Centrale solaire photovoltaïque

Extrait vidéo - Seul sur Mars

Présentation

Sur un monde pratiquement sans nuages, aux vastes étendues vierges et présentant un cycle diurne de durée acceptable, il est a priori intéressant de tabler sur l’énergie solaire. Mais on peut signalé trois contraintes : la distance au Soleil, qui divise par 2 le rendement des panneaux par rapport à la Terre, les phénomènes de tempêtes de poussière, qui réduisent pratiquement à zéro la production d’énergie, et le dépôt inéluctable de cette poussière sur les panneaux (dépoussiérage robotisé à prévoir)…

L’option solaire, a priori séduisante par sa simplicité, sa fiabilité et sa sécurité environnementale, présente de sérieux handicaps :

l’éclairement moyen deux fois plus faible qu’au niveau de la Terre, conjugué à l’impossibilité pratique de tabler sur des panneaux orientables au niveau de puissance requis (160 MWe en moyenne sur la journée complète) conduisent à des surfaces de panneaux photovoltaïques immenses ; en effet la production sur une journée ne représenterait qu’une puissance moyenne de 60 W/m² (avec un rendement de 33 % et des panneaux fixes) ;
le cycle diurne, bien qu’infiniment moins pénalisant que sur la Lune (où il dure 28 jours) oblige à disposer de moyens de stockage pour les besoins en période de nuit ou d’ensoleillement marginal (matinée et soirée) ; les batteries sont lourdes (peut-être productibles in situ ?), le stockage par électrolyse de l’eau est envisageable mais son rendement n’est pas bon, le stockage par pompage dans des réservoirs hydrauliques présentent des problèmes de choix du site : présence d’un fort dénivelé (pesanteur réduite) et d’ambiance thermique (gel de l’eau) qui rendent ce procédé illusoire ; -la poussière martienne oblige à prévoir un système robotisé de dépoussiérage périodique et, surtout, oblige à prendre en compte la récurrence de tempêtes de poussière durables (typiquement 1 mois), généralement une fois par année martienne, au cours desquelles la lumière reçue peut être réduite à quelques pourcents de la normale seulement ! Ce dernier point semble rédhibitoire.

Mais cette technologie peut néanmoins servir d'énergie complémentaire aux générateurs nucléaires.

Besoin de la colonie

Le niveau relativement élevé de puissance électrique dont il faut disposer dès le début, voisin de 10 MW, niveau appelé à tripler au cours de la phase de croissance, condamne l’option photovoltaïque. En effet, dans le cas de panneaux solaires fixes, seule configuration raisonnablement applicable vu leur nombre, la prise en compte de l’ensemble des facteurs réducteurs (éloignement du soleil, saisons, hauteur du soleil sur l’horizon, cycle jour nuit, tempêtes de poussière) conduit à une productivité moyenne de 60 W/m². La production de 10 MW nécessiterait de déployer d’emblée près de 170000 m² de panneaux, équivalant à un rectangle de 340 sur 500 m et à la quantité impressionnante de 34000 panneaux de 5 m²… Le temps à passer pour le déploiement et la maintenance (y compris en présence de la poussière martienne) est déjà un sérieux handicap. Mais en tout état de cause, la masse d’un tel ensemble (panneaux, supports, équipements électriques), même en tablant sur 2 kg/m², est prohibitive pour une importation directe : 340 tonnes ! Plus 110 tonnes supplémentaires par période synodique.
Au moins pour le démarrage, le recours au nucléaire s’imposera donc. Mais peut-on imaginer disposer par la suite de la capacité de production in situ, et en masse, de panneaux solaires ? C’est une opinion répandue, basée sur l’argument que le silicium, élément de base de la plupart de ces matériels, est abondant sur le sol de Mars. Mais l’examen des processus impliqués en fait douter, non pas tant du fait des dimensions des installations que du niveau de sophistication technique que présentent les opérations. De façon résumée, il s’agit de parcourir les phases suivantes :

à partir du silicium métallurgique, lui-même obtenu à partir de quartz, élaboration d’un silicium de grade « solaire » ; pureté requise : 99,9999 % !
cristallisation de ce silicium solaire pour former des plaques ;
transformation de ce silicium cristallisé en cellule photovoltaïque ;
assemblage des cellules en modules ;
assemblage des modules en panneaux, avec tous les accessoires électriques et de support.

Les opérations d’affinage du silicium, très énergivores, et celles de son dopage soigneusement dosé requièrent un soin extrême… et ceci sous une cadence de 65 m² de panneaux par jour. Ce n’est pas impossible, mais certainement à concevoir dans une phase ultérieure, celle d’une colonie plus développée, qui devrait d’ailleurs pouvoir bénéficier de progrès dans la technologie du photovoltaïque.

Technologies terrestres

Rapid Roll "T" de la société RénovaGen

La version remorque Rapid Roll «T» constitue une solution extrêmement mobile pouvant être transportée par une large gamme d’hélicoptères de transport moyen et lourd (poids brut à partir de 1 500 kg), mais disposant de suffisamment de puissance pour des opérations énergivores. Facilement montable sur une remorque ou un camion à plate-forme sur route ou hors route, le Rapid Roll «T» offre de nombreuses options de déploiement dans pratiquement n'importe quel emplacement mondial imaginable. Avec un déploiement simple en quelques minutes sans avoir recours à des ingénieurs solaires, il constitue une solution pratique pour les opérations humanitaires et de secours en cas de catastrophe, les opérations militaires et minières, la production d’événements, la production de films et d’autres opérations gourmandes en énergie dans des lieux reculés nécessitant une mobilité des équipements.

La taille et le poids du Rapid Roll “T” lorsqu'il est remorqué (poids total de la remorque de 2 000 kg à 3 000 kg) facilitent également le remorquage avec des véhicules 4 × 4 standard et s'adaptent sur plusieurs palettes de fret aérien commercial ou palette militaire 463L et devient donc extrêmement facile à transporter très rapidement. La manipulation est facilitée par les passages de fourches et les anneaux de levage bidirectionnels.

Source : RénovaGen

Le Rapid Roll «T» 2017 est doté d'une construction en composite isolé qui offre une performance améliorée dans un large éventail de conditions environnementales. Un système de gestion environnementale intégré assure le refroidissement passif des composants électriques uniquement lorsque cela est nécessaire, ce qui minimise la consommation d'énergie parasite.

Les modèles Rapid Roll “T” peuvent être configurés avec une capacité de batterie solaire et de puissance variable de manière indépendante.

Voici la documentation détaillée en anglais : http://www.renovagen.com/wp-content/uploads/2018/04/Renovagen_Brochure.pdf

Source : RénovaGen

Rapid Roll "I" de la société RénovaGen

L'intégration de la technologie Rapid Roll dans un conteneur d'expédition ISO à ouverture latérale, combinée à des onduleurs et à un plus grand parc de batteries, crée un système d'énergie solaire autonome facilement transportable, capable de générer 10 fois plus d'énergie que les produits concurrents. Déployer un énorme panneau solaire mesurant 5 mètres (20 pieds ISO) ou 10 mètres (40 pieds ISO) de largeur et jusqu’à 200 mètres de longueur représente de loin le plus grand panneau solaire déployable conteneurisé jamais conçu. À cette échelle, une centrale solaire de plusieurs MW pourrait être déployée en quelques heures - une puissance à l’échelle de la ville suffisante pour un grand site minier ou une base d’opération militaire.

Renovagen estime que cette technologie pourrait révolutionner la fourniture rentable et respectueuse de l'environnement de grandes quantités d'électricité hors réseau dans des zones isolées de nombreux secteurs, notamment les secteurs militaire, des secours en cas de catastrophe, des mines, du pétrole et du gaz, de la construction, des événements et des télécommunications. En effet, il pourrait potentiellement sauver des vies, par exemple en réduisant ou en éliminant le recours à des convois de carburant militaires ou en alimentant des installations médicales dans des zones sinistrées.

Le système intégré dans un conteneur ISO (Dimensions L : 6,058 m x La : 2,438 m x H: 2,591 m) utilise l'infrastructure de transport et de manutention de conteneurs existante, mais il peut être suffisamment léger pour être transporté par avion ou par hélicoptère de transport lourd. En intégrant des cellules solaires plus efficaces à l’avenir, des systèmes jusqu’à 600 kWc pourraient devenir possibles - mobilisant pour la première fois de l’énergie solaire à une échelle réellement industrielle.

Source : RénovaGen