Système Photovoltaïque pour un Bâtiment
Comprendre le Système Photovoltaïque pour un Bâtiment
Vous êtes un ingénieur en génie civil travaillant pour une entreprise qui se spécialise dans les bâtiments durables. On vous a confié la tâche de concevoir un système solaire photovoltaïque pour le toit d’un nouveau bâtiment de bureaux qui doit être autonome en énergie pour ses opérations quotidiennes.
Pour comprendre l’Intégration d’un système photovoltaïque, cliquez sur le lien.
Données fournies:
- Localisation du bâtiment : Marseille, France
- Dimensions du toit : 20 m x 50 m
- Consommation énergétique quotidienne du bâtiment : 200 kWh
- Nombre moyen d’heures d’ensoleillement par jour : 5 heures
- Rendement moyen des panneaux solaires disponibles : 15%
- Puissance moyenne par m² de panneau solaire : 150 Watts
Questions:
1. Calculer la surface totale nécessaire de panneaux solaires pour couvrir les besoins énergétiques quotidiens du bâtiment.
2. Déterminer le nombre de panneaux nécessaires sachant que chaque panneau a une dimension de 1,6 m x 1 m.
3. Évaluer l’impact environnemental en termes de réduction des émissions de CO2 par rapport à une solution basée sur des combustibles fossiles, en supposant que l’énergie fossile émet 0,85 kg de CO2 par kWh produit.
Correction : Système Photovoltaïque pour un Bâtiment
1. Calcul de la surface totale nécessaire de panneaux solaires
Objectif : Déterminer la surface de panneaux à installer pour produire 200 kWh d’énergie par jour.
a. Calcul de l’énergie produite par m² par jour
Données :
-
Puissance moyenne par m² : 150 W
-
Nombre d’heures d’ensoleillement par jour : 5 h
Formule et calcul :
L’énergie produite par m² est donnée par :
Énergie par m² (Wh) = Puissance (W) \(\times\) Heures d’ensoleillement (h)
Substitution :
\[ \text{Énergie par m²} = 150\ \text{W} \times 5\ \text{h} \] \[ \text{Énergie par m²} = 750\ \text{Wh} \]
Conversion en kWh (1 kWh = 1000 Wh) :
\[ 750\ \text{Wh} = 0,75\ \text{kWh/m²/jour} \]
b. Calcul de la surface nécessaire
Donnée :
- Consommation énergétique quotidienne du bâtiment : 200 kWh/jour
Formule :
\[ \text{Surface nécessaire (m²)} = \frac{\text{Consommation journalière (kWh)}}{\text{Production par m² (kWh/m²)}} \]
Substitution :
\[ \text{Surface nécessaire} = \frac{200\ \text{kWh}}{0,75\ \text{kWh/m²}} \] \[ \text{Surface nécessaire} \approx 266,67\ \text{m²} \]
Conclusion :
Pour couvrir 200 kWh par jour, il faut environ 267 m² de panneaux solaires.
2. Détermination du nombre de panneaux nécessaires
Objectif : Calculer le nombre de panneaux à installer en fonction de leur surface.
a. Surface d’un panneau
Données :
- Dimensions d’un panneau : 1,6 m x 1 m
Calcul de la surface d’un panneau :
\[ \text{Surface d’un panneau} = 1,6\ \text{m} \times 1\ \text{m} \] \[ \text{Surface d’un panneau} = 1,6\ \text{m²} \]
b. Calcul du nombre de panneaux
Formule :
\[ \text{Nombre de panneaux} = \frac{\text{Surface totale nécessaire (m²)}}{\text{Surface d’un panneau (m²)}} \]
Substitution :
\[ \text{Nombre de panneaux} = \frac{266,67\ \text{m²}}{1,6\ \text{m²}} \] \[ \text{Nombre de panneaux} \approx 166,67 \]
Conclusion :
Il faut donc 167 panneaux (en arrondissant au nombre entier supérieur).
3. Évaluation de l’impact environnemental en termes de réduction des émissions de CO₂
Objectif : Mesurer la réduction des émissions de CO₂ en remplaçant une production d’énergie fossile par l’énergie solaire.
a. Calcul de la réduction quotidienne des émissions
Données :
-
Production énergétique quotidienne remplacée : 200 kWh
-
Émission de CO₂ par kWh pour les combustibles fossiles : 0,85 kg CO₂/kWh
Formule et calcul :
Réduction quotidienne (kg CO₂) = Consommation journalière (kWh) \(\times\) Émission de CO₂ (kg/kWh)
Substitution :
\[ \text{Réduction quotidienne} = 200\ \text{kWh} \times 0,85\ \text{kg CO₂/kWh} \] \[ \text{Réduction quotidienne} = 170\ \text{kg CO₂} \]
b. Calcul de la réduction annuelle des émissions
Formule :
Réduction annuelle (kg CO₂) = Réduction quotidienne (kg CO₂) \(\times\) 365
Substitution :
\[ \text{Réduction annuelle} = 170\ \text{kg CO₂/jour} \times 365 \] \[ \text{Réduction annuelle} \approx 62050\ \text{kg CO₂} \]
Soit environ 62 tonnes de CO₂ évitées par an.
Conclusion
-
Surface totale nécessaire : Environ 267 m² de panneaux solaires.
-
Nombre de panneaux nécessaires : 167 panneaux (chacun de 1,6 m²).
-
Impact environnemental : Réduction d’environ 170 kg de CO₂ par jour, ce qui correspond à environ 62 tonnes de CO₂ par an.
Système Photovoltaïque pour un Bâtiment
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