1. Solaire Photovoltaïque
Les cellules PV convertissent directement le rayonnement solaire en électricité grâce à l'effet photoélectrique (semi-conducteurs).
// Production annuelle PV
E = Pc × H × PR × (1 - 0.5%/an × âge)
Pc = puissance crête (kWc)
H = irradiation (kWh/m²/an)
PR = ratio performance (0.75-0.85)
// Exemple Sud France
3 kWc × 1500 kWh/m²/an × 0.80 = 3600 kWh/an
| Technologie | Rendement | €/Wc | Surface/kWc |
|---|---|---|---|
| Monocristallin | 20-23% | 0.25-0.35 | 5 m² |
| Polycristallin | 16-18% | 0.20-0.30 | 6 m² |
| Couche mince | 10-13% | 0.15-0.25 | 8 m² |
2. Solaire Thermique
Les capteurs solaires thermiques chauffent un fluide caloporteur pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) ou du chauffage.
// Puissance capteur plan
P = S × G × η0 × (1 - a1×ΔT/G - a2×ΔT²/G)
S = surface (m²), G = irradiance (W/m²)
η0 = rendement optique (0.75-0.85)
ΔT = Tcapteur - Tambiant
// Dimensionnement ECS
1 personne = 50L ECS/jour à 60°C
Surface capteur ≈ 1 m²/personne
Taux couverture solaire : 50-70%
3. Éolien
Les éoliennes convertissent l'énergie cinétique du vent en électricité via un générateur.
// Puissance éolienne (Betz)
P_max = 0.5 × ρ × S × v³ × Cp
ρ = 1.225 kg/m³ (air)
S = π × R² (surface balayée)
v = vitesse vent (m/s)
Cp ≤ 16/27 = 0.59 (limite Betz)
// Réalité : Cp = 0.35-0.45
// Exemple éolienne 2 MW
Diamètre 90m, v = 12 m/s
P = 0.5 × 1.225 × π×45² × 12³ × 0.4
P = 2.7 MW (théorique)
⚠️ Facteur de charge : Une éolienne ne produit pas 24h/24. Facteur de charge = 25-35% en terrestre, 40-50% en offshore.
4. Biomasse et Géothermie
🌿 Biomasse
- • Bois énergie : PCI = 3.5-4.5 kWh/kg
- • Méthanisation : biogaz CH₄
- • Biocarburants : éthanol, biodiesel
- • η chaudière bois = 85-95%
🌋 Géothermie
- • Basse T° (<30°C) : PAC géothermique
- • Moyenne T° (30-150°C) : chauffage urbain
- • Haute T° (>150°C) : électricité
- • COP PAC géo = 4-5
📌 Résumé
- 1PV : E = Pc × H × PR, rendement 20-23%
- 2Éolien : P ∝ v³, limite Betz Cp = 0.59
- 3Géothermie : COP = 4-5 pour PAC
🎯 Mini-Quiz
1. Quelle est la limite théorique de Betz ?
→ Cp = 16/27 ≈ 59%
2. Quelle surface PV pour 1 kWc en monocristallin ?
→ Environ 5 m²
3. Quel COP pour une PAC géothermique ?
→ COP = 4 à 5
