TPE: Des panneaux solaires au lycée Jacques Prévert ?
Etude de cas: Le lycée Jacques Prévert peut-il devenir auto-suffisant en énergie grâce aux panneaux solaires photovoltaïques ?
Dans cette partie, nous allons voir s’il est possible et rentable d’installer des panneaux solaires au lycée Jacques Prévert.
1) Surface disponible, inclinaison et choix du type de cellule photovoltaïque.
Tout d’abord, il nous faut connaître la surface du toit disponible. Nous sommes allés sur Google Maps pour repérer et calculer l’aire utilisable.
Nous pouvons utiliser 18,81 m de largeur et 32, 35 m de longueur soit 608.5 m². Sachant qu’un panneau solaire a une aire d’environ 1 m², nous pouvons donc installer 608 panneaux solaires à plat contre le toit (soit 0° d’inclinaison). A noter que nous ne les mettons pas à 45 ° d’inclinaison qui est pourtant l’inclinaison optimale car cela réduirait notre nombre de panneaux (puisqu'ils se feraient de l'ombre entre eux) pour récupérer 6% de rendement. (voir tableau ci-dessous)
Entre les différents types de cellules photovoltaïques, nous préférons les cellules monocristallines car elles sont idéales (bien que plus chères) dans des villes peu ensoleillées comme Boulogne-Billancourt.
2) Calcul du rendement des panneaux solaires
Nous allons à présent calculer le rendement potentiel de nos panneaux solaires en une année.
Il se calcule à l’aide de la formule suivante :
kWc * E * (1 - Po.i) * (1 - Po ) * (1 - Pb) = Rendement annuel (en kWh)
E = Ensoleillement (en Kwh/m²/an)
Po.i = Pertes orientation et inclinaison (en %)
Po = Pertes Onduleur (en %)
Pb = Pertes branchements (en %)
-Nous savons que les pertes dues à l'orientation et à l'inclinaison sont de 9%.
-Selon la carte d'irradiation globale du II, nous estimons l'ensoleillement à environ E=1150 Kwh/m²/an.
-L’onduleur en transformant le courant continu en courant alternatif génère une perte de 8%.
-Les branchements électriques permettent de transporter l'énergie produite jusqu’au réseau ERDF. Les pertes sont estimées à 1%.
Rappelons qu'avec des cellules monocristallines il faut 7m² de panneaux solaires afin de produire 1 kWc.
Ainsi nous pouvons facilement estimer le nombre de kWc que représente une telle installation:
608,5/7 ≈ 86 kWc
En applicant la formule, nous pouvons donc estimer le rendement annuel de cette installation:
86 * 1150 * (1 – 9/100) * (1 – 8/100) * (1 – 1/100)=81 971 kWh
L’intendant du lycée, M. Zitouni, nous a fourni des documents sur la consommation annuelle du lycée. Elle s’élève à 596 256 kWh/an.
Nous remarquons que le rendement des panneaux solaires ne suffirait pas pour rendre le lycée autosuffisant. Cependant, il lui permettrait peut-être d’économiser sur sa facture totale.
Calcul du nombre d’euros économisés :
Facture totale / consommation * rendement=78438 / 596256 * 81971=10 783.36 €
Cela représente environ 13,7 % de la facture totale.
3) Calcul du coût de l'installation photovoltaïque et de son amortissement.
Coût du matériel et de la pose en €/Wc Hors Taxe
Notre installation ayant une puissance de 86kWc, le prix de l'installation sera de environ 1,75 € / Wc Hors taxe. A noter que la TVA appliquée sur une installation photovoltaïque est de 10%, on obtient ainsi un prix d'environ 1,925€ / Wc TTC.
Coût de l'installation des panneaux solaires :
Puissance de l'installation en Wc * Prix d'un Wc en €=86 000 * 1,925=165 550 €
De plus, il faut prendre en compte le prix de l'onduleur qui est d'environ 0,5 € / Wc. Ce dernier à une durée de vie moyenne de 10 ans, un panneau solaire a quant à lui une durée de vie moyenne de 30 ans, il faudra donc changer l'onduleur deux fois.
Calcul du prix de l'onduleur et de sa maintenance :
Puissance de l'installation en Wc * 0,5 * Nombre d'onduleurs=86 000 * 0,5 * 3=129 000 €
Ainsi, le prix total de l'installation est de : 165 550 + 129 000=294 550 €
Calcul du nombre d’années nécessaires à l’amortissement du coût :
Coût total/ bénéfice annuel= 294 550 / 10783.36 ≈ 27 ans
Au bout de 27 ans, notre installation devient rentable. Sachant que la durée de vie d’un panneau solaire est de 30 ans, calculons le bénéfice total de l’installation.
Calcul du bénéfice total de l’installation :
(30 – 27)*10 783.36 ≈ 32 350 €
Nous pouvons donc conclure que l’installation de panneaux photovoltaïques sur le toit du Lycée Jacques Prévert est un investissement rentable mais trop peu pour que cela soit réellement intéressant. En effet, le temps de l’amortissement du coût total de l’installation représente 90 % de la durée de vie des panneaux solaires. Et le bénéfice total est inférieur à une facture annuelle d’électricité du lycée.
Cette conclusion démontre également que l'utilisation d'une seule source d'énergie alternative pour remplacer les énergies fossiles est généralement une solution insuffisante. Il serait intéressant de mixer l'usage des énergies nouvelles afin d'optimiser la rentabilité financière mais aussi, d'assurer formellement tous les besoins en énergie du Lycée. En l'état actuel des performances énergétiques, ne peut-on pas penser malheureusement, que les énergies plus traditionnelles ont encore de beaux jours devant elles ? La transition énergétique vous semble-t'elle possible dès maintenant ?