Études de cas pratique

EGC

Intégration d’un système photovoltaïque

Intégration d’un système photovoltaïque

Comprendre l’intégration d’un système photovoltaïque.

Une entreprise souhaite installer un système photovoltaïque sur le toit de son bâtiment pour réduire sa dépendance aux énergies fossiles et diminuer ses coûts énergétiques. Le toit disponible pour l’installation a une superficie de 200 mètres carrés. La région où se situe l’entreprise bénéficie en moyenne de 5 heures d’ensoleillement direct par jour.

Données :

  • Efficacité des panneaux solaires : 18%
  • Puissance maximale d’un panneau : 250 W
  • Consommation énergétique annuelle de l’entreprise : 100,000 kWh
  • Coût moyen du kWh du réseau électrique : 0,15 €
  • Durée de vie estimée du système photovoltaïque : 25 ans
  • Coût d’installation du système photovoltaïque : 30,000 €

Questions :

1. Calcul de la production énergétique annuelle du système photovoltaïque :

  • Calculer le nombre de panneaux pouvant être installés sur le toit.
  • Estimer la production énergétique annuelle totale des panneaux solaires.

2. Évaluation de l’impact financier :

  • Calculer l’économie annuelle réalisée grâce à la production d’énergie solaire (en tenant compte du coût du kWh).
  • Estimer le temps de retour sur investissement pour l’installation du système photovoltaïque.

3. Impact environnemental :

Calculer la réduction des émissions de CO2 sur la durée de vie du système en comparaison avec une production d’énergie traditionnelle.

4. Réflexion sur l’optimisation :

  • Proposer des améliorations ou alternatives pour augmenter l’efficacité du système photovoltaïque (par exemple, l’utilisation de panneaux à concentration solaire).

Correction : intégration d’un système photovoltaïque

1. Calcul de la production énergétique annuelle du système photovoltaïque

1.1. Nombre de panneaux pouvant être installés

Pour déterminer le nombre de panneaux installables sur le toit, il faut connaître la surface occupée par un panneau.
En l’absence d’information explicite sur l’aire d’un panneau, on peut estimer cette surface en utilisant la puissance maximale du panneau et son efficacité.
En effet, la puissance d’un panneau est obtenue en multipliant la puissance du rayonnement solaire incident par son efficacité.
En conditions standard, on considère une irradiation de 1 000 W/m².
Ainsi, l’aire nécessaire pour obtenir 250 W avec une efficacité de 18 % est calculée par la formule suivante.

Formule:

\[ \text{Aire d’un panneau} = \frac{\text{Puissance maximale}}{\text{Irradiation} \times \text{Efficacité}} \]

Données:
  • Puissance maximale d’un panneau : 250 W
  • Irradiation standard : 1 000 W/m²
  • Efficacité : 18 % = 0,18
  • Surface du toit : 200 m²
Calcul:

\[ \text{Aire d’un panneau} = \frac{250\ \text{W}}{1\,000\ \text{W/m}^2 \times 0,18} \] \[ \text{Aire d’un panneau} = \frac{250}{180} \] \[ \text{Aire d’un panneau} \approx 1,39\ \text{m}^2 \]

Ensuite, le nombre de panneaux pouvant être installés est :

\[ \text{Nombre de panneaux} = \frac{\text{Surface du toit}}{\text{Aire d’un panneau}} \] \[ \text{Nombre de panneaux} = \frac{200\ \text{m}^2}{1,39\ \text{m}^2} \] \[ \text{Nombre de panneaux} \approx 144\ \text{panneaux} \]

1.2. Production énergétique annuelle totale des panneaux solaires

La production annuelle d’un panneau dépend de sa puissance maximale, du nombre d’heures d’ensoleillement effectif par jour et du nombre de jours dans l’année. On part du principe que la puissance nominale (250 W) est atteinte durant les heures d’ensoleillement direct.

Formule:
  • \(\text{Production annuelle d’un panneau (en Wh)}\):

\[ = \text{Puissance} \times \text{Heures d’ensoleillement par jour} \times 365 \]

Ensuite, la production totale sera le produit du nombre de panneaux par la production d’un panneau.

Données:
  • Puissance maximale d’un panneau : 250 W
  • Heures d’ensoleillement par jour : 5 h
  • Nombre de jours par an : 365
  • Nombre de panneaux : 144
Calcul:

Production annuelle d’un panneau :

\[ = 250\ \text{W} \times 5\ \text{h/jour} \times 365\ \text{jours} \] \[ = 456\,250\ \text{Wh/an} \] \[ \approx 456,25\ \text{kWh/an} \]

Production annuelle totale :

\[ = 456,25\ \text{kWh/an} \times 144 \] \[ \approx 65\,700\ \text{kWh/an} \]

2. Évaluation de l’impact financier

2.1. Économie annuelle réalisée

L’économie annuelle est obtenue en multipliant la production énergétique annuelle par le coût du kWh sur le réseau électrique.

Formule:
  • Économie annuelle:

\[ = \text{Production annuelle totale} \times \text{Coût moyen du kWh} \]

Données:
  • Production annuelle totale : 65 700 kWh/an
  • Coût moyen du kWh : 0,15 €/kWh
Calcul:

\[ = 65\,700\ \text{kWh/an} \times 0,15\, \text{€/kWh} \] \[ = 9\,855\, \text{€/an} \]

2.2. Temps de retour sur investissement (TRI)

Le temps de retour sur investissement correspond au nombre d’années nécessaires pour amortir le coût d’installation grâce aux économies réalisées annuellement.

Formule:
  • Temps de retour sur investissement:

\[ = \frac{\text{Coût d’installation}}{\text{Économie annuelle}} \]

Données:
  • Coût d’installation du système : 30 000 €
  • Économie annuelle : 9 855 €/an
Calcul:

\[ \text{TRI} = \frac{30\,000\, \text{€}}{9\,855\, \text{€/an}} \] \[ \text{TRI} \approx 3,04\ \text{ans} \]

3. Impact environnemental

Réduction des émissions de CO₂ sur la durée de vie du système

Pour estimer la réduction des émissions de CO₂, on compare la production d’énergie photovoltaïque à la production d’énergie à partir de sources traditionnelles.
Une valeur typique d’émission pour l’électricité produite à partir de sources fossiles se situe souvent autour de 0,5 kg CO₂/kWh (cette valeur peut varier selon les sources et la région).

Formule:
  • \(\text{Réduction annuelle de CO}_2\)

= Production annuelle totale \(\times\) Facteur d’émission évité (kg CO₂/kWh)

  • Réduction totale sur 25 ans:

\[ = \text{Réduction annuelle de CO}_2 \times 25 \]

Données:
  • Production annuelle totale : 65 700 kWh/an
  • Facteur d’émission évité : 0,5 kg CO₂/kWh
  • Durée de vie du système : 25 ans
Calcul:

Réduction annuelle de CO₂ :

\[ = 65\,700\ \text{kWh/an} \times 0,5\ \text{kg CO}_2/\text{kWh} \] \[ = 32\,850\ \text{kg CO}_2/\text{an} \]

Sur 25 ans :

\[ = 32\,850\ \text{kg CO}_2/\text{an} \times 25 \] \[ = 821\,250\ \text{kg CO}_2 \]

Ce qui équivaut à 821,25 tonnes de CO₂ évitées sur la durée de vie du système.

4. Réflexion sur l’optimisation

Propositions d’améliorations ou alternatives
  1. Utilisation de panneaux à haute efficacité
    • Les panneaux à concentration solaire ou à couche mince peuvent offrir des rendements supérieurs, permettant d’augmenter la production par m² installé.
  2. Intégration de systèmes de suivi solaire (tracking)
    • L’ajout de mécanismes de suivi qui orientent les panneaux vers le soleil tout au long de la journée peut augmenter le rendement global (de 10 à 25 % en moyenne).
  3. Optimisation de l’orientation et de l’inclinaison des panneaux
    • Une étude précise de l’ensoleillement et de l’ombrage permettrait de positionner les panneaux de manière optimale, maximisant ainsi l’irradiation reçue.
  4. Stockage d’énergie
    • L’ajout de batteries ou d’autres solutions de stockage permettrait d’optimiser l’autoconsommation et de réduire davantage la dépendance au réseau, notamment lors des pics de consommation ou des jours moins ensoleillés.
  5. Maintenance préventive et nettoyage régulier
    • Assurer une maintenance régulière et un nettoyage des panneaux permet de maintenir leur rendement optimal dans le temps.

Intégration d’un système photovoltaïque

D’autres exercices d’énergie rénouvelable:

Articles Connexes

0 commentaires

Soumettre un commentaire

Votre adresse e-mail ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *