Il importe de préciser que la technologie solaire est aujourd’hui considérée comme une option par défaut, pour des applications portant sur le pompage d’eau (Mini-AEP et irrigation). La tendance est aussi réelle de considérer cette technologie, même dans le domaine de l’électrification domestique, que ce soit à titre privé ou public. Elle n’est pour autant pas une nouvelle technologie. Des projets de pompage d’eau solaire remontent aux années 1970. Toutefois, pendant que la possibilité d’alimenter des pompes avec de l’énergie solaire attirait beaucoup d’intérêt au début des années 1970, cet engouement finit par s’estomper très vite, surtout du fait du coût des installations qui, à l’époque, était encore extrêmement élevé.
Les secrets d’un intérêt rénové
Ces dernières années et surtout au cours de la précédente décennie, l’intérêt pour les solutions solaires a fini par attirer l’attention des acteurs, du fait de plusieurs facteurs. D’abord, le contexte global de changement climatique et la nécessité de la réduction d’émission des gaz à effet de serre. D’autre part, l’étonnante réduction des coûts des panneaux solaires, née du développement accéléré de la technologie.
A titre d’exemple, de 76 dollars US en 1977, le prix par watt crête des modules solaires à base de silicium tombe à 10 dollars en 1987, puis à 4 dollars en 2004 et à 0,3 dollars en 2015. Il est attendu que cette tendance à la réduction se maintienne d’année en année. Ensuite, il se trouve que les régions du monde où des programmes d’urgence et de développement sont en cours sont aussi les plus nanties en termes de radiation solaire à la foi constante et élevée, alors que ces régions manquent de réseau électrique fiable, pendant que la logistique nécessaire et les coûts associés à des exploitations au diesel restent incertains.
L’on a aussi assisté à une extension rapide du marché des modules solaires d’abord dans les pays de l’Afrique de l’Est, puis en Afrique de l’Ouest et dans le reste du continent, avec comme conséquence l’éclosion progressive d’un savoir-faire local pour les installations et la maintenance de routine.
En outre, les progrès technologiques enregistrés ces dernières années ont permis de produire et mettre sur le marché, une gamme variée de modules solaires avec des capacités suffisantes pour satisfaire les besoins de diverses types d’applications.
Il importe aussi de savoir que pour des panneaux solaires dont la certification est avérée, la durée de vie moyenne peut aller jusqu’à 25 ans. A titre comparatif, un système de pompage d’eau solaire, quoi que plus coûteux que son équivalent diesel à l’installation pour une même application, devient de loin plus économique dans un maximum de deux à quatre ans, offrant ainsi un gain allant de 40 à 90% sur le coût total du projet. Et contrairement aux idées reçues, un système de pompage conçu dans les règles de l’art peut durer un minimum de 10 ans sans connaitre une panne majeure. Aussi, de nos jours, des pompes solaires capables de vaincre des hauteurs manométriques de l’ordre de centaines de mètres et des débits de centaines de mètres cubes par heure sont disponibles sur le marché.
Le fonctionnement des panneaux solaires
Un panneau ou module solaire est formé de plaquettes disposées en série, chacune ayant une différence de potentiel de l’ordre de 0,5 volt. A titre d’exemple, un panneau solaire marqué LC300-P72 est typiquement formé de 72 plaquettes (36 volts environ) et de puissance crête 300 watts. Il a des caractéristiques comme une tension en circuit ouvert, notée Voc et un courant de court-circuit, noté Isc. Il s’agit ici des valeurs maximales de la tension et du courant lorsque le panneau ne délivre de puissance à aucune charge. Le panneau a aussi des caractéristiques comme une tension de puissance maximale, notée Vmp (ou VMPP) et un courant de puissance maximale, noté Imp (ou IMPP). Il s’agit là des valeurs maximales de la tension et du courant lorsque le panneau délivre une puissance maximale à la charge.
Toutefois, les valeurs VMPP et IMPP sont des valeurs « idéalisées » dont le produit correspond à la puissance crête du panneau et de ce fait, le fonctionnement du panneau est toujours une course pour ces valeurs qui ne pourraient être atteintes que dans les conditions « idéalisées » de l’ensoleillement. La valeur typique de 1000 W/m2 pour l’irradiation solaire correspond à la valeur enregistrée sur une surface convenablement inclinée au niveau de l’équateur à midi (lorsque le soleil se trouve au zénith), à la température de 25oC du panneau et à la valeur A.M 1.5 qui est une caractéristique de l’épaisseur de la couche atmosphérique traversée par les rayons solaires. Dans la pratique, une baisse de l’irradiation solaire en dessous de cette valeur idéalisée (ce qui correspond à la réalité terrestre) réduit le courant généré par le panneau alors qu’une hausse de la température au-dessus de 25oC réduit plutôt la tension.
Il apparait clairement que les deux facteurs réduisent la puissance générée par le panneau solaire qui tombe généralement en dessous de la puissance crête.
Ainsi, pour les différentes applications, il est plus utile de partir sur la base des données relatives à l’insolation journalière en KWh/m2 pour une localité donnée. Cette valeur, divisée par la valeur de 1000 W/m2 de l’irradiation idéale permet de convertir toute l’insolation journalière en un point donné de la terre en un nombre équivalent d’heures dites d’ensoleillement maximal (Peak Sun Hours ou PSH en anglais), au cours desquelles on considère pour les calculs que le panneau produit l’équivalent de sa puissance crête.
En multipliant ainsi la puissance crête du panneau par le PSH de la localité, on peut estimer la quantité d’énergie électrique en KWh qu’il peut livrer par jour. Le nombre de panneaux pour une application dépendra ainsi du besoin journalier d’énergie électrique pour l’application. Il est toutefois nécessaire de considérer les facteurs de rendement en passant du champ solaire aux différents éléments du système, jusqu’au dernier élément auquel est destinée l’énergie venant du champ.
Asmane Saadou
Ingénieur en Electricité, expert en Energie solaire, cerfitié par l’Université Polytechnique de Valence