Impact du photovoltaïque sur le réchauffement climatique

[invite704162f6]

Bonjour à tous,

Ma question est la suivante :*Quel est l'impact négatif de la captation de chaleur des panneaux photovoltaïques par rapport à la surface "naturelle" de la planète.

Je voudrais faire une estimation basée sur des ordres de grandeur mais je bloque.

Donc mes hypothèses :
Albedo moyen du sol :*0.3
Albedo moyen du PV :*0.1

Rendement du PV : 14 % (Pour 1kWh électrique produit, 7 kWh de chaleur générés à proximité)

Et pour comparer aux énergies fossiles
kWh produit avec du gaz naturel : 210 gCO2/kWh
Durée de vie du CO2 dans l'atmosphère : 3 - 5 ans

En fait il me manque l'augmentation de chaleur imputable aux 210 gCO2 / kWh du gaz pour comparer aux 7 kWh de chaleur générés par les panneaux pour 1kWh électrique.

Est ce que la comparaison serait alors valable ?

Si vous avez des idées pour une variante de ce calcul je prends aussi, je ne suis pas sûr de m'orienter dans la bonne direction mais je n'en vois pas d'autres. Je ne vois pas non plus comment intégrer la variation d'albedo et si c'est nécessaire de le prendre en compte,

Merci d'avance !
-----

[f6bes]

Bjr à toi,
Hum , il faudrait pour connaitre ..."l'impact" connaitre à minima la surface de panneaux installés sur terre?
Tu la connais ?
Bonne journée

[antek]

Rendement du PV : 14 % (Pour 1kWh électrique produit, 7 kWh de chaleur générés à proximité)

Générés par quoi ?
Le PV est un transformateur d'énergie.

[masterclassic]

Bonjour.

J'ai à remarquer que l' Albedo moyen de la Terre est de 0.3, mais les valeurs varient beaucoup pour le sol (selon sa nuance claire ou foncée), l'eau (mers, océans), la neige, les cultures, la forêt, les régions urbaines. Les surfaces où les PV sont posés doivent avoir un albedo plutot entre 0.05 et 0.2.

En ce qui concerne la question:

- Impact sur quoi? sur un paramètre particulier ou sur l'échauffement global?

- Est-il déjà établi que l'impact en question est négatif? Je ne suis pas spécialiste mais toute l'info que je reçois par les moyeans d'information considère l'expansion des PV comme un pas de progrès d'écologie et un facteur bénéfique pour l'environement.

[A voir en vidéo sur Futura]

[barda]

En tout état de cause, le problème que tu soulève peut être considéré comme négligeable pour le réchauffement de la planète, pour deux raisons dont chacune serait suffisante:

- comme il a été dit, un panneau pv n'est qu'un transformateur d'énergie; celle qui n'est pas captée est renvoyée dans l'atmosphère, soit sous forme de rayonnement , soit sous forme de chaleur (tous deux sont des conséquences de l'albedo)...

- la surface occupée par les PV, tout comme l'énergie captée, est totalement négligeable par rapport à la surface de la terre et à l'énergie qu'elle reçoit.

Par contre plus sensible pourrait être le CO2 dégagé lors de leur fabrication (très énergivore), le plus souvent chinoise, donc fortement carbonée; mais c'est un autre problème...

[invite704162f6]

Générés par quoi ?
Le PV est un transformateur d'énergie.

Le panneau PV transforme le flux solaire en partie en électricité (rendement max de 14-15%), une grande partie du flux solaire est absorbé (du fait d'un albedo faible du PV) et est restitué sous forme de chaleur : rayonnement + convection.

http://energies-renouvelables.conson...ltaieques/728/

En fait mon questionnement vient de cette étude (en anglais) très intéressante qui montre la création d'ilots de chaleur autour de fermes PV, par rapport à un parking ont est à +2.5°C en journée:
https://www.nature.com/articles/srep35070/figures/3


Donc il est clair que le PV produit de la chaleur, ma question est donc est ce que cette production de chaleur est largement compensée par la production électrique "renouvelable"

[invite704162f6]

En tout état de cause, le problème que tu soulève peut être considéré comme négligeable pour le réchauffement de la planète, pour deux raisons dont chacune serait suffisante:

- comme il a été dit, un panneau pv n'est qu'un transformateur d'énergie; celle qui n'est pas captée est renvoyée dans l'atmosphère, soit sous forme de rayonnement , soit sous forme de chaleur (tous deux sont des conséquences de l'albedo)...

Je ne suis pas d'accord avec ça à cause du faible rendement du panneau PV (max 15%).
On pourrait considérer que c'est vrai si l'intégralité du flux solaire non transformé en électricité était réfléchi, mais ce n'est pas le cas.
Encore une fois je n'ai pas les "chiffres" mais le phénomène d'ilots de chaleur présenté dans ma réponse précédente montre bien une production de chaleur sur le lieu des fermes PV.

[QUOTE=barda;5988888]- la surface occupée par les PV, tout comme l'énergie captée, est totalement négligeable par rapport à la surface de la terre et à l'énergie qu'elle reçoit./QUOTE]

Certes mais ma question concerne le bilan "thermique" global de n'importe quelle surface de PV, en l'occurrence 1 m² pour faire simple.

[invitef29758b5]

Salut

Rendement du PV : 14 % (Pour 1kWh électrique produit, 7 kWh de chaleur générés à proximité)

Dans les 7 kWh , une partie est réfléchie .

[antek]

Le panneau PV transforme le flux solaire en partie en électricité (rendement max de 14-15%), une grande partie du flux solaire est absorbé (du fait d'un albedo faible du PV) et est restitué sous forme de chaleur : rayonnement + convection.

Si le PV ne réfléchit rien (admettons), il transforme 86 % de l'énergie reçue en chaleur.
Si le sol ne réfléchit rien (admettons), il transforme 100 % de l'énergie reçue en chaleur.
Jusque là tout se joue donc sur l'albédo et ne devrait avoir qu'une conséquence locale.

Parce que je ne vois pas comment déterminer l'albédo du sol si des PV n'avaient pas été installés.

[masterclassic]

je ne vois pas comment déterminer l'albédo du sol si des PV n'avaient pas été installés.

Bonjour.

Il y a des tables dans le net pour divers types de la surface terrestre: sol, desert, végétation, forêt, surfaces urbaines, mer etc.
C'est par là que j'ai trouvé les valeurs entre 0.05 et 0.2.

Mais à par cela, il faut tenir compte de l'effet de combustibles fossiles qu'on écomonise par l'énergie solaire. L'effet du pétrole et du charbon sur l'échauffement est double: d'une part c'est la chaleur dégagée par la combustion, d'autre part c'est l'aggravation de l'effet de serre à cause du CO2 dégagé par la combustion et libéré dans l'atmosphère. Plus de CO2 signifie que plus de chaleur est piégée et donc ne peut pas partir par rayonnement.
Je ne sais pas comment (et si) on peut calculer la haussse de température due à l'augmentation du CO2 par, disons 1% ou 0.1%.

[invitef29758b5]

Si le PV ne réfléchit rien (admettons), il transforme 86 % de l'énergie reçue en chaleur.

Et les 14% transformés en électricité finissent en chaleur .

[antek]

Il y a des tables dans le net pour divers types de la surface terrestre: sol, desert, végétation, forêt, surfaces urbaines, mer etc.
C'est par là que j'ai trouvé les valeurs [COLOR=#333333]entre 0.05 et 0.2.

Oui mais en regardant un champs de PV on ne sait pas ce qu'aurait été l'albédo s'ils n'avaient pas été installé.
Et c'est indispensable pour faire une comparaison.

[antek]

Et les 14% transformés en électricité finissent en chaleur .

Oui, mais ça c'est après . . .

[invite704162f6]

Bonjour.

Je ne sais pas comment (et si) on peut calculer la haussse de température due à l'augmentation du CO2 par, disons 1% ou 0.1%.

C'est exactement ça en fait.

En fait je voudrais comparer les deux situations à long terme :

Apport de chaleur à la terre PV =Production d'un kWh par photovoltaïque + pertes de rendement + production de chaleur lié à la variation d'albedo du sol (je n'inclus pas volontairement les coûts d'énergie grise pour le panneau)
Apport de chaleur à la terre Fossile =Production d'un kWh (Gaz/fioul) + pertes de rendement + production de chaleur lié à la production de CO2

Il faut environ 10 m² de PV à 100 Wc pour faire 1kWh/h, logique...

La variation d'albedo par rapport à un sol naturel varie entre 0.1 pour du PV et 0.3 pour un sol naturel "moyen", avec un rayonnement de 3000 W/m² du soleil en été en France, ça me fait une augmentation de la chaleur captée de 600 W/m², soit 6000W/10m² de panneaux, soit 6 kWh de production de chaleur dû à la variation d'albedo.

Du coup c'est relativement proche de mes 7 kWh de perte de rendement, peut être que le rendement est principalement lié à l'albedo ? je m'y perds si quelqu'un peut m'aider là dessus.

Donc pour résumer :
Apport de chaleur à la terre PV = 1 kWh (produit PV) + 7kWh (Pertes PV) + 6kWh variation d'albedo (est ce que c'est la même choses que les pertes PV ?)

Apport de chaleur à la terre fossile = 1 kWh (produit gaz) + 3kWh (pertes production gaz, estimation grossière à affiner) + chaleur produite par 210 g de CO2

Sur la chaleur produite par 210g de CO2 je n'ai absolument rien trouvé, si vous avez des sources je prends.
Je pensais prendre la totalité de la production de CO2 par l'espèce humaine que je divise par l'augmentation de température globale x capacité massique de l'atmosphère mais est ce que ça aurait un sens ? pas sûr
Combien de temps le CO2 produit fait de l'effet ? j'ai vu des durée de vie de l'ordre de 3 à 5 ans du CO2 dans l'atmosphère ? Mais ici on parle de déséquilibre global,

Il faut également noter que toutes les chaleurs n'ont pas la même "durée de vie" dans l'atmosphère, sur le PV il y aura pas mal d'émission par rayonnement, beaucoup plus que sur les pertes gaz par exemple ou on sera principalement sur des pertes par convection ?

je n'ai rien trouvé sur internet si vous avez des idées ?

Merci pour votre aide en tout cas.

[invitef29758b5]

sur le PV il y aura pas mal d'émission par rayonnement, beaucoup plus que sur les pertes gaz par exemple ou on sera principalement sur des pertes par convection ?

L' équilibre thermique de la terre implique que quasiment toute l' énergie reçue est renvoyée dans l' espace par rayonnement .
Il n' y a pas de pertes par convection .

[antek]

. . . avec un rayonnement de 3000 W/m² du soleil en été en France, . . .

C'est environ 1000 W / m²

[masterclassic]

Oui mais en regardant un champs de PV on ne sait pas ce qu'aurait été l'albédo s'ils n'avaient pas été installé.
Et c'est indispensable pour faire une comparaison.

Pourquoi ne sait-on pas? On peut savoir si c'était des terres agricoles ou une forêt dévastée ou le sable du désert ou des marécages ou des toits de maisons. C'est pas tellement lointain les PV, on eut même déceler ce genre d'info au google earth par la comparaison de photos de dates antérieures.

En tout cas, il serait possible d'essayer d' examiner les différents cas possibles par des hypothèses qui seront à vérifier ou à quantifier plus tard. Un premier pas important est de comprendre les mécanismes physiques qui interviennent et de fixer une méthodologie, et les calculs et raffinement viennent après.

EDIT

Je vois que la discussion a progressé!

[masterclassic]

Je crois que le phénomène est bien complexe pour aller déjà à des calculs de chiffres à la hâte. Des milliers de professeurs et d'académiciens et de chercheurs travaillent dessus et ne peuvent pas parfois à se mettre d'accord.
A mon avis il faudrait commencer par examiner le bilan d'énergie dans 2 cas principaux, à un niveau qualitatif:
1) Avec PV, sur une surface concrète, par example 1000 ou 10000 m2. Energie recue, énergie réfléchie / rayonnée, CO2 lié à l'installation et utilisation des PV.
2) Sans PV sur la même surface. Energie recue et réfléchie, énergie consommée par d'autres sources (gaz, petrole, ... ) pour produire la même énergie, CO2 correspondant à la quantité de ce carburant...

Puis, je ne sais pas la contribution de l'énergie reçue par les plantes vertes à l'échauffement: celle énergie participe dans une mesure aux réactions chimiques de la photosynthèse.

[antek]

Pourquoi ne sait-on pas ?
On peut savoir si c'était des terres agricoles ou une forêt dévastée ou le sable du désert ou des marécages ou des toits de maisons. C'est pas tellement lointain les PV, on eut même déceler ce genre d'info au google earth par la comparaison de photos de dates antérieures.

Parce qu'on n'est pas devin !
A un moment donné, le propriétaire a eu le choix :
- soit PV
- soit autre chose (incluant le rien) que l'on ne connait pas
S'il avait choisit cet "autre chose" que serait l'albédo ?

Mais peut-être qu'il suffit de prendre une moyenne.

[masterclassic]

Parce qu'on n'est pas devin !
A un moment donné, le propriétaire a eu le choix :
- soit PV
- soit autre chose (incluant le rien) que l'on ne connait pas
S'il avait choisit cet "autre chose" que serait l'albédo ?

Mais peut-être qu'il suffit de prendre une moyenne.

On ne devine pas, on estime. C'est ainsi que la science appliquée marche.
En plus, dans ce cas on ne va pas comparer avec une évantuelle solution hypothétique que certains propriétaires *auraient pu* suivre mais n' ont pas suivi,
Úne voie pratique est de comparer avec une situation antérieure à l'installation des PV: par exemple des terres cultivées, ou des terres arides, ou des prairies ou je ne sais pas quoi d'autre.
Bien sûr on peut faire d'autres hypothèses et examiner d'autres "scenarios" comme on fait dans tous les cas de problèmes complexes.

La valeur de 0.30 serait aussi une solution, si on veut éviter de chercher ou d'estimer cette information dans un premier temps. Mais c'est une hypothèse à verifier par la suite, surtout si l'analyse montre que le résultat dépend considérablement du choix de ce paramètre.
Albedo 0.30 est une sorte de moyenne pour l'ensemble de la planète, qui inclut entre autres:
les les mers et océans
les neiges des montagnes
le Sahara et les autres deserts
et bien sûr les nuages qui couvrent le plus souvent la moitié du globe.
Une valeur moyenne donnera une estimation valable si les PV sont installés de manière uniforme dans toute sorte de terrain (quoique déjà on peut exclure les mers et les montagnes difficiles d'accès.
Puis, je soupçonne que les installations sont placées près de la consommation d'électricité, pour éviter les réseaux de transport coûteux (dans le cas de l'énergie éolienne, il se passe que les positions les plus propices sont situées au tiers monde, où la demande d'énergie est relativement faible, contrairement aux pays developpés).

[Juju41]

Il me semble que le CO2 reste + que 3/5 ans dans l'atmosphère

[Juju41]

Sinon le calcul est intéressant, mais on a une idée de la réponse ... je ne pense pas que l'albédo des PVs soit significatif devant celui de l'océan par exemple.
La grandeur significative est probablement l'énergie grise du PV versus emissions CO2 du fossile

En instantané, évidemment il vaut mieux consommer 1kW de solaire que de fossile (en faisant abstraction de l'énergie grise de fabrication du PV, et du système de stockage, batteries, mines de terres rares etc)
Mais si on tient compte de tout ...

[invite704162f6]

C'est environ 1000 W / m²

Effectivement !

Bon finalement je reprend mon calcul avec les hypothèses suivantes :
CO2 émis par l'homme depuis 1850 = 1500 gigatonnes = 1.5x10¹⁵kg -- https://earthobservatory.nasa.gov/Fe...ycle/page4.php
Surface de la terre = 510 000 000 000 000 m²
Durée de vie du CO2 dans l'atmosphère = 100 ans -- GIEC (en fait ce n'est pas la durée de vie, mais la durée du déséquilibre du CO2 si j'ai bien compris, la durée de vie du CO2 est bien de l'ordre de 5 ans)
Augmentation du rayonnement du fait du CO2 émis par l'homme depuis 1850 = 3,5W/m² -- C'était le plus dur à trouver :*https://ams.confex.com/ams/Annual200...per_100737.htm
kgCO2 émis par le gaz naturel pour la production d'1kWh de chaleur = 210 gCO2 -- ADEME - je ne prend pas en compte les pertes liées à la production d'électricité qui seraient aux alentours de 70 %
Par la suite je fais l'hypothèse que l'intégralité du CO2 émis est toujours dans l'atmosphère à peu de choses près ce n'est pas trop faux compte tenu de la durée de vie du CO2 (100ans).

3,5W/m² de terre dus aux énergies fossiles,
2,94 kgCO2 dans l'atmosphère émis par l'homme par m² de terre depuis 1850,
Soit 1,19 W par kgCO2 dans l'atmosphère pendant la durée de vie du CO2 de 100 ans.
Ce qui donne pour 1kWh de gaz naturel, soit 0,210 kgCO2 pendant 100 ans :*219 kWh + 1kWh de chaleur lié à la combustion du gaz bien sûr (et je divise ça par le rendement de 30% pour produire de l'électricité soit environ 660 kWh pour 1kWh électrique d'origine gaz produite = C'est moche pour le climat.

C'est très très grossier mais je pense que l'ordre de grandeur est correct.

Pour le PV
Je fais les hypothèses suivantes :*
1000 W/m² de soleil
Rendement moyen de 10% (il faut donc 10 m² pendant une heure pour faire un kWh)
Albedo initial du sol :*0,25 (albedo de l'herbe selon WIKI)
Albedo PV :*0,05
Energie grise pour un panneau de PV = rien trouvé de clair là dessus mais à priori le temps de retour énergétique est entre 15 et 20 ans, je prends donc une hypothèses de 1kWh produit pour 1kWh consommé pour la production.

Donc pour le PV
Pour 1kWh électrique produit = 9 kWh de pertes liées au rendement + 2kWh lié à la variation d'albedo + 1kWh d'énergie grise(Gaz, PV, Charbon ?) = 12 kWh de chaleur pour 1kWh électrique PV.
C'est toujours très grossier mais c'est pour l'ordre de grandeur.

Après le risque c'est si le 1 kWh utilisé pour produire le panneau vient du gaz ou d'une énergie fossile, alors là on est mal.

Que pensez vous de ce calcul ?

[polo974]

...
Rendement du PV : 14 % (Pour 1kWh électrique produit, 7 kWh de chaleur générés à proximité)
...

ben non,
1 kWh produit, 6 kWh non transformés pour un total de 7 kWh...

ensuite, on peut simplement prendre en compte l'albédo, vu que l'énergie convertie ou non fini en chaleur (déjà dit par Dynamix).


à propos de l'énergie grise:

je prends donc une hypothèses de 1kWh produit pour 1kWh consommé pour la production.

donc autant ne pas faire de photovoltaïque... ou bien vérifier les sources...

[da23real]

L'albedo c'est bien la dernier facteur auquel j'aurais pensé pour les panneaux. Personnelement j'irais plutôt chercher du côté de l'energie grise, le transport, la maintenance et puis surtout la déforestation lorsque ils sont posés au sol. Là je me demande vraiment si ça a un interêt et si on obtient pas plus d'énergie en exploitant la biomasse (tout en évitant l'erosion). A part évidemment s'ils sont posés sur une surface qui était déja bétonnée mais je crois pas que ce soit la majorité des cas...

[f6bes]

L'albedo c'est bien la dernier facteur auquel j'aurais pensé pour les panneaux. Personnelement j'irais plutôt chercher du côté de l'energie grise, le transport, la maintenance et puis surtout la déforestation lorsque ils sont posés au sol. Là je me demande vraiment si ça a un interêt et si on obtient pas plus d'énergie en exploitant la biomasse (tout en évitant l'erosion). A part évidemment s'ils sont posés sur une surface qui était déja bétonnée mais je crois pas que ce soit la majorité des cas...

Bjr à toi,
Bien sur la biomasse il n'est pas utile de la transporter, de faire de la maintenance des appareils qui l'utilisent !
Tu fais comment !
Bonne nuit