urbains.

Les différents composants d’un système solaire classique sont les suivants :le champ photovoltaïque,
  les batteries,
  le régulateur,
  éventuellement, un convertisseur d’énergie,
  les récepteurs ou applications,

2-1 Le champ photovoltaïque
Un ou plusieurs modules photovoltaïques forment le champ photovoltaïque. Ils transforment l’énergie des rayons lumineux en énergie électrique. La durée de vie des modules solaires photovoltaïques est estimée à 20 ans.

L’emplacement du champ photovoltaïque devra respecter les contraintes suivantes :

  exposition au rayonnement solaire toute la journée en toute saison
  orientation et inclinaison : les modules doivent être orientés au sud dans l’hémisphère Nord et au Nord dans l’hémisphère Sud.
  accès facile pour le nettoyage
  proximité avec la régulation, le stockage et les récepteurs
  fixations solides pour résister aux vents : les modules sont généralement fixés :
  soit au sol (cadre alu fixé sur des longrines de béton ou fixation sur un support en bois ancré dans le sol), dans ce cas, il faut prudent de prévoir un accès protégé pour éviter de laisser les modules à la portée des enfants ,
  soit en toiture (fixation des supports sur les poutrelles de la charpente),
  soit en façade.
Il est prudent de fixé les panneaux avec des écrous anti-vols.

2-2 Les batteries
Les batteries servent de « tampon » entre production et consommation d’énergie (utilisations). Leur capacité doit être suffisamment grande pour faire face à tous les aléas de la production (saison, pluies, ...) et de la consommation (surconsommations diverses dues à une plus grande occupation de la maison, ...).

Lorsque le réservoir d’énergie est plein, toute quantité d’énergie supplémentaire entraînera le « bouillonnement » de l’électrolyte :
   le niveau dans la batterie baisse, et celle-ci peut être gravement endommagée
   les gaz produits peuvent exploser avec une flamme ou une étincelle
   le surplus d’énergie risque de détériorer les plaques en plomb en arrachant la matière active qui y est déposée
Pour la batterie, une décharge complète est très néfaste et la fait vieillir prématurément (en oxydant ses composants). La durée de vie moyenne d’une batterie peut varier de 3 à 5 ans suivant son entretien.

2-3 Le régulateur
Le régulateur, d’une durée de vie de 7 à 10 ans, contrôle l’état du réservoir d’énergie pour protéger la batterie. Son rôle est de stopper :
  la charge de la batterie lorsque celle-ci est chargée pour éviter le bouillonnement de l’électrolyte,
  le prélèvement d’énergie sur la batterie lorsqu’elle est trop déchargée.

2-4 Le convertisseur
Le convertisseur permet de convertir le courant continu en courant alternatif pour alimenter les utilisations qui fonctionnent avec ce type de courant.

2-5 Les récepteurs
L’énergie produite alimente un ou plusieurs appareils de consommation (éclairage, radio, télévision, réfrigération, pompage, etc.).

3- Les Utilisations
3-1 L’éclairage
Le kit familial est une solution très répandue, bien maîtrisée et fiable. Ce système ne fournit que de faibles quantités d’énergie. Il est possible d’alimenter une ou deux lampes, la radio, et la télévision. Il n’est pas possible d’alimenter des moteurs ou des résistances chauffantes (réfrigérateur, plaque de cuisson, machine à laver).
Coût pour un système constitué d’un module : 4 à 5 000 FF

3-2 Le pompage
Les pompes solaires de profondeur sont très répandues, fiables et concurrentielles. Elles constituent une excellente alternative pour le pompage de l’eau dans des puits ou des forages.
Un champ de modules produit un courant électrique qui alimente une pompe immergée placée dans le forage via un transformateur.
Pour le pompage à faible profondeur (moins de 7 mètres), le système solaire de pompage se trouve mis en concurrence avec les groupes motopompes qui emportent la comparaison.
Ainsi le pompage photovoltaïque n’est recommandé que pour les puits ou forages profonds (>10 m).

3-3 Le froid
Les systèmes les plus répandus sont les conservateurs de vaccins de faible contenance (40 litres) utilisés pour les dispensaires. Totalement dédiés à cette fonction, il n’est pas utile qu’ils soient plus grands. De ce fait, ils fonctionnent avec simplement deux modules solaires et restent d’un coût abordable.

IV Dimensionnement d’une installation solaire hotovoltaïque
Les étapes du dimensionnement d’une installation solaire photovoltaïque sont les suivantes :
  Identification précise des besoins en électricité (puissance de chaque application et durée quotidienne d’utilisation),
  Connaissance du gisement solaire local (énergie solaire disponible du site par unité de surface),
  Calcul estimatif de la puissance du générateur solaire en Watts crête (Wc), fonction du gisement solaire et des besoins identifiés,
  Définition des caractéristiques des autres composants de l’installation solaire (capacité des batteries, section des câbles, puissance de l’onduleur, applications, ...),
  Estimation du coût d’investissement. Un coût de 80 à 150 FF par Wc installé est à considérer, selon la taille et la localisation du système. Pour plus de précisions, le site de dimensionnement http://retscreen.gc.ca/ permet d’évaluer la taille et le coût d’une installation solaire photovoltaïque.

  Exemples standard au Sahel
   Kit photovoltaïque

Pompe de profondeur

5-Données économiques
5-1 Les coûts d’investissement
Les prix des équipements photovoltaïques ne sont pas encore très stabilisés. Ils dépendent beaucoup du client et des quantités. Toutefois, les kits d’éclairage qui sont devenus un produit courant et qui sont vendus par de nombreux commerçants, présentent des coûts connus :

5-2 Les coûts d’entretien
Les différents projets déjà exécutés montrent que le coût d’exploitation annuel est d’environ 5 % du coût d’investissement.
En effet, si les systèmes solaires ne nécessitent que peu de maintenance requièrent cependant un minimum d’entretien : Vérification du niveau de la batterie, nettoyage des modules, remplacement des consommables, resserrages des connections, etc. L’expérience montre que cet entretien doit être effectué régulièrement par un professionnel qui doit être rémunéré pour le service rendu et l’approvisionnement des composants.
Lorsque les équipements solaires sont communautaires, il est nécessaire de collecter régulièrement de l’argent pour leur maintenance. Deux solutions sont possibles :
  la cotisation : elle est forfaitaire, mais peut être indexée sur la taille de la famille
  la vente du service : eau vendue au seau, électricité vendue à l’heure par exemple. Le système des cotisations se montre souvent moins efficace. La vente du service représente un pré paiement.
Du fait qu’elle fait rentrer l’argent de manière obligatoire, elle garantit les rentrées d’argent. Il faut prévoir éventuellement les coûts de rémunération du gardien, du collecteur des cotisations et des fontainiers en cas de vente de service.

5-3 Les coûts de renouvellement
Le renouvellement nécessite de réaliser des provisions sur le moyen terme (3 à 7 ans) et le très long terme (15 à 20 ans). Gérer de tels fonds de renouvellement étant difficile à l’heure actuelle, seuls les fonds à moyen terme sont pris en compte mettant déjà en œuvre des modes complexes d’organisation.

6- Exemples d’installations photovoltaïques

Pour le système Hydraulique, le budget ne concerne pas le forage mais les pièces et la main d’œuvre.
Attention aux petites installations éparpillées qui peuvent engendrer des coûts supplémentaires et des problèmes de surveillance.

7- Conseils
7-1 Conseils à un particulier qui va acheter du photovoltaïque
  Bien évaluer ses besoins au préalable
  Faire attention au type de module : ne pas confondre silicium amorphe et cristallin ! (les modules silicium amorphe sont d’un rendement moindre mais meilleur marché).
  Utiliser les équipements peu énergivores : pas de lampes à incandescence, mais des tubes fluorescents ou des ampoules à économie d’énergie (8 à 15 W) ; des postes TV économes.
Bien adapter la taille des pompes à la profondeur
Ne pas transporter le courant, car en 12 V, les pertes dans les câbles sont très importantes.
  Utiliser un régulateur de charge / décharge pour protéger la batterie
  Prévoir l’entretien de la batterie
Vérifier les niveaux régulièrement ; ne pas déplacer la batterie ; la placer dans un lieu ventilé.

7-2 Conseils pour un programme de développement utilisant du photovoltaïque-Proscrire le cadeau : les dons purs et simple démotivent les bénéficiaires en ce qui concerne l’entretien et ne permettent pas d’évaluer si la demande correspond à un besoin prioritaire. Une participation des bénéficiaires est toujours la règle.
  Il faut se garder de croire que le solaire est gratuit. Le fonctionnement d’un équipement photovoltaïque a un coût : surveillance, maintenance, renouvellement. Qui paye pour ce coût ?
  Prévoir l’entretien : le matériel va tomber en panne demain ou après-demain. Où se trouvera le réparateur, qui le fera venir et avec quel argent sera-t-il payé ? Il faut répondre à ces trois questions avant d’installer un équipement.
  Engager une démarche pérenne : la pérennité sur le long terme signifie que l’on pourra payer les grosses réparations. Cela implique des provisions ou des solutions (crédit).
Actuellement, en Afrique, la politique est de provisionner le renouvellement de tous les équipements sauf celui des modules solaires. C’est un début, mais une partie du renouvellement des modules peut cependant être pris en compte.
  Penser au service public
S’équiper en photovoltaïque est souvent une démarche individuelle. Mettre en place des subventions et des systèmes de crédit facilite l’électrification des zones rurales. Il faut veiller cependant à ce que l’aide extérieure (les fonds publics) ne serve pas seulement à la frange de population la plus aisée. Les solutions doivent concerner le plus grand nombre. Le développement est une démarche collective.

Pour plus d’information sur l’énergie solaire photovoltaïque et les énergies renouvelables en général, vous pouvez contacter :
Fondation Energies pour le Monde
146 rue de l’Université
75007 Paris
tel : 01 44 18 00 80
fax : 01 44 18 00 36
fondem@wanadoo.fr
www.fondem.org

Vous pouvez également vous référer au site portail :
www.enerdev.org