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UTILISATION DE L’ENERGIE SOLAIRE
EN AFRIQUE
Journée d’échange
Joué-les-Tours, le 5 avril 2003
Journée animée par Francis MENANTEAU, « Les Amis de Nafadji »

L’énergie solaire Journée d’échange du 5 avril 2003
Plan de l’intervention
1. Quelques notions électriques de base
1.1 L'électricité
1.2 Les générateurs, les récepteurs
1.3 La tension, le courant, la résistance, la puissance, l'énergie, la capacité d'une batterie
2. L'énergie
2.1 Différentes formes
2.2 Sa consommation et sa répartition dans le monde
3. L'énergie solaire
3.1 Son utilisation dans le monde
3.2 Ses avantages et inconvénients
3.3 Comparaison avec d'autres énergies renouvelables
3.4 Ses domaines d'utilisation
3.5 Son avenir
4. Schéma électrique de principe d'un système photovoltaïque
5. Les capteurs solaires
5.1 Différentes sortes
5.2 Caractéristiques électriques
5.3 Avantages et inconvénients de chaque sorte
5.4 Les supports de fixation
6. Les régulateurs
6.1 Pourquoi?
6.2 Principe électrique
6.3 Leur raccordement
7. Les batteries d'accumulateurs
7.1 Différentes sortes, avantages et inconvénients de chacune
8. Les récepteurs solaires
8.1 Comment les choisir ? (notion de puissance et de rendement)
8.2 Différentes sortes de système d'éclairage,
8.3 Autres récepteurs (convertisseur, télévision, magnétophone, ….
9. Calcul d'une installation solaire
9.1 Les besoins en énergie
9.2 Calcul du nombre de panneaux
9.3 Calcul de la capacité batterie
9.4 Choix du régulateur
10. Travaux pratiques
10.1 Câblage d'une installation et essais divers
11. Logistique d'installation
11.1 Faire faire ou faire soi-même Avantages / inconvénients
11.2 Achats matériels : Où ?, Comment ?, Transport?
12 Exemples de réalisations concrètes
12.1 Chargeurs de batterie, éclairage maternité, équipement audio visuel d'une maison
des jeunes, radio villageoise
13. Pérennisation des installations
13.1 Maintenance préventive solaire
13.2 Formation des villageois à l'entretien et au dépannage
13.3 Organisation financière, calcul d'amortissement, solutions d'autosuffisances
14 Les projets solaires
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L’énergie solaire Journée d’échange du 5 avril 2003
14.1 Montage des projets, rappels de quelques grands principes
1. Quelques notions électriques de base
1.1 L'électricité
L'électricité est produite par un déplacement d'électrons dans la matière. Ce déplacement peut s'effectuer,
soit toujours dans le même sens, c'est alors une circulation continue (exemple: une pile, une batterie) ou
dans un sens, puis dans l'autre, c'est une circulation alternative, à une fréquence donnée (exemple : le
réseau EDF dont la fréquence est 50 Hertz soit 50 allers/retours par seconde).
1.2 Les générateurs, les récepteurs
Il existe 2 grandes catégories de systèmes électriques :
- des générateurs qui produisent de l'énergie électrique (turbine, batterie, pile …),
- des récepteurs qui absorbent l'électricité.
Ils sont caractérisés par 2 grandeurs principales : la tension et l'intensité
1.3 La tension, le courant, la résistance, la puissance, l'énergie, la capacité
* La tension
C'est une différence de potentiel entre 2 points
Si l'on fait une analogie entre une batterie et une bouteille d'eau, on peut représenter la tension par la
différence de hauteur entre la bouteille d'eau et le sol. Posée sur une table d'un mètre de hauteur, la valeur
"1" peut représenter sa tension par rapport au sol. Plus on élèvera la bouteille, plus son potentiel augmentera
et plus sa tension par rapport au sol sera grande.
La tension s'exprime en Volts, se représente symboliquement par U et se mesure avec un appareil appelé
voltmètre.
* Le courant
On peut faire l'analogie avec le courant d'un fleuve qui n'est autre que la quantité d'eau circulant, à un
moment donné, dans son lit. Le courant électrique est la quantité d'électricité qui circule dans un circuit
électrique. Il s'exprime en ampères, se représente symboliquement par I, comme intensité et se mesure avec
un ampèremètre.
* La puissance
C'est le produit de la tension par le courant P = UI. Elle s'exprime en Watt (W)
* L'énergie : c'est la puissance multipliée par le temps et s'exprime en Wh.
* La résistance
Le courant qui circule dans un circuit dépend de la propriété des appareils mis dans le circuit à freiner ce
courant. Cette propriété est nommée résistance ( R ). Elle s'exprime en ohms ( Ω ) et est égale à U/I.
*La capacité d'une batterie :
Elle représente la réserve d'énergie qu'elle peut restituer pour un certain régime de décharge. Elle s'exprime
en ampère- heure et est désignée par la lettre C.
C= 100Ah à C/10 signifie qu'une batterie pourra débiter un courant de C/10 soit 10A pendant 10 heures.
* Quelques exemples de calcul.
On connecte une batterie de 12V aux bornes d'une ampoule de 12W.
Calculer l'intensité qui traverse le circuit et la résistance de l'ampoule.
Si la batterie a une capacité de 12Ah, combien de temps peut-elle maintenir l'ampoule allumée.?
L'ampoule et la batterie sont distantes de 50m. En déduire la puissance perdue dans le fil si celui-ci est en
cuivre et de diamètre 1mm.
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Solution
I = P/I =12/12 = 1A
R = U/I soit 12/1 = 12 Ω
T = C/I = 12/1 = 12heures
R(Ω) = ρ l (m)/S (m²) S = (0,5.10-3)² x 3,14 = 7,85.10-5
ρ = résistivité du cuivre = 1,6. 10-8Ω/m à 0°C
R = 2 Ω à 0°C soit 2V de perdu sur 12V;
Nota : Cette résistance augmente de 40 10-3 Ω par °C
Différents types de montage
- Montage parallèle :
Les générateurs doivent délivrer la même tension.
Le courant équivalent est égal à la somme des courants de chaque branche des générateurs.
- Montage série :
La tension équivalente est égale à la somme des tensions de chaque générateur.
2- L'énergie :
2.1 Différente forme
C'est l'énergie fossile, issue de la matière vivante végétale ou animale qui est la plus utilisée dans le monde,
principalement sous forme de charbon (30%), de pétrole (40%) et de gaz naturel (30%)
On utilise également des énergies renouvelables du type éolienne, biomasse, hydraulique ou solaire
2.2 Sa consommation et sa répartition dans le monde
Durant l'année 2000, l'énergie primaire mondiale consommée représente 10000 Mégatonnes équivalent
pétrole.51% pour l'Amérique du Nord, 16% pour le Pacifique et 33% pour l'Europe.
3- L'énergie solaire :
3.1 Son utilisation dans le monde
Le soleil produit 2 sortes d'énergie : lumineuse et calorifique.
- Cette dernière due au rayonnement infra – rouge et ultra violet peut être captée et servir par
exemple pour chauffer de l'eau (chauffe-eau solaire);
- L'énergie lumineuse peut être directement transformée en énergie quand elle frappe des panneaux
appelés photovoltaïques.
C'est une énergie renouvelable, inépuisable, non polluante. La puissance solaire est de 1,7 1017 W, et un peu
plus de la moitié atteint le sol soit environ 10000 fois la puissance moyenne consommée par l'homme. Il
suffirait de la capter 10s/jour pour couvrir l'ensemble des besoins en énergie de notre planète qui est de 1,5
tep/habitant/an (1tep = 11600kWh) correspond à une puissance constante de 2000W/habitant.
Par comparaison, un être humain a besoin d'environ 2500 Kilocalories par jour. Sachant qu'une calorie = 4,18j
(= énergie pour élever de 1°C, 1g d'eau) et que 1Wh = 3600joules, son besoin est donc de 2500Wh soit une
puissance d'environ 100W.
L'homme consomme donc en moyenne 20 fois plus que ses besoins vitaux (100 fois plus pour un Américain, 50
fois plus pour un Européen et 6 pour un habitant du Bengladesh).
Cette consommation d'énergie est toujours grandissante. En un siècle, elle a été multipliée par 7 alors que la
population est passée de 2 à 6 milliards d'habitants.
La plus grande source d'énergie consommée dans le monde est le pétrole. Toutes les études scientifiques et
statistiques démontrent que les réserves seront épuisées dans 50 à 100 ans maximum. D'où une sensibilisation
de nombreux scientifiques pour les énergies renouvelables et notamment l'énergie solaire.
3.2. Avantages et inconvénients de l'énergie photovoltaïque
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3.2.1. Avantages :
• D'abord une haute fiabilité. L'installation ne comporte pas de pièces mobiles qui la rend
particulièrement appropriée aux régions isolées. C'est la raison de son utilisation sur les engins
spatiaux.
• Ensuite le caractère modulaire des panneaux photovoltaïques permet un montage simple et
adaptable à des besoins énergétiques divers. Les systèmes peuvent être dimensionnés pour des
applications de puissances allant du milliWatt au MégaWatt.
• Le coût de fonctionnement est très faible vu les entretiens réduits et il ne nécessite ni combustible,
ni son transport, ni personnel hautement spécialisé.
• La technologie photovoltaïque présente des qualités sur le plan écologique car le produit fini est non
polluant, silencieux et n'entraîne aucune perturbation du milieu, si ce n'est par l'occupation de
l'espace pour les installations de grandes dimensions.
3.2.2. Inconvénients :
• La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert des
investissements d'un coût élevé.
• Le rendement réel de conversion d'un module est faible, de l'ordre de 10-15 % (soit entre 10 et 15
MW/km² par an pour le BENELUX) avec une limite théorique pour une cellule de 28%. · Les
générateurs photovoltaïques ne sont compétitifs par rapport aux générateurs diesel que pour des
faibles demandes d'énergie en régions isolées.
• Tributaire des conditions météorologiques.
• Lorsque le stockage de l'énergie électrique sous forme chimique (batterie) est nécessaire, le coût du
générateur est accru.
• Le stockage de l'énergie électrique pose encore de nombreux problèmes.
• Le faible rendement des panneaux photovoltaïques s'explique par le fonctionnement même des
cellules. Pour arriver à déplacer un électron, il faut que l'énergie du rayonnement soit au moins égale
à 1 eV. Tous les rayons incidents ayant une énergie plus faible ne seront donc pas transformés en
électricité. De même, les rayons lumineux dont l'énergie est supérieure à 1 eV perdront cette
énergie, le reste sera dissipé sous forme de chaleur.
4. Schéma électrique de principe d'un système solaire
Batterie
Régulateur
Panneau
Utilisation
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