Manuel d`enseignement des énergies renouvelables

Manuel d'enseignement
des énergies renouvelables
Manuel d'enseignement des énergies renouvelables
CREDITS
Contributors/Reviewers
Colleen Spiegel Ph.D.
Horizon Design and Production Staff
Stone Shen, Miro Zhang, Dane Urry
Version française contribuée par notre partenaire H2Power
www.h2power.ch
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Manuel d'enseignement
des énergies renouvelables
Table des matières
Chapitre 1 : Environnement et changement climatique
01-20
1.1 Introduction
1.2 Demande mondiale en énergie
1.3 Réchauffement global
1.3.1
L'effet de serre
1.3.2
Niveau des mers
1.3.3
Les effets du réchauffement global
1.3.4
Pouvons nous stopper le réchauffement global ?
1.4 Inconvénients des technologies actuelles de l'énergie
1.5 Technologies écologiques innovantes
1.5.1
Cellules solaires photovoltaïques
1.5.2
Energie éolienne
1.5.3
L'électrolyse
1.5.4
Les piles à combustible
1.6 Perspectives d'une économie basée sur l'hydrogène; énergie propre
d'origine renouvelables
1.7 Conclusion
Chapitre 2 : Energie solaire
21-37
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
Introduction
Histoire
Types de panneaux photovoltaïques
Principes et caractéristiques
Technologie solaire
2.5.1. Déplacement des électrons dans le silicium
2.5.2. Effet photovoltaïque
2.5.3. Spectre électromagnétique et pertes d'énergie
2.5.4. Le silicium et la jonction PN
2.5.5. Etude des matériaux
2.5.5.1.
Pertes de tension due au transfert de charges
2.6 Autres matériaux pour les cellules photovoltaïques
2.6.1. Silicium cristallin
2.6.2. Cellule solaire au tellurure de cadmium
2.6.3. Cellule solaire au séléniure de cuivre-indium
2.6.4. Cellule solaire multijonction à l'arséniure de gallium (GaAs)
2.6.5. Colorants absorbeurs de lumière DSSC Light Absorbing Dyes)
2.6.6. Cellules solaires en polymère organique
2.6.7. Films minces de silicium
2.7 Utilisations de l'énergie solaire
2.7.1 Powering a House Using Solar Power
2.7.2 Solving Solar-Power Lssues
2.7.3 Solar Powered Cars
2.8 Conclusion
Chapitre 3: Energie éolienne
3.1 Introduction
3.2 Histoire de l'énergie éolienne
3.3 Principes et caractéristiques
3.3.1
le régime global des vents
3.3.2
l'aérodynamique des éoliennes
3.4 Types d'éoliennes
38-52
3.4.1 Éolienne à axe horizontal
3.4.2 Éoliennes à axe vertical
3.5 Éléments constitutifs d'une éolienne
3.6 Énergie et puissance du vent
3.7 Effet de la hauteur du mât
3.8 Potentiel théorique de l'énergie éolienne
3.8.1. Distribution de la vitesse du vent
3.9 Estimation de l'énergie produite par une éolienne
3.10 Facteur de capacité
3.11 Parcs éoliens
3.12 Conclusion
Chapitre 4: Les electrolyseurs
53-66
4.1 Introduction
4.2 Histoire des électrolyseurs
4.3 Conception des électrolyseurs
4.3.1. Concept unipolaire
4.3.2. Concept bipolaire
4.4 Types d'électrolyseurs
4.4.1. Electrolyseurs alcalins
4.4.2. Electrolyseur PEM
4.4.2.1. L'électrolyte
4.4.2.2 Le catalyseur
4.5 Rendement des électrolyseurs
4.6 Les bases de la thermodynamique dans la conception des électrolyseurs
4.7 Production actuelle de l'hydrogène
4.8 Opportunités pour l'électrolyse
4.9 Conclusion
Chapitre 5: Les piles à combustible
5.1 Introduction
5.2 Histoire des piles à combustible
5.3 Utilisations des piles à combustible
5.3.1. Secteur du stationnaire
5.3.2. Marché des transports
5.3.3. Secteur portable
5.4 Types de piles à combustible
5.4.1 Pile à combustible à membrane polymère électrolytique (PEM)
5.4.2
Pile à combustible alcaline (AFC)
5.4.3
Pile à combustible à acide phosphorique (PAFC)
5.4.3
Pile à combustible à acide phosphorique (PAFC)
5.4.4
Pile à combustible à oxyde solide (SOFC)
5.4.5
Pile à combustible à carbonate fondu (MCFC)
5.4.6
Pile à combustible directe à méthanol (DMFC)
5.5 Principe de fonctionnement
5.5.1. La couche d'électrolyte
5.5.2. La couche de diffusion des gaz
5.5.3. La couche catalytique
5.5.4. Les plaques bipolaires
5.6 Conception et configuration des piles
5.7 Conditions d'utilisation
5.7.1 Courbe de polarisation
5.8 Conclusion
67-83
Chapitre 6: Stockage et transport de l'hydrogène 84-97
6.1 Introduction
6.2 Aspect de la sécurité avec l'hydrogène en temps que combustible
6.3 Production, distribution et stockage de l'hydrogène
6.3.1. Techniques pour la production de l'hydrogène
6.3.1.1.
Reformage de vapeurs
6.3.1.2.
Oxydation partielle
6.3.1.3.
Gazéification du charbon
6.3.1.4.
La biomasse
6.3.1.5.
Electrolyse de l'eau
6.4 Technologies pour le stockage de l'hydrogène
6.4.1. Grand réservoir souterrain
6.4.2. Réservoirs d'hydrogène pressurisés pour véhicules
6.4.3
Stockage de l'hydrogène liquide
6.4.4
Réservoir à hydrures métalliques
6.4.5
Les nanofibres de carbone
6.4.5.1.
Résistance des nanotubes de carbone
6.4.5.2.
Stockage de l'hydrogène et autres applications
6.5 Technologies pour le stockage de l'hydrogène
6.6 Conclusion
Chapitre 7: Eléments d'électronique de puissance 98-114
7.1 Introduction
7.2 Notions d'électronique
7.2.1. Les circuits
7.2.2. Termes courants utilisés en tests et mesures électroniques
7.2.3
Tests de base
7.2.3.1. Mesure de tension (Volts)
7.2.3.2. Mesure d'un courant (Ampères)
7.2.3.3. Mesure d'une résistance
7.3 Electronique analogique et électronique numérique (digitale)
7.4 La loi d'Ohm
7.5 Histoire de l'électronique
7.6 Electronique de puissance et énergies renouvelables
7.7 Types de semiconducteurs de puissance
7.7.1. les diodes de puissance
7.7.2. Dispositifs de commutation
7.7.2.1 MOSFET de puissance
7.7.2.2 Transistor bipolaire à porte isolée (IGBT Insulated Gate Bipolar Transistor)
7.7.2.3 Thyristors ou redresseurs contrôlables à base de silicium (SCRS)
7.7.2.4 Thyristor commutable à porte intégrée (IGCT Integrated Gate Commuted Thyristor)
7.8 Convertisseurs et systèmes de puissances
7.8.1. Convertisseurs DC – DC
7.8.2 Onduleurs
7.9 Conclusion
Résumé
Sources
115-117
118-122