Analyse d’une Ferme Solaire
Comprendre l’Analyse d’une Ferme Solaire
La ville de Solarville envisage de construire une ferme solaire pour répondre à ses besoins énergétiques croissants. La ferme solaire doit être suffisamment grande pour alimenter 5000 ménages, chaque ménage consommant en moyenne 4000 kWh par an.
Objectif de l’Exercice
Déterminer la taille nécessaire de la ferme solaire et analyser son efficacité.
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Données
- Consommation Énergétique Annuelle par Ménage: 4000 kWh
- Nombre de Ménages à Alimenter: 5000
- Rendement Moyen d’un Panneau Solaire: 250 W
- Heures d’Ensoleillement Moyennes par Jour: 5 heures
- Jours de Fonctionnement par An: 365 jours
- Efficacité du Système de Transmission et Conversion: 85%
Questions
1. Calcul de la Demande Énergétique Annuelle Totale
- Calculer la demande énergétique totale pour les 5000 ménages par an.
2. Détermination de la Production Énergétique Annuelle Nécessaire
- En tenant compte de l’efficacité du système, déterminer la production énergétique totale nécessaire par an pour la ferme solaire.
3. Calcul du Nombre de Panneaux Solaires Nécessaires
- Sur la base du rendement moyen d’un panneau solaire et des heures d’ensoleillement moyennes par jour, calculer le nombre total de panneaux solaires nécessaires.
4. Estimation de la Surface Requise pour la Ferme Solaire
- Si chaque panneau solaire mesure 1.6 mètres de largeur et 1 mètre de hauteur, estimer la surface totale requise pour la ferme solaire.
5. Analyse de l’Impact Environnemental
- Discuter brièvement de l’impact environnemental potentiel de la construction d’une telle ferme solaire et des avantages par rapport aux sources d’énergie non renouvelables.
Correction : Analyse d’une Ferme Solaire
1. Calcul de la Demande Énergétique Annuelle Totale
On souhaite connaître la consommation totale en kWh par an pour l’ensemble des 5000 ménages, sachant qu’un ménage consomme 4000 kWh par an.
Formule :
Demande Totale (kWh/an) = Consommation par Ménage (kWh/an) \(\times\) Nombre de Ménages
Données :
-
Consommation par ménage = 4000 kWh/an
-
Nombre de ménages = 5000
Calcul :
\[ \text{Demande Totale} = 4000 \times 5000 \] \[ \text{Demande Totale} = 20\,000\,000 \text{ kWh/an} \]
2. Détermination de la Production Énergétique Annuelle Nécessaire
La production de la ferme solaire doit compenser les pertes dues au système de transmission et conversion. Ainsi, il faut produire plus d’énergie que la demande totale pour tenir compte d’une efficacité de 85%.
Formule :
Production Nécessaire (kWh/an):
\[ = \frac{\text{Demande Totale (kWh/an)}}{\text{Efficacité du Système}} \]
Données :
-
Demande Totale = 20 000 000 kWh/an
-
Efficacité = 85 % = 0,85
Calcul :
\[ \text{Production Nécessaire} = \frac{20\,000\,000}{0,85} \] \[ \text{Production Nécessaire} \approx 23\,529\,411,76 \text{ kWh/an} \]
3. Calcul du Nombre de Panneaux Solaires Nécessaires
Il faut déterminer combien de panneaux solaires sont requis pour produire la quantité d’énergie annuelle nécessaire. Chaque panneau produit de l’électricité selon sa puissance et les heures d’ensoleillement.
Étapes intermédiaires :
-
Puissance d’un panneau : 250 W
-
Heures d’ensoleillement par jour : 5 heures
-
Production quotidienne d’un panneau :
\[ \text{Production Quotidienne (Wh)} = 250 \text{ W} \times 5 \text{ h} \] \[ \text{Production Quotidienne (Wh)} = 1250 \text{ Wh} \] \[ \text{Production Quotidienne (Wh)} = 1,25 \text{ kWh} \]
- Production annuelle d’un panneau :
\[ \text{Production Annuelle (kWh/an)} = 1,25 \text{ kWh/jour} \times 365 \text{ jours} \] \[ \text{Production Annuelle (kWh/an)} = 456,25 \text{ kWh/an} \]
Formule :
Nombre de Panneaux:
\[ = \frac{\text{Production Nécessaire (kWh/an)}}{\text{Production Annuelle par Panneau (kWh/an)}} \]
Données :
-
Production Nécessaire = 23 529 411,76 kWh/an
-
Production annuelle par panneau = 456,25 kWh/an
Calcul :
\[ \text{Nombre de Panneaux} = \frac{23\,529\,411,76}{456,25} \] \[ \text{Nombre de Panneaux} \approx 51\,570,59 \]
On arrondit au nombre entier supérieur, ce qui donne :
\[ \text{Nombre de Panneaux} = 51\,571 \text{ panneaux} \]
4. Estimation de la Surface Requise pour la Ferme Solaire
Chaque panneau solaire occupe une surface déterminée. Pour estimer la surface totale nécessaire, on multiplie la surface d’un panneau par le nombre total de panneaux requis.
Formule :
Surface Totale (m²) = Nombre de Panneaux \(\times\) Surface d’un Panneau (m²)
Données :
-
Dimensions d’un panneau : 1,6 m (largeur) × 1 m (hauteur)
-
Surface d’un panneau = 1,6 m²
-
Nombre de panneaux = 51 571
Calcul :
\[ \text{Surface Totale} = 51\,571 \times 1,6 \] \[ \text{Surface Totale} \approx 82\,513,6 \text{ m²} \]
Conversion en hectares :
1 hectare = 10000 m²
\[ \text{Surface en hectares} = \frac{82\,513,6}{10\,000} \] \[ \text{Surface en hectares} \approx 8,25 \text{ hectares} \]
5. Analyse de l’Impact Environnemental
La construction d’une ferme solaire a plusieurs impacts environnementaux positifs et quelques aspects à surveiller :
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Avantages :
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Réduction des émissions de gaz à effet de serre : La production d’énergie solaire ne génère pas de CO₂, ce qui aide à lutter contre le changement climatique.
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Utilisation d’une ressource renouvelable : Le soleil est une source inépuisable, contrairement aux énergies fossiles.
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Diminution de la dépendance énergétique : Une ferme solaire réduit la dépendance aux sources d’énergie non renouvelables et peut renforcer la sécurité énergétique locale.
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Points de vigilance :
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Occupation du sol : La surface nécessaire (environ 8,25 hectares dans ce cas) peut représenter une contrainte, surtout dans les zones où le terrain est rare ou précieux.
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Gestion des déchets : En fin de vie, les panneaux doivent être recyclés de manière appropriée pour éviter la pollution.
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Impact sur la biodiversité locale : Il est important d’étudier l’implantation de la ferme pour minimiser les perturbations des écosystèmes locaux.
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Conclusion
En résumé, pour alimenter 5000 ménages consommant chacun 4000 kWh par an, la ferme solaire doit produire environ 23 529 412 kWh par an. Cela nécessite environ 51 571 panneaux solaires, couvrant une surface totale d’environ 82 514 m² (soit environ 8,25 hectares). Par ailleurs, bien que le projet présente de nombreux avantages écologiques, il est important d’étudier son impact sur l’occupation du sol, la gestion des déchets et la biodiversité.
Analyse d’une Ferme Solaire
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