Solaire

Question 1

Éclairement Ms

Answer 1

Ms est la densité de flux solaire rayonnée. Ms = σ (cst de Boltzmann) * T (5800K) = 6,416.10^7 W/m^2

Question 2

Luminance Ls

Answer 2

Ls=Ms/π = 2,02.10^7 W/m^2/sr

Question 3

Éclairement (irradiance) hors atmosphère reçu par la Terre

Answer 3

E=Ls*Ω (section en sr) = 1381 W/m^2 (cste solaire comme Ms)

Question 4

Puissance en W tiré de l’irradiance d’après Rt le rayon de la Terre

Answer 4

P=1,75.10^17 W

Question 5

Irradiation (énergie) hors atmosphère

Answer 5

= 33 kWh/m^2/jour = 12,1 MWh/m^2/an

Question 6

nombre d’air masse

Answer 6

m = P/Po * 1/sin α * exp(-z/7,8) ; avec α élévation du soleil à l’horizon, z altitude (km), P pression atmo ; il s’agit de la prise en compte de l’incidence oblique avec la latitude où on se place

Question 7

rayonnement global

Answer 7

G = I + D avec I ray direct et D ray diffus (réverbéré)

Question 8

Gisement solaire : irradiance (puissance) de référence et irradiance moyenne annuelle

Answer 8

1000 W.m^-2 en ray direct. En ciel nuageux: 10 W.m^-2. Irradiance moyenne annuelle : 188 W.m^-2

Question 9

Gisement solaire : Irradiation (énergie) annuelle et en kWh

Answer 9

1650 kWh.m^-2/an soit 2.10^17 kWh (sur surface émergée). Jusqu’à 2300 kWh.m^-2/an en Afrique, Australie…

Question 10

Consommation mondiale annuelle en énergie

Answer 10

4.10^14 kWh

Question 11

facteur d’écart entre conso mondiale annuelle et production théorique solaire

Answer 11

2.10^17 de production théorique vs 4.10^14 de conso donc 1000 fois plus de production que de conso

Question 12

watt-crête

Answer 12

puissance électrique délivrée sous une irradiance (puissance standard) de 1000 W.m^-2

Question 13

Solaire thermique : types de capteurs

Answer 13

capteurs plans (ray G) et capteurs à concentration (ray direct)

Question 14

modèle simple pour la puissance utile dans un capteur plan thermique

Answer 14

Pu=mCp(Tout-Tin) avec m débit massique

Question 15

puissance absorbée en régime stationnaire

Answer 15

βE = ταE = Pu + pertes thermiques = mCp(Tout-Tin) + K(Tm-Text) avec β facteur optique, τ transmission du vitrage, α coef d’absorption de l’absorbeur, K coef de déperdition thermique

Question 16

rendement d’un capteur plan en régime stationnaire

Answer 16

η = Pu/E = β - K(Tm-Text)/E

Question 17

exemple de rendement d’un capteur plan

Answer 17

η = Pu/E = no - a1(Tm-Text)/E - a2(Tm-Text)^2/E avec no facteur optique (β*F où F est le facteur de rdt du capteur, ici 0,8), a1 coef linéaire qui marque les pertes par conduction (entre 1,2 et 4), et a2 coef quadratique qui marque la convection et le rayonnement (entre 0,005 et 0,015)

Question 18

que se passe-t-il quand on augmente (Tm-Text) dans un capteur plan ?

Answer 18

le rendement diminue

Question 19

types de pertes sur un capteur plan vitré et %

Answer 19

convection (15%), ray réfléchi par vitrage (8% + 5%), ray infrarouge (8%), thermiques (3%)

Question 20

types de capteurs à concentration

Answer 20

cylindro-paraboliques (400°), à miroirs plans vers tour (565°), paraboles orientables (600° et rdt de 30%)

Question 21

rendement global d’un capteur plan

Answer 21

rdt global = rdt capteur * rdt de Carnot (1-Tamb/Tm)

Question 22

rdt des différents types de capteurs plans

Answer 22

dépend du dimensionnement: tubes sous vide (60 - 150°) η entre 0,6 et 0,8 ; capteurs plans vitrés (20 - 70°) η entre 0,3 et 0,8 ; capteurs non vitrés (30°) η de 0 à 1 fct décroissante de la taille du dispositif

Question 23

rendement d’un capteur à concentration

Answer 23

η = 1 - σTrec^4/CE avec σTrec^4 pertes par rayonnement ; C facteur de concentration (nb de soleil entre 10 et 10000); E irradiance. À pondérer avec le rdt de Carnot

Question 24

coût du kWh de solaire thermique

Answer 24

0,15 €/kWh si E = 2000 kWh/an

Question 25

Puissance thermique installée

Answer 25

435 GW dont 10 GW de concentration

Question 26

def IQE

Answer 26

internal quantum efficiency : proba qu’un photon absorbé donné une paire électron/trou utile

Question 27

efficacité ultime (max théorique) d’une cellule PV

Answer 27

44%

Question 28

efficacité nominale (max théorique) d’une cellule PV

Answer 28

31%

Question 29

formule fill factor

Answer 29

FF = Pmax/(Vo*Icc)

Question 30

η cellule PV formule

Answer 30

η = Pmax/(EsolS) = FFIccVco/(EsolS)

Question 31

cellules PV 1ere génération : η max et épaisseur du Si. Types de cellules

Answer 31

26% ; épaisseur de Si = 200μm. Cellules en monocristallin: η=21% ; polycristallin: η=15% (25$/kg)

Question 32

cellules 2e génération

Answer 32

Épaisseur de quelques μm et grandes surfaces. Si amorphe hydrogéné (souple) : η=inf à 10% ; CdTe: η=17,3% ; CZTS : η=inf à 10% ; polymère: η=10% ; perovskites: η=22% mais instables

Question 33

cellules 3e génération

Answer 33

η élevé sup à 31%. Empilement de matériaux de Eg croissant. Pb cher et bcp de contraintes

Question 34

Combien de Wh/an avec 1GWc

Answer 34

1 GWc = 1,2 TWh/an (en comparaison, nucléaire = 7 TWh/an)

Question 35

Coût du MWh

Answer 35

France : 60€/MWh ; région à fort E : 30€/MWh

Question 36

part solaire de la production électrique mondiale

Answer 36

1,8%

Question 37

part solaire par pays et GWc installés

Answer 37

Allemagne : 7% (+ de 41 GWc) ; Italie : 9% (+ de 20 GWc) ; France : 1,7% (- de 7,5 GWc)

Question 38

croissance installation solaire

Answer 38

monde : 75 GWc installés en 2016 (+50%/2015) ; France : 0,5 GWc installés en 2016 (-40%/2015)

Question 39

évolution coût prod

Answer 39

baisse des cours de 20% si prod x2