ENERGIE SOLAIRE ET PAYS EN DEVELOPPEMENT

Ethopiques numéro 22

révue socialiste

de culture

négro-africaine 1980

1. Introduction

L’amélioration des conditions de vie des régions rurales en région isolée pose aux autorités responsables d’importants problèmes en matière de fourniture d’énergie.

Le désenclavement des agglomérations rurales, le développement de l’agriculture, de l’artisanat local intégrés dans le contexte des coutumes locales nécessitent une action menée dans les directions suivantes :

. Télécommunications – Information

. Hydrau1ique villageoise, pastorale et irrigation

. Conservation de médicaments et de produits vétérinaires

. Conservation d’aliments et de semences

. Electrification rurale

. Potabilisation des eaux légèrement saumâtres

. Climatisation de l’habitat.

Dans les régions éloignées, montagneuses, ou semi-désertiques, il n’existe généralement pas de ligne de force et l’alimentation en énergie électrique se fait au moyen de groupes électrogènes, ce qui nécessite non seulement l’utilisation de combustibles, son transport, mais une maintenance élevée.

Les générateurs solaires produisent de l’énergie électrique, thermique ou mécanique par conversion directe ou indirecte du rayonnement du soleil.

De plus, ils ne sont soumis ni aux contraintes d’approvisionnement du combustible ni aux problèmes souvent critiques de la maintenance.

2. Caractéristiques du rayonnement solaire

Nous rappelons ci-après quelques données fondamentales sur l’Energie solaire.

La puissance du rayonnement solaire reçue par le globe terrestre est de : 1,395 Kw/m2 c’est-à-dire qu’une surface de 1 km2 de section droite reçoit à son entrée dans l’atmosphère terrestre 1,395 Mégawatts, ce qui est considérable. Cette valeur varie dans les limites de ± 2 % en raison de la variation saisonnière de la distance terre-soleil.

Le rayonnement solaire s’affaiblit au fur et à mesure de sa pénétration dans l’atmosphère. Selon son angle de pénétration, son énergie est absorbée

. par la diffusion moléculaire,

. par les aérosols et les poussières de telle sorte que, sur une surface perpendiculaire aux rayons solaires, dans les meilleures, conditions, l’énergie reçue au sol est estimée à 1 KW/m2. Une partie de cette énergie subit une transformation naturelle. Nous en connaissons les effets directs qui se manifestent par :

. la photosynthèse

. l’énergie thermique de l’air

. les cycles évaporation – précipitation

Cette énergie transformée est facilement utilisable par des moyens classiques (énergie éolienne, hydraulique, biomasse, etc…).

On récupère une autre partie du rayonnement par conversion artificielle en utilisant :

. soit des capteurs thermiques (production de calories)

. soit des capteurs photovoltaïques (production d’énergie électrique).

3. Conversions artificielles de l’énergie solaire

3.1 La conversion photothermique.

Dans sa forme la plus répandue, la conversion photothermique utilise des capteurs plans pour le chauffage de l’eau sanitaire et le chauffage des locaux d’habitation.

Ces capteurs plans fournissent à la sortie une eau à température de 70/80° selon les types, qui, au moyen d’échangeurs, transmettent leurs calories à l’eau sanitaire.

Pour d’autres applications, la Société SAHEL avec la Compagnie des Lampes, Sociétés du Groupe Thomson, commercialise un capteur thermique sous vide permettant d’obtenir des températures en sortie supérieures à 100°, avec un bon rendement et ceci sans nécessité de concentration du rayonnement avec tous les problèmes de suivi du soleil que cela implique. Ces capteurs solaires sont alors utilisés pour constituer des unités complexes et créer la source chaude des installations thermodynamiques.

Les calories haute température :

– d’une part, produisent des rendements de Carnot plus importants qu’avec les capteurs thermiques classiques, dans le cas de production d’énergie mécanique.

– d’autre part, peuvent servir de source chaude pour des machines frigorifiques à cycle d’absorption, à des fins de climatisation de locaux ou de production de froid alimentaire – (Voir plus loin paragraphe 5).

D’autres types de capteurs permettent d’obtenir des températures élevées. Ce sont les capteurs du type à concentration, qui focalisent le rayonnement solaire sur des tubes véhiculant un fluide caloporteur.

3.2. La conversion photovoltaïque.

La conversion photovoltaïque est la transformation directe de l’énergie solaire en énergie électrique.

La transformation se fait statiquement, la maintenance est pratiquement nulle. De nombreuses expériences menées depuis plusieurs années dans le monde tant dans le domaine des télécommunications que l’exhaure de l’eau ou l’électrification rurale, ont confirmé l’intérêt de la technologie photovoltaïque ainsi que sa parfaite adaptabilité aux besoins d’énergie de faible et moyenne puissance.

Il s’avère que la conversion photovoltaïque est très intéressante :

. elle résoud le problème de la distribution d’énergie depuis les centrales pour les consommateurs de petite et moyenne puissance.

. elle est compétitive sur le plan des coûts avec les piles de longue durée.

. elle est quelquefois la seule solution technique pour la fourniture d’électricité dans les zones où l’exploitation d’une unité mécanisée traditionnelle n ’est pas possible ou présente des conditions d’exploitation extrêmement onéreuses et hypothétiques. (Applications de télécommunications d’exhaure de l’eau, de balisage aérien, etc…).

4. Description des principales applications de la conversion photovoltaïque

4.1. Le générateur photovoltaïque.

Il comprend quatre éléments :

– les modules photovoltaïques

– le cadre support

-la batterie

– l’électronique de contrôle et de sécurité

Nous rappelons que ce module photovoltaïque est composé de cellules au silicium dopé faisant apparaître une jonction p. n. Elles permettent de transformer statiquement l’énergie solaire en énergie électrique directement utilisable et le courant obtenu aux bornes du module est du courant continu que l’on stocke au moyen de batteries pour restituer l’énergie en période de nuit ou en période non ensoleillée.

Dans certains cas, pour le pompage de l’eau, le stockage par batteries n’est pas utilisé. Il suffit de stocker l’eau pompée dans un réservoir.

4. 2 . Télécommunication Information.

Le désenclavement des régions isolées passe par les moyens de télécommunications et d’information (radiotéléphonie rurale, réémetteurs de télévision, récepteur de télévision éducative).

La Société Thomson-CSF, par ses différentes divisions :

. DFH (Division Faisceaux Hertziens)

. DTC (Division Télécommunications)

. LMT (Le Matériel Téléphonique)

. L TT (Lignes Télégraphiques et Téléphoniques)

. LGT (Laboratoire Général des Télécommunications) a une grande expérience dans le domaine des télécommunications avec générateurs solaires.

Ces appareils de télécommunications consomment des puissances de quelques Watts à quelques dizaines de Watts fonctionnent 24 h sur 24 et nécessitent des générateurs solaires de quelques dizaines à quelques centaines de Watts crête.

Dans les sites isolés où l’alimentation en carburant ou en gaz est problématique, coûteuse et la maintenance délicate, l’emploi des générateurs photovoltaïques est recommandé.

L’emploi de générateur photovoltaïque en bordure de mer et en climat équatorial humide est fortement indiqué. Compte tenu des conditions de brouillard salin, de température élevée avec une hygrométrie voisine ou égale à 100%, le matériel traditionnel présente de nombreuses pannes nécessitant des interventions coûteuses. Ces interventions sont réduites au minimum par l’utilisation de panneaux photovoltaiques. Dans ces conditions, étant donné la durée de vie importante des cellules, le générateur solaire est très compétitif sur le plan du coût.

A titre d’indication, l’installation de relais hertziens 1 + 1 de l’Ile de Lifou a les caractéristiques suivantes :

Site :

Latitude : 21° 04’ 58″ S

Longitude : 167° 12’ 22″ E.

Altitude : 85 m.

1. = 35° moy.

Hygrométrie : 100%

Générateur :

Puissance constante et permanente 120 Watts

Puissance crête du générateur 1.056 Watts crêtes

24 batteries au plomb 2 V. 800 AH.

Surface du capteur solaire 18 m2.

Dans cette installation, les opérations d’entretien sont inexistantes.

Les unités Grand Public du Groupe Thomson, en liaison avec SAHEL, ont étudié un téléviseur solaire à basse consommation, ce qui permet de recevoir les émissions de télévision dans les régions les plus reculées soit par relais terrestres, soit par satellites.

4.3 Balisage lumineux et balisage radio-électrique.

Le domaine du balisage par générateur solaire photovoltaïque s’étend de plus en plus tant pour les besoins de la navigation aérienne que maritime.

En 1973, les premiers équipements ont été mis en place pour la signalisation nocturne de l’aéroport de Médine en Arabie Saoudite.

Situées sur les pitons rocheux entourant Médine, l’alimentation traditionnelle de ces balises s’avérait inadéquate et d’un coût trop élevé compte tenu de leur accessibilité. C’est pourquoi ont été mis en place des générateurs solaires photovoltaïques.

Dans les contrées isolées, le balisage de petits aéroports locaux peut être équipé par générateurs photovoltaïques qui permettent sur appel radio de l’avion, l’éclairage de la piste ainsi que la mise en route de la balise radio.

Dans le secteur maritime, ELF Gabon utilise sur ses plateformes de forage des générateurs photovoltaïques pour alimenter les feux de sécurité : des bouées d’atterrissage maritime fabriquées par la Société BBT à Paris, sont équipées de générateurs photovoltaïques comprenant les modules solaires, la batterie de stockage et le régulateur de tension.

4.4. Hydraulique villageoise, pastorale et irrigation.

L’un des facteurs de développement des communautés rurales est l’alimentation en eau potable et l’irrigation.

Selon la profondeur du puits, les pompes sont du type soit de surface, soit volumétrique, centrifuge avec mécanisme en tête ou moto-pompe immergée pour puits profonds.

En général, les pompes sont entraînées par un moteur à courant continu, excepté la moto-pompe immergée dont le moteur est alimenté soit en courant continu, soit en courant alternatif.

Il existe deux types de réalisation industrielle.

1. A) les pompes fonctionnant sous ensoleillement direct.
2. B) Les pompes fonctionnant avec stockage d’énergie au moyen de batteries qui restituent cette énergie pour le pompage de nuit, en période de non ensoleillement ou dans des cas précis de pompage réduit, en bordure de mer pour éviter l’introduction d’eau saumâtre et néanmoins obtenir une quantité journalière d’eau importante.

L’ensemble des possibilités de pompage d’eau est présenté sur le schéma ci-après – (Voir page suivante).

La puissance crête à mettre en jeu pour une installation de pompe solaire est :

P crête = 10 K x Qm3/J x HMT

Q = débit en m3 par jour

HMT = hauteur manométrique totale == Hd + Hr + pdc

Hd = profondeur dynamique de l’eau dans le puits

Hr= hauteur de refoulement

pdc = pertes de charges

K = coefficient dépendant

– des conditions climatiques du site, relevées sur de nombreuses années

– du site (altitude, latitude) du type de solution choisie

– des caractéristiques de la pompe

– de la chaîne des rendements intermédiaires

– des conditions particulières du site (poussière, vent de sable, neige, poussière de corail…)

– de l’optimisation du système

– de l’intégration des différents facteurs annexes

La surface des capteurs est faible. Ceci permet aux stations de pompage d’être expédiées en kit, donc facilement transportées et montées sur le site. En outre, la puissance d’une station peut être augmentée à tout moment par l’adjonction d’éléments modulaires supplémentaires.

En complément de l’installation de pompage, il y a lieu de mentionner la possibilité de produire de l’eau potable par désalinisation d’eau de mer ou l’eau saumâtre avec alimentation du générateur solaire.

Ces systèmes sont actuellement étudiés pour la désalinisation d’eau de mer par DIGAASES (Mexico) et SAHEL, et pour l’eau saumâtre, par SRTI (Groupe THOMSON) et SAHEL.

4.5 Conservation des médicaments, produits vétérinaires

Dans le plan de développement des agglomérations villageoises, les autorités se préoccupent des conditions d’action sanitaire et, en particulier la conservation des médicaments. C’est pourquoi des études sont entreprises pour alimenter par énergie solaire des réfrigérateurs à cet usage par générateur solaire.

Le Département « roid du secteur Grand public du Groupe THOMSON a mis au point avec SAHEL un réfrigérateur solaire.

4.6lectrification rurale

L’alimentation en électricité de villages isolés peut être réalisée par générateur solaire photovoltaïque.

La SNEA a étudié un projet au Soudan pour l’alimentation de dispensaires de brousses, comprenant :

. 1 chauffe-eau solaire constitué par 24 m2 de capteur plan à effet de terre avec absorbeur cuivre et deux ballons de stockage d’une capacité de 100 litres.

. 1 centrale photovoltaïque d’un puissance crête de 2.600 Watts avec accumulateur de capacité de 5.400 Ah.

D’autre part, SAHEL étudie l’alimentation d’un village mexicain comprenant un générateur photovoltaïque 4,5 Kw couplé à un aérogénérateur, permettant :

. l’alimentation du village en eau potable et irrigation

. l’éclairage des maisons et dispensaires

. la télévision éducative dans la salle d ’école

.un éclairage public restreint

.un conservateur de médicaments dans le dispensaire

Par suite de la diminution du coût des photopiles et des conditions locales d’exploitation d’une unité énergétique classique l’installation solaire est compétitive avec un groupe électrogène.

De plus, SAHEL mène des études de faisabilité d’alimentation électrique photovoltaïque de villages en Afrique dans le but de résoudre les besoins énergétiques, en liaison avec la Société SODETEG.

 

Description des principales applications de la conversion photothermique haute température

Le capteur permet d’obtenir sous le rayonnement solaire habituel des calories à haute température (environ 100°C), et le domaine d’utilisation de ce capteur est donc différent de celui du capteur classique.

Outre les systèmes utilisant la conversion photovoltaïque, SAHEL développe égaiement des systèmes utilisant la conversion photothermique, l’élément actif de base étant un capteur tubulaire sous vide développé par la Compagnie des lampes, filiale du Groupe français THOMSON-CSF.

En particulier, le système utilisant ces capteurs couplés avec un groupe à absorption, permet d’obtenir des frigories et ouvre la voie des applications suivantes :

– production de froid pour la climatisation solaire de l’habitat.

– production de froid industriel pour la climatisation solaire de chambres froides de moyenne importance [2] et d’entrepôts – (conservation de fruits, graines ou semences, viande et poissons, etc…)

6. Conclusion

L’exposé ci-dessus donne au lecteur un aperçu rapide sur un certain nombre de technologies utilisées pour convertir le rayonnement solaire en énergie utilisable. Mais en aucun cas la liste des applications décrites ne saurait être exhaustive.

C’est dans un contexte très prometteur, par suite de l’exceptionnel ensoleil1ement du Sénégal, que se présente pour ce pays la possibilité de développement de l’Energie Solaire.

Cependant, il est important de souligner que dans la longue liste des applications réalisables au plan technologique, c’est à l’utilisateur compte tenu des réalités économiques et socio-culturelles dans lesquelles il évolue – qu’il appartiendra de choisir les applications les mieux adaptées et susceptibles d’être accueillies favorablement par la population.

Cette étude, qui fait le lien entre la faisabilité technologique et la définition finale correcte du projet, et permet à ce dernier de rendre effectivement les services pour lesquels il a été conçu, prend toute son importance pour ces systèmes solaires dont l’implantation au sein des communautés rurales sera totalement décentralisée éloignée de l’infrastructure permettant habituellement l’entretien ou la réparation.

Parmi tous les problèmes que l’on rencontre lors de la mise au point d’un système solaire, le problème de l’intégration n’est sûrement pas le moindre, et si les solutions correctes y sont apportées, un grand pas aura été fait vers le développement à venir de l’utilisation rationnelle de l’Energie Solaire.

[1] Nous avons demandé à un cadre de la société SAHEL, filiale de la TOMSON-CSF, d’écrire cet article sur l’énergie solaire, non point pour faire une publicité quelconque à une firme, mais pour montrer que de très grandes entreprises s’intéressent concrètement à la question si importante de l’énergie solaire

[2] Pour les petites chambres froides, il est plus intéressant d’utiliser comme source d’énergie l’électricité produite par voie photovoltaïque.