Projet et test d'une valise à énergie solaire. UPVD Perpignan. But: augmenter l'autonomie d'un ordinateur portable en situation d'isolement.

1. 10 octobre 2010
UPVD Perpignan
Projet de valise à énergie propre.
Concept mobile.
Autonomie et légèreté.
Augmentation d'autonomie d'un ordinateur portable et de téléphone mobile.
Solution développée pour utiliser l'énergie solaire en situation de mobilité.
Conception avec possibilités d'évolution et d'augmentation des performances.
Dominique Marc Deschamps
Tel 06 76 08 55 01 France
rdm-row@orange.fr

2. 1. Les sources d'inspiration.
2. Présentation de la solution solaire.
3. Le choix des composants.
4. La base technologique.
5. Le futur usage d'une valise à énergie propre.
6. Les produits concurrents.
7. Les prix et solutions similaires.
8. Les contacts industriels
9. Les tests.
10. L'augmentation des capacités.
11. Les développements possibles et imaginables.
12. Exploration solaire internationale.

3. 1. Les sources d'inspiration.
Il existe de nombreuses solutions mobiles pour le chargement de téléphones portables, de
lecteurs de musique, de batterie de camping-car ou d'ordinateur portable.
L'éventail des gadgets et des solutions professionnelles montre un manque d'esprit de conception
sérieuse pour les solutions à bas prix, ou un poids excessif pour les versions professionnelles.
Capter le flux solaire pour le transformer en énergie électrique peut se faire selon différentes
technologies, ce qui n'exclue pas que certains concepteurs cherchent à créer en s'épargnant l'effort
d'une réflexion aboutie. En effet, l'électricité produite par des cellules photovoltaïques est
disponible dès la sortie des cellules, quelque soit la technologie de cellule choisie. L'accumulation
de cette énergie électrique requière des précautions particulières du fait de la création d'un potentiel
électrique, générateur d'étincelles et de courts-circuits qui peuvent déclencher des incendies ou des
dommages corporels.
La sécurité n'est pas une question de voltage, mais de risques induits par une puissance
disponible. Les solutions non solaires proposées pour des véhicules de transport courant montre que
des incendies provoqués par les batteries sont relativement fréquents. Une batterie bien connectée
peut sortir de son siège et venir en contact de la tôle du véhicule, initier un court-circuit qui peut se
transformer rapidement en source de chaleur et d'incendie. C'est la décharge incontrôlée de la
puissance accumulée qui dépasse la capacité admissible des câbles ou des composants qui sont
connectés à la dite batterie. Même un accumulateur de très faible puissance, quelques centaines de
mWh, peut se révéler dangereux s'il est mal utilisé ou lui-même mal conçu. Il n'est pas rare de
constater l'explosion d'une batterie de téléphone portable ou la coulure de liquide interne d'un
accumulateur, dit aussi 'pile rechargeable'. C'est la surchauffe des couches composant le principe
d'accumulation qui est alors en cause.
Pour se prémunir de ces inconvénients, il existe des règles de conception valables pour les
systèmes de forte puissance également applicables aux circuits de très bas voltage.
Le premier principe de fonctionnement est que l'on ne branche pas directement une source
photovoltaïque sur un appareil que l'on souhaite alimenter avec de l'énergie électrique. Il faut
cependant comprendre que la présence de batteries internes aux appareils de lecture de musique,
aux ordinateurs portable ou navigateurs GPS permet de connecter des panneaux solaires par la prise
de chargement. En effet, le système électrique de l'appareil est conçu pour être alimenté par une
source externe en vue d'accumulation de l'énergie électrique. En revanche, la connexion sans
présence de la batterie présente un risque car la stabilité de l'alimentation électrique n'est pas
assurée par des panneaux photovoltaïques. Cette énergie produite dépend du flux de photons
traversant l'atmosphère pour venir stimuler les particules de silicium, ou de CIS, de CIGS voir
autres technologies photovoltaïques en cours de développement. Cette stimulation des particules
produit un potentiel électronique augmenté par la création d'une barrière isolante appelée 'jonction
PN'. La jonction PN est une manière astucieuse de diriger la circulation des électrons, et surtout de
les inciter à circuler.
Le deuxième principe de fonctionnement tient au fait que l'environnement immédiat de la
valise solaire sera une composante de la sécurité d'utilisation. Le fait de brancher et débrancher une
source de courant continu, quelque soit le voltage, provoque des micro étincelles. Ces micro
étincelles pourraient enflammer un gaz explosif dans un espace réduit ou un lieu de stockage
pétrolier. On ne peut donc négliger le lieu d'utilisation d'un tel dispositif.
Un troisième principe recouvre la durée de vie des composants. Si l'on conçoit un système
très performant mais peu durable, on perd rapidement tout avantage en ce qui concerne la
préservation de l'environnement terrestre par utilisation de l'énergie solaire. Il est préférable de
concevoir des systèmes suffisamment fiables et d'une longue durée d'utilisation pour que l'énergie
consacrée à leur production soit compensée par plusieurs dizaines d'années d'usage.

4. 2. Présentation de la solution solaire.
Depuis plus de trente ans des solutions ont été conçues et testées par divers types de
chercheurs et amateurs passionnés. Du programme de recherche de la NASA, jusqu'aux tréteaux
d'un garage de banlieue, des solutions innovantes ont vu le jour. Si les énergies solaires sont souvent
réduites à la captation des rayonnements du soleil, il faut également songer que les recherches sur
les énergies photovoltaïques ne concernent pas seulement l'utilisation électrique de cette source. On
peut actuellement transformer le potentiel électrique par la création de courants induits et générer
ainsi du froid au sain de systèmes complexes tels que les armoires d'ordinateurs. Ce principe
physique découvert par le chercheur Peltier permet de faire circuler le courant dans un circuit fermé.
Cette circulation évacue le potentiel de chaleur par des dissipateurs et aspire donc cette énergie
calorifique en provenance d'une source dont il est nécessaire de l'extraire.
Exemple parmi de nombreuses applications spécifiques, l'effet Peltier est ainsi générateur de
froid alors que l'énergie électrique utilisée provient du soleil. Une solution beaucoup plus connue et
évidente réside dans le captage de rayonnements solaires dans l'espace pour générer de l'énergie
électrique essentielle au fonctionnement des ordinateurs des stations orbitales et des satellites.
Loin d'être les cellules les plus efficaces en ce qui concerne le rendement, les cellules
photovoltaïques embarquées sur les volets rétractables des navettes et autres vaisseaux d'exploration
inter-planétaires sont avant tout des compromis réfléchis entre la légèreté et la génération de
courant. On ne peut pas imaginer faire décoller des panneaux solaires classiquement installés sur les
toits de nos habitations pour les utiliser en dehors de l'atmosphère. Pour différentes raisons, ces
panneaux ne seraient pas adaptés. Ils sont trop lourds du fait des complexes montages du cadre
d'aluminium, des revêtements de verre et du fond du panneau. De même les connexions ne seraient
pas suffisamment sécurisées pour ne pas courir de risque d'un manque d'énergie dans des espaces
confinés, éloignés de la terre et très dépendants de la source d'énergie.
Cette réflexion incite donc à la conception de systèmes adaptés aux besoins spécifiques d'un
contexte unique et d'une utilisation particulière. La création des centrales photovoltaïques répond à
la croissance de consommation électrique des habitants de l'hémisphère nord autant qu’elle répond
au développement industriel des entreprises de Chine. Quand un système est créé pour une
utilisation spécifique on peut penser à l'installer dans des conditions de fonctionnement similaires,
mais on peut rarement faire fi des besoins réels du contexte en espérant qu'un système complexe
réponde 'par chance' à la demande énergétique particulière de ce contexte.
Il est simplement vrai que de nombreux projets d'électrification en Afrique répondait plus à
une envie des européens de bien faire et d'apporter ce qui semblait utile. En faisant l'économie d'une
analyse des besoins en énergies, les techniciens et maîtres d'ouvrage sont alors des exportateurs de
technologie plus que des concepteurs de solutions adaptées. De plus, les systèmes ou réseaux
électriques conçus 'à l'européenne' ne tiennent pas compte de la nécessaire implication de la société
locale pour que les systèmes soient acceptés, utilisés et entretenus. On observe sinon un
délaissement de systèmes trop compliqués, générateurs de frais de fonctionnement et de
maintenance exorbitant. Le manque de pièces détachées ou de personnes compétentes signe parfois
'la mort' de belles idées conçues unilatéralement.
La solution solaire, comme les technologies plus répandues requière donc une réflexion sur
les besoins énergétiques, la définition des contraintes d'utilisation, les coûts induits, l'esprit durable
et un cahier des charges sans failles. Cette étude est préalable et ne peut prétendre qu'à conduire le
projet vers un idéal, vient ensuite la capacité du système à perdurer et répondre de manière adéquate
aux besoins identifiés.

5. 3. Le choix des composants.
Toute technologie comporte des limites et des des capacités. La technologie est définie par la
possibilité d'assemblage et de mise en oeuvre de principes physiques connus et maîtrisés. Les
composants d'un système sont pourvus de caractéristiques techniques intrinsèques qui sont des
conséquences des choix de fabrication et au rôle qui leur est attribué. Dans les systèmes on peut
identifier des rôles moteurs, des gestions d'évènements et des fonctions répétitives. Ces fonctions et
leur organisation au sein du système sont créatrices de la réponse aux besoin. Il est donc important
de bien connaître le besoin en terme technique afin de faire les choix correspondant dans l'éventail
très fourni des composants industriels.
La différence entre la réponse artisanale et les solutions industrielles provient d'un objectif à
court terme pour l'un et à long terme de l'autre. Il ne s'agit pas d'un jugement qualitatif à propos de
ces activités, mais d'un rôle social et économique de portée différente.
La production industrielle vise la création de produits standardisés dont l'échange permet de
conserver le fonctionnement, l'utilité ou éventuellement l'esthétique. Les composants que l'industrie
veut diffuser sont pourvus de caractéristiques constantes, et de coûts scientifiquement calculés.
L'artisanat s'approche de la réponse aux besoins dans une optique singulière. Le système
ainsi conçu doit prendre en compte les paramètres locaux, sans but de production à grande échelle.
Il s'agit donc d'un processus plus coûteux car l'analyse des besoins doit être reconduite chaque fois.
Choisir des composants technologiques pour un système revient à décomposer les rôles de
chaque sous-ensemble. L'organisation du système technologique répond à un cahier des charges
rédigé pour que chaque intervenant connaisse la finalité de l'installation. Contrairement à des choix
esthétiques dans les domaine artistique, les choix technologiques sont effectués selon des fonctions
à remplir par les-dits composants.
Concernant la qualité des composants, la réputation des marques et des produits jouent un
rôle important pour la visibilité et le retour d'expérience du fonctionnement réel des articles. Les
matériaux, les modes de production et la qualité des concepteurs sont essentiels pour présager de la
durée de vie des systèmes. Alors que les entreprises européennes ont tenu le haut de l'affiche
pendant les cent premières années suivant la révolution industrielle, les pays récemment
industrialisés sont maintenant capables de fournir des objets techniques de qualité équivalente ou
supérieure. La grande capacité de production de l'industrie européenne est remplacée par la
flexibilité et la réponse rapide à la demande de séries courtes et de très haute technicité. Il ne s'agit
plus de fabriquer des millions de tubes de télévision pour les répartir dans dix usines concurrentes
qui apposent leur marque sur des cadres de plastique. Ceci étant valable pour la téléphonie mobile.
Dans le domaine des énergies renouvelables ont assiste au phénomène inverse. Les systèmes
sont toujours en évolution et de grands groupes industriels s'engagent dans la production en grand
volume de cellules photovoltaïques. La base de la technologie photovoltaïque étant le captage du
rayonnement, le besoin de panneaux est croissant. Un groupe automobile chinois s'est récemment
engagé à devenir le plus grand fabricant mondial de cellules. Il le deviendra au vue des milliards de
dollars levés dans cette stratégie de conquête de marché.
Le choix des composants pour la valise à énergie propre s'est porté sur des produits
standards, compatibles entre eux et disponibles sans modifications. Les possibilités d'augmentation
de capacité et de puissance proviennent d'un coefficient de fonctionnement et de sécurité
suffisamment élevé pour doubler l'intensité admissible. La puissance maximale stockée réside
seulement dans l'espace physique disponible dans le coffre de la valise.

6. 4. La base technologique.
Le principe de captation de l'énergie solaire est connu pour faire augmenter la chaleur par
concentration du flux lumineux. Ce flux lumineux étant un assemblage de fréquences visibles et
invisibles, il reste alors à choisir quel type de capteurs on souhaite utiliser pour une production
calorique ou électrique. Les recherches actuelles se dirigent vers un cumul du traitement des
énergies par juxtaposition des technologies de captage. A l'inverse, certaines recherches s'orientent
vers la simplification extrême du capteur qui n'est plus qu'une impression de cellule photovoltaïque
sur du verre. N'ayant plus besoin d'encapsulage, la cellule est quasiment sans poids ni volume
laissant toute liberté de l'imprimer sur la surface du verre. L'encapsulage des cellules résidait jusqu'à
maintenant à faire le choix de verre plus ou moins épais et translucide, de technologie avancée ou
basique. Le choix du verre comme contenant avait déjà été décidé par une entreprise allemande
produisant des tuiles photovoltaïques, très esthétique et totalement fondue dans la toiture qui les
reçoit. C'est l'absence de contenant qui révolutionne cette technologie, car il n'y a alors plus de
contrainte de forme ni de poids.
Quand on prend l'option de faire fonctionner des systèmes ou fournir de l'énergie électrique
à un réseau électrique on crée une dépendance de ces systèmes à l'exposition solaire. Le meilleur
concepteur d'installation photovoltaïque ne peut faire abstraction de l'orientation d'une toiture ou
des panneaux disposés en plein champs. C'est une part importante de la rentabilité énergétique de
l'installation qui se joue dans la disposition géographique, inclinaison et hauteur des modules.
Nombre d'installateurs n'ont pas su préparer correctement leur étude d'exposition, ont
délaissé l'analyse des masques en fonction de la course du soleil, on abouti finalement à des
installations théoriquement efficace, mais mal orienté par rapport à la trajectoire du soleil, ou
bénéficiant de l'ombre généreuse des cheminées ou arbres du voisinage. Un ennemi fatal des
installations photovoltaïques s'appelle construction. En effet, j'ai pu observer des installations très
bien orientées et conçues intelligemment qui sont finalement mis à l'ombre par la construction d'un
étage supplémentaire sur le bâtiment voisin.
La technologie permet de faire des choix de capteurs très performants pour palier à un
manque d'ensoleillement ou un déficit de temps d'exposition. Il s'agit d'installer les systèmes
optimisés en rendement bien que le coût soit supérieur. Le temps d'exposition manquant est donc
compensé par une rentabilité énergétique accrue.
Dans la problématique photovoltaïque on connait la variation des capacités de production
des cellules en fonction de leur type de fabrication. Il existe plusieurs matériaux photo-sensibles
dont les coûts de production sont influencés par la complexité des techniques d'élaboration. Les
rendements au soleil sont finalement une indication aléatoire, car on ne compose pas un système
uniquement par juxtaposition des meilleurs rendements, mais par un processus itératif et logique de
compatibilité, de surface disponible et de coût global de l'instrument de production électrique.
Dans le cas d'une valise autonome, la légèreté, l'efficacité et l'encombrement des composants
jouent les rôles prépondérants. Les panneaux mono-cristallins se rangent facilement dans le
couvercle et sont de taille idéale pour ce concept. Le CIS, Cuivre Indium Sélénium est plus sensible
à la lumière visible que le silicium, l'assemblage des deux permet de façonner un capteur
bénéficiant de la lumière directe autant que du reflet sur le panneau dépliant. Il s'agit donc de
pouvoir augmenter l'autonomie d'un ordinateur et d'un téléphone mobile par génération d'énergie
propre, photovoltaïque, qui est stockée dans une, deux ou trois batteries spécialisées pour cette
énergie. La possibilité de connexions de différents ordinateurs dépend simplement des formes de
fiches, et l'autonomie est fonction de la puissance consommée et des réglages des appareils.

7. 5. Le futur usage d'une valise à énergie propre.
La prolifération des outils et appareils nécessitant des batteries et des chargeurs laisse
présager qu'une valise à énergie propre est un produit d'avenir. Les technologies actuellement
utilisées pour charger les batteries de téléphone et d'ordinateur consiste à brancher un
transformateur de 5 ou 14 volts sur une prise de courant alternatif de 110 à 220 volts. C'est une
solution rapide et efficace au niveau de la puissance de charge, mais le principe reste encore
dépendant de la présence du réseau électrique.
Dans les circonstances de travail mobile pour des commerciaux, des chercheurs de terrain ou
contrôleurs d'installations isolées il faut disposer d'une énergie indépendante d'un câblage national
sous-terrain ou aérien de type ERDF. La génération d'énergie électrique par captage des rayons
solaires devient une solution adéquate. Il ne s'agit pas de prétendre que des valises solaires seraient
une solution généralisée à la demande de chargement des appareils de très faibles voltages. Le
principe de la valise solaire demande une savante gestion de l'énergie stockée, car elle reste une
faible quantité devant une nécessité éventuelle de travail très intense sur un ordinateur portable.
La valise solaire répond à un besoin d'autonomie énergétique et d'augmentation de la
mobilité par la mise à disposition de stockage dans des batteries à décharge lente. L'utilisation peut
néanmoins devenir quotidienne car j'ai testé le système depuis plus de trente jours à mon domicile.
Constatant les contraintes d'orientation face au soleil j'ai conclu que la tolérance d'angle
d'inclinaison est d'environ 15 degrés selon l'axe de la course réelle du soleil, et +/- 10 degrés selon
l'azimut. L'azimut de la position réelle du soleil dépend de l'heure, et devient un problème quand les
panneaux ne peuvent être orientés chaque heure. Il faut en effet définir une position fixe qui sera la
même pour toute la journée. J'ai pour cela choisi l'orientation plein sud car le zénith correspond à la
puissance d'ensoleillement maximale, les +/- 10 degrés étant alors compensés par un rendement
élevés des panneaux en milieu de journée.
Dans le cahier des charge que j'ai défini, je suppose que la valise solaire est conçue pour un
usage mobile et immédiat, la personne utilisatrice se trouve donc à proximité immédiate et sera à
même de compenser l'angle d'exposition au fur et à mesure de la progression du soleil dans le ciel.
Le constat pendant la période de test d'un mois n'est donc pas un inconvénient, mais innérant aux
conditions de test. La capacité de charge de la première batterie est atteinte à 100% en 10h30 si les
conditions solaires sont correctes. En hiver, lors des tests entre le 20 décembre et le 28 janvier, le
soleil s'est fait rare. Il n'est apparu en rayonnement direct que très rarement entre le 20 décembre
2010 et le 5 janvier 2011. Il a cependant été possible d'atteindre plusieurs fois une charge complète,
et de procéder également à un travail 'en charge' pour tester l'autonomie en pleine journée. La
possibilité de régler les ordinateurs pour une consommation minimale d'énergie augmente d'autant
plus la durée d'utilisation effective. Il est également possible de disposer de l'énergie et de la
puissance maximale de l'ordinateur par configuration 'sur secteur', la batterie de la valise solaire
apporte alors son stockage d'énergie jusqu'à décharge de 56%.
Ajout de batteries 9500 mAh il sera possible de dépasser 15960 mAh de stockage soit:
− 2h30 de consommation à pleine puissance multiplié par trois. 7H30 à 3,5 A de débit.
− 7h20 de consommation à puissance réduite multiplié par trois. 22H à 0,7 Ah de débit.
− En pratique cela correspond à 4h x 3 de visionnage télé TNT, le soleil étant absent.
Ajout de batteries 12000 mAh il sera possible de dépasser 18760 mAh de stockage soit:
− 2h30 de consommation à pleine puissance portée à 5H21 à 3,5 A de débit.
− 7h20 de consommation à puissance réduite portée à 47H50 à 0,7 Ah de débit.
− En pratique cela correspond à 4h42 de visionnage télé TNT, le soleil étant absent.

8. 6. Les produits concurrents
Les produits concurrents sont absents dans le sens ou il n'existe pas de modèles pour
lesquels le concepteur se soit astreint au même cahier de charge. Pour la mobilité, la légèreté j'ai
expliqué l'utilisation de composants standards sans nécessité de fabriquer des élément électroniques
spécifiques ou une valise pouvant contenir, pour certaines marques: QUINZE kilogrammes de
batteries, sans contenir les panneaux solaires qui restent à transporter de façon externe.
L'idée d'une valise solaire n'est pas une nouveauté car j'ai contacté un importateur ayant
commercialisé un modèle léger, composé de deux volets dépliables. Les commentaires sur le
volume de vente montre que le produit n'a pas séduit les consommateurs, soit parce que la
technologie était trop avancée au moment de la proposition en 2002/2004, soit parce que les
capacités du modèle n'avaient pas convaincu les clients. On ne peut rien conclure sur la qualité du
produit car les caractéristiques annoncées étaient correctes. La présence de batteries extra plates
dans les volets solaires suppose une fabrication spécifique, et donc un coût élevé de production.
L'avantage d'une construction compacte est forcément un résultat séduisant, mais, les coûts de
montage augmentent sensiblement si les composants utilisés sont conçus spécifiquement. En
utilisant des éléments standardisés, de nombreux fabricants ont pu toucher le coeur de cible qu'ils
visaient: des clients intéressés par un coût maîtrisé et une fiabilité garantie.
La recherche de solutions et le développement de nouveaux produits passe par des
approximations. La possibilité d'enquête sur les demandes de la clientèle réduit actuellement les
risques d'erreur de conception. Par ce type d'enquête, l'expression des besoins de la clientèle permet
également d'identifier de nouvelles applications. Les appareils disponibles sur le marché très
innovant des applications électroniques stimule la demande en permanence. Ce fait implique une
nécessité de proposer les produits régulièrement, pour satisfaire les besoins des consommateurs au
moment opportun. Proposer un produit trop tôt est certainement une erreur stratégique majeure,
quand on sait que la concurrence est en veille permanente, les développeurs d'autres marques
seraient immédiatement alertés des recherches en cours, trouvant eux-même des solutions adéquates
rapidement. Des marques moins pionnières ont parfois réussi à cannibaliser un marché par une
meilleure réponse à la demande du marché.
D'autre part, la recherche de partenaire requière une certaine prudence lorsque l'on présente
un produit innovant. Plus les personnes invitées sont compétentes plus le risque est grand de voir sa
création copiée ou spoliée. Un consentement à signer un accord de confidentialité démontre une
renoncement à tenter de développer une solution similaire après une présentation.
Pendant le salon ENERGAÏA j'ai demandé aux dix personnes rencontrées de signer cet
accord de confidentialité. Aucune n'a refusé, certains affirmant que leur entreprise ne développaient
pas ce type de produit, d'autres étant porteurs d'affaires sans lien direct avec la technologie ne
pouvaient pas expliquer eux-même le contenu de mon projet.
L'intérêt du projet de valise à énergie propre réside dans la production indépendante
d'électricité dans une mesure adaptée à l'alimentation d'un ordinateur portable ou de petits appareils
électroniques. La possibilité de charger ces appendices tactiles ou téléphoniques n'apparait pas
comme une nécessité pour les citadins français. Les personnes plus réceptives à cette solution
portative sont originaires de pays où ces solutions seraient immédiatement utiles. La Turquie et
l'Afrique du Sud sont d'éventuels marchés porteurs, comme des localités africaines dans lesquelles
l'énergie électrique reste rare.

9. 7. Les prix et solutions similaires.
Le milieu de l'énergie solaire sait que les batteries sont un coût important dans la conception
de systèmes photovoltaïques en situation isolée. La nécessité de stocker l'énergie électrique est
concomitante à la périodicité d'exposition solaire. Tant que le soleil peut stimuler les cellules de
silicium, de CIS ou d'autres technologies l'énergie électriques est disponible. Mais, lorsque les
nuages, ou la nuit empêche cette exposition directe on ne peut plus compter sur la production des
panneaux solaires. Il devient impératif de diriger une partie de l'énergie produite vers des
accumulateurs spécialisés, appelés également batteries solaires. La technologie de stockage
électrique continue sa progression. Les anciennes solutions où les batteries contenaient du plomb ne
sont pas adaptés à l'excitation électrique variable et parfois faible de l'énergie photovoltaïque. Les
accumulateurs performants équipant des moteurs à explosion interne peuvent délivrer des courants
importants, mais ce n'est pas la caractéristique recherchée pour les accumulateurs solaires.
On préfère une décharge lente à la disponibilité de forte puissance, pour des raisons
d'autonomie. C'est l'essentiel de l'utilisation de l'énergie électrique qui dépend de la capacité des
batteries à conserver une charge longtemps, et de restituer un courant continue pendant une période
allant de quelques heures à plusieurs jours. La possibilité de tirer un courant fort de batteries au
plomb fait courir le risque d'un manque d'autonomie dans la durée. Un autre avantage des batteries
solaires réside dans l'absence d'entretien et d'émission de gaz. La technologie de stockage dans le
gel présente l'avantage d'une décharge lente, sans émission et sans risque d'épanchement de liquide.
Bien sur, une autre caractéristique importante des systèmes de production autonomes réside
dans le débit de cette production, et donc de la quantité d'énergie disponible, en voie d'être stockée.
La plus grande surface photovoltaïque, combinée à des rendements élevés permet d'optimiser les
installations en terme de surface rapportée à la puissance générée. Le choix de panneaux de fort
rendement se justifie lorsque la surface d'installation est réduite. Il faut également tenir compte de la
course du soleil entre les montagnes si le site isolé est situé entre les flancs de montagnes ou sur un
coteau.
Dans le cas des systèmes autonomes et portables, la problématique est toute autre; il s'agit de
définir un compromis entre la puissance délivrée, la capacité de stockage, le poids et les
technologies employées. Il est certes courant d'annoncer de grandes puissances dans les documents
commerciaux des valises à énergie propre, seulement une partie de ces annonces recouvrent la
réalité. Comme dans le cas des puissances acoustiques, certains promoteurs des valises solaires
mettent en avant la capacité de délivrer de l'énergie en affichant les stockage de l'énergie, mais pas
la puissance de production des capteurs. Autre argument commercial, la taille de l'équipement est
présentée sans prendre en compte la surface réelle des panneaux solaires, mais seulement le volume
contenant les batteries. J'ai également vu des plaquettes de présentation pour des valises pesant plus
de quinze kilogrammes, équipées de panneaux larges de type mural. Cette conjonction de facteurs
me permet de mettre en doute l'aspect portatif du système. Transporter d'une main une valise de
quinze kilogrammes, pourvue de deux panneaux externes devient critique.
Le projet de valise à énergie propre que j'ai conçu tient compte des paramètres de poids, de
taille, de quantité d'énergie et d'espace disponible pour ranger un ordinateur et plusieurs accessoires
liés à son utilisation. L'objectif principal est de pouvoir contenir la mini centrale solaire, la capacité
de stockage et l'appareil portable informatique qu'elle est amenée à alimenter. Cette conception n'est
pas rencontrée dans l'éventail des produits autonomes similaires disponibles sur le marché.

10. 8. Les contacts industriels
Le salon ENERGAÏA présentait des intérêts certains en terme de recherche de partenariat.
J'ai pu rencontrer une dizaine de personnes liées aux énergies solaires ou aux activités connexes.
Les expositions professionnelles sont des terrains propices aux contacts commerciaux, mais les
partenariats techniques ne sont pas très courants. J'ai pu organiser des rencontres tout le long de la
journée. Une organisation spécifique se charge de mettre en relation des partenaires éventuels. Ces
rencontres s'effectue dans des bureaux sobres, situés dans un bâtiment d'exposition. Les discussions
s'orientent vers le produit ou le marché, parfois sans rapport réel avec la personne rencontrée. En
effet, la prise de contact est rapide, réalisée à travers le site internet Pro Energy. Certains
interlocuteurs ont été sincèrement intéressés par le projet, mais il ne correspondait pas à leur
domaine industriel.
Les trois rencontres les plus riches ont eu lieu pendant la visite et les premiers rendez-vous.
La discussion autour du concept portable et autonome a suscité la curiosité d'industriels turque, d'un
entrepreneur sud africain et d'un expert photovoltaïque argentin. Je crois en effet qu'il faut avoir une
expérience internationale pour comprendre l'utilité de la génération d'énergie par une valise à
énergie propre.
Je continue à imaginer des solutions de partenariat avec des entreprises, cependant les
contacts montrent que les organisations chargées de lier les porteurs de projets aux chefs
d'entreprise sont presque des freins. Ils se placent en conseil avant même d'avoir saisi le coeur du
projet. Pensant donner des conseils sur la conception du produit, ils tentent d'influencer le
concepteurs sans avoir eux-mêmes cerné la problématique.
La protection du projet par la signature d'accords de confidentialité permet d'aborder
rapidement les aspect financiers et de participation technique.
9. Les tests
Depuis l'apparition des technologies solaires les concepts les plus prometteurs ont été
envisagés. De la théorie à l'utilisation, les systèmes ne fournissent pas toujours les capacités
espérées. Les tests en situation réelle sont très intéressants pour connaître les performances des
panneaux solaires et appareils connexes. De grandes surfaces solaires sont installées par les
fabricants de cellules afin de soumettre ces modules aux effets de la météorologie. La variation de
l'exposition au soleil pendant les saisons et durant la journée permet de constater les rendements
effectifs des installations.
Des accords particuliers sont parfois conclus pour des éléments placés en situation extrême.
Par exemple des panneaux photovoltaïques placés sur le toit d'un fortin napoléonien à la frontière
franco-italienne. Cet édifice militaire appartient à un acquéreur privé qui a conclu un accord avec
EDF. Il s'agit de fournir de l'électricité à un Musée privé, celui-ci étant situé sur une haute colline
près d'une frontière alpine. Le but technologique est de tester la résistance des panneaux aux
conditions de froid, de vent et mesurer leur rendement réel. Le fortin est situé au sommet d'une
colline, celle-ci étant entourée d'un arc montagneux. J'ai remarqué l'orientation des panneaux pour
une exposition permanente d'une partie des cellules, ceci permet d'avoir une fourniture constante
d'électricité durant la journée. La puissance maximale n'est probablement jamais atteinte car la
course du soleil délaisse progressivement les panneaux orientés vers Est-Sud-Est. Deux panneaux
verticaux offrent un peu d'énergie, mais les 90 degrés avec la surface terrestre augurent d'une
mauvaise exposition permanente.

11. Pour la valise à énergie propre, j'ai choisi de tester les premiers circuits assemblés avec les
panneaux choisi parmi les modèles 12 volts 10 watt 0,88 A. Il s'agit de connaître les capacités de
production d'un système léger et conçu pour une utilisation spécifique. La batterie choisie répond à
des exigences de légèreté et de puissance disponible pendant une dizaine d'heures. La profondeur de
décharge imposée par le régulateur de charge solaire permet de protéger cette batterie d'un vidage
total de la charge électrique. On observe pour une batterie solaire que l'absence de contrôle de la
décharge réduit la durée de vie de l'accumulateur. Lors de décharges profondes répétées le matériau
interne perd des capacités de rétention de l'énergie, ainsi, la décharge totale peut réduire la durée
d'utilisation. Une utilisation constante en décharge profonde a pour conséquence de porter cette
utilisation à 300 cycles. Une décharge contrôlée à 56% augmente le nombre jusqu'à 800 cycles. La
durée de vie est donc proportionnelle à la profondeur de décharge programmée et à l'intensité de
sollicitation des batteries.
Les tests en milieu urbain de la valise permettent de constater une charge de la batterie en
10h30 lorsque l'ensoleillement d'hiver est fort. L'exposition de test était est-sud-est le matin, avec
pivotement vers le sud puis vers ouest-sud-ouest. La valise solaire est conçue pour une utilisation
personnel, il est donc supposé que l'utilisateur se trouve en permanence aux alentours. Cette
proximité explique que les tests comportent une modification de l'orientation des panneaux à
mesure que le soleil se déplace dans le ciel. L'inclinaison choisi est également adaptée au solstice
d'hiver soit proche des 40 à 50 degrés. Ce n'est pas la chaleur solaire reçue qui compte, mais
l'intensité de photons traversant les cellules photovoltaïques. Il ne faut pas confondre l'intensité
électrique et l'intensité théorique d'exposition régionale. L'intensité électrique est calculée ou
mesurée sur le système, c'est une énergie produite. L'intensité d'exposition solaire dépend de la
latitude du lieu d'utilisation du système. Pour un système complet conçu pour une forte exposition
solaire de la région de Nice, correspondrait un rendement plus faible malgré une orientation sud en
région normande. De plus, la courbe moyenne d'exposition solaire n'est pas réellement exploitable.
A chaque site d'exploitation, ou chaque position géographique correspond des valeurs optimales
d'exposition. Cette exposition varie selon la période de l'année, plus faible en hiver qu'en été. Elle
baisse à mesure que l'on se déplace vers un pôle. Les pôles ont une particularité défavorable, ils
impliquent une orientation verticale des panneaux solaires et reçoivent des rayons solaires
tangentiels à l'horizon. Ceci a pour conséquence de recevoir des rayons ayant traversé une longue
distance de couches atmosphériques. Des panneaux placés sur la latitude de l'équateur reçoivent au
contraire des rayonnements directs ayant traversé perpendiculairement la couche d'ozone, donc une
plus courte distance. La conséquence de la traversé d'une longue distance dans les couches
atmosphérique est une perte d'énergie solaire par diffraction. Une partie du spectre est donc déviée
pour se diriger vers un autre azimut ou une autre altitude. Dans le cas de matériel portatif,
l'orientation est rapidement corrigée et nécessité une attention chaque heure, mais un délai plus long
n'a qu'un faible incidence sur le rendement. En effet, j'ai constaté une tolérance d'orientation en
azimut d'environ +/- 15 degrés, quand l'inclinaison peut accepter une variation de +/- 10 degrés.
Cela signifie concrètement que la course du soleil peut être anticipée de quasiment 30 degrés sans
grande variation de l'intensité électrique produite par le système. Cette tolérance n'est évidemment
pas la même pour les panneaux fixes, intégrés en toiture ou fixes sur des terrasses. C'est alors la
course du soleil qui fait varier l'intensité d'électricité produite car c'est l'élément mobile, le reste du
système étant solidement arrimé.
Une autre variable importante pour le rendement de production électrique concerne la
température de fonctionnement des panneaux photovoltaïques. Les fabricant indiquent des seuils
au-delà desquels le rendement chute sensiblement. Pour les ensembles fixés à des structures
immobilière, l'étude des échauffement permet de constater une baisse d'énergie produite alors que le
soleil éclaire les capteurs lus intensément. Si l'on a tendance à penser d'une forte exposition en été
permet de produite une intensité plus forte, la réalité des conditions de fonctionnement des
matériaux indiquent l'inverse.

12. 10. L'augmentation des capacités.
Les systèmes apparus il y a vingt ou trente ans produisaient assez peu d'énergie électrique en
comparaison des rendements atteint actuellement. L'évolution de la technologie des cellules au
silicium et l'apparition de nouvelles variétés de composants photosensibles a permis de multiplier le
pouvoir de génération électrique. Autre facteur dans le calcul des rendements, la découpe et la
disposition de chaque cellule joue un rôle important dans l'occupation de la surface. Les rendements
sont calculés en fonction de la surface d'ouverture du capteur, c'est-à-dire l'espace disponible à
l'intérieur du cadre. Lorsque l'on dispose des cellules rondes, provenant de l'ancien mode de coulage
du silicium, on perd une partie de la surface d'ouverture. La méthode de coulage du silicium ayant
évoluée, on vis apparaître des cellules octogonales, puis carrées ou trapézoïdales. La surface
d'ouverture mieux couverte, le capteur peut ainsi produire davantage d'énergie, ce qui augmente
d'autant le rendement global du capteur.
Concernant les batteries solaires, les capacités n'ont pas été décuplées, mais les différents
matériaux capables de conserver la différence de potentiel, et de délivrer des intensités utilisables
quotidiennement rendent possible une adaptation aux différentes situations rencontrées. Des
accumulateurs de grande capacité sont présent dans des phares maritimes, ils ont été donné à des
familles mexicaines quand ces installations ont été rénovées. Des batteries Lithium-Ion sont
maintenant dimensionnées pour l'usage des voitures électriques et sont en mesure emmagasiner
suffisamment d'énergie pour parcourir plus de cent kilomètres. Les technologies de conservation de
la chaleur sont également une solution pour la production électrique, décalée du moment où les
panneaux sont exposés au soleil. Le principe de base est de stocker une chaleur produite dans une
masse de sel ou de roche. Il est également possible de stocker cette énergie produite sous forme de
réservoir d'eau décalé en altitude. Il s'agit alors de pomper de l'eau vers une altitude supérieure, puis
de reprendre cette énergie par déversement. Une autre possibilité de stockage consiste à monter en
pression un réservoir ayant une forme de piston. Cette pression constante est ensuite utilisée au
moment opportun.
Dans le cas d'un système portable le poids est un élément central. Si le système est conçu
trop léger, il ne permet pas de couvrir une augmentation d'autonomie. Mais, si l'on vise une
autonomie conséquente, on risque de créer un objet très lourd, quasiment intransportable. Il y a une
différence importante entre la conception d'installation solaire pour un site isolé et celle de
concevoir une valise à énergie propre. Le site isolé est généralement conçu pour produire et stocker
suffisamment d'énergie électrique en cas de manque d'ensoleillement pendant trois jours. Cette
stratégie d'autonomie implique une quantité de batteries proportionnelle à la puissance requise par
les appareils électriques du réseau local. J'ai observé que les utilisateurs en site isolé avaient
commenté leur installation en disant que savoir ce que l'on produit est important, et savoir gérer
l'énergie stockée est primordial. Un couple d'Arizona a ainsi changé ses habitudes de consommation
de l'énergie après avoir fait évolué l'installation solaire de leur habitation. Leur règle de lavage des
verres a changé, ils ne rincent plus constamment les récipients mais privilégient un lavage groupé
en fin de journée. Ainsi l'énergie stockée dans le banc de batterie est disponible toute la journée
pour la climatisation. La période estivale est très consommatrice d'électricité dans le désert
d'Arizona.
Comme l'affirment les inventeurs du scénario Négawatt, l'énergie la plus importante est celle
que l'on ne consomme pas. Il est plus facile d'apprendre à gérer la consommation que de répandre
les nouvelles technologies de production d'énergie. Les piliers de la gestion de l'énergie seraient
donc la sobriété, efficacité énergétique et énergies renouvelables.

13. 11. Les développements possibles et imaginables.
On peut imaginer un développement du concept de génération d'énergie électrique par mini-
stations mobiles. La possession d'outils de communication mobile étant devenue une constante dans
le comportement des consommateurs, il faut envisager que la génération d'énergie propre sera d'un
intérêt croissant pour les générations actuelles et à venir. C'est un fait constaté par les restaurants
rapides des USA, les consommateurs qui s'assoient dans leurs établissements sont nombreux à
utiliser le réseau WIFI pendant qu'ils mangent. Il n'est pas rare que des utilisateurs soient connectés
à internet pendant le repas, contactant ainsi leur famille, leurs amis de réseaux sociaux ou relations
professionnelles. La possibilité de capter le réseau sans fil en dehors des bâtiments, sur les parkings
ou en terrasse laisse présager la nécessité de la présence d'énergie. Activité en zones hors réseau
électrique ou future solution autonome pour des utilisateurs avertis, la génération d'électricité par
valise à énergie propre me semble une branche industrielle à développer. Jusqu'à maintenant les
habitants de pays industrialisés ont fait confiance à la Nation pour l'approvisionnement énergétique
massif. On peut penser qu'en parallèle du développement des énergies renouvelables, les solutions
offertes directement aux consommateurs puissent remporter un franc succès.
Sur l'exemple d'un schéma simple de connexion de régulateur de tension solaire, il est
possible de décliner les systèmes pour des tensions et puissances diverses.
Loin de présenter le schéma idéal et standardisé d'un circuit de puissance photovoltaïque,
cette illustration permet d'identifier les trois éléments périphériques du régulateur de tension. Celui-
ci a pour rôle de contrôler et adapter la différence de potentiel délivrée par les panneaux solaires
afin que celle-ci corresponde à la tension de charge des batteries. En effet, une tentative de charge
de batteries avec une tension trop faible ne peut pas aboutir. La tension de charge minimale est
définie par le type de technologie utilisée pour le stockage de l'énergie électrique. Cette valeur est
située autour de 14,4 volts pour les batteries solaires, elle est également appelée tension de valence.
La notion se rapporte à la quantité d'énergie nécessaire pour faire passer un électron d'une
localisation atomique à sa libération pour la création d'énergie électrique. En circulant depuis
l'anode du circuit vers la cathode, les électrons génèrent l'intensité du courant. Il s'agit d'un débit
électronique. La tension est elle potentiellement disponible en fonction de la quantité théorique
d'électrons et leur valeur en tant que particule négative. C'est donc une notion de réserve
comparable à la réserve d'un barrage hydraulique; tout la puissance est potentiellement présente
mais le dimensionnement des conduites hydrauliques définiront le débit utilisé. Le bon
dimensionnement d'un circuit électrique dépend de l'analyse des besoins énergétique du-dit circuit.

14. 12. Exploration solaire internationale
La recherche dans le domaine solaire est envisageable depuis tout les points du globe
puisque tout les territoires sont baignés de soleil pendant ce qui est appelé le jour. La nuit est
également présente car l'illumination par le soleil n'a lieu que sur une partie de la planète, pendant
une durée variable et progressive. La durée d'exposition solaire est conséquente à l'inclinaison de la
terre par rapport à son axe, à la vitesse de rotation par rapport à son centre et le parcours elliptique
du soleil. Cette conjonction de déplacement, de position et rotation produit les saisons, les durées
variables des jours et des nuits. Cette instabilité ne permet pas de positionner des panneaux sans
prendre le temps d'une étude. La course du soleil, résultante visible de cette conjonction spaciale est
prévisible mais progressive d'un solstice à l'autre. Les solstices sont les moments de l'année pendant
lesquels le soleil se trouve au plus haut de sa course la plus au nord du globe, puis au plus bas, au
plus au sud du globe.
Cette explication permet d'introduire l'intérêt de l'exploration des systèmes installés par les
habitants et entreprises de différents pays. Chaque zone géographique correspond à une incidence
spécifique du soleil. L'incidence est mesurée facilement par la variation de la position du soleil au
long de la journée. On définit l'inclinaison de capteurs solaires par rapport à la configuration
souhaité et surtout aux périodes pendant lesquelles on espère des rendements cohérents avec les
consommations. Les types de systèmes et d'utilisations sont tellement nombreux et spécifiques
qu'un inventaire serait forcément incomplet. Si l'on peut séparer deux groupes principaux
d'applications solaires, le thermique et le photovoltaïque, on oubli fréquemment que le vent est
également créé par des phénomènes solaires de variation de température, ainsi que les déplacements
de vagues sur les océans. L'ensemble des phénomènes liés aux effets du soleil peut donner lieu à
une exploitation en vue de production énergétique.
Afin de connaître les réalités de l'énergie solaire, je pense que la rencontre des utilisateurs
apporte des réponses concrète et directement vérifiables aux théories de l'inclinaison, aux
rendements espérés et aux capacités d'autonomie mesurées. L'adaptation précise de l'énergie solaire
à un usage spécifique bien connu apporte une satisfaction en terme de qualité alors que le sur
dimensionnement, les erreurs de calculs ou d'inclinaison apportent leur lot de désagréments.
Comme de nombreux sauts technologiques, la nouveauté et l'accès facile au matériel présente un
risque d'opportunisme. Des familles ont été victimes de personnes très intéressées par les bénéfices
immédiats, laissant ainsi des traces indélébiles dans des régions pourtant propices, car disposant
d'un bon potentiel d'exposition solaire annuel.
Au terme d'une courte étude je peux conclure que les utilisateurs d'énergies solaires
ressentent différentes satisfactions: l'utilisation d'énergie propre, une meilleure gestion de leur
consommation et une participation à la protection de l'environnement. L'aspect d'investissement
financier n'est pas absent dans le choix des familles, il est tout de même prépondérant pour les
projets d'Entreprise plus ambitieux.