Comment ça marche ?
- Les types de systèmes et leurs applications
- La production de l’énergie photovoltaïque
- Les principaux éléments d’un système solaire photovoltaïque
- Utiliser ou revendre de l’électricité photovoltaïque
Les types de systèmes et leurs applications
Il existe deux types différents de systèmes solaires :
- L’énergie solaire thermique : la transformation du rayonnement solaire en énergie thermique permet des usages multiples : chauffage d’eau, de logement ou de bâtiment ou encore production de vapeur d’eau pour centrales thermiques.
- L’énergie photovoltaïque : la production d’électricité par transformation de la lumière du soleil au moyen de cellules photovoltaïques permet de produire une énergie propre pour alimenter tout type d’appareil ou de systèmes électriques.
L’énergie photovoltaïque connaît de nombreuses applications à des échelles très différentes, par exemple, de l’habitat individuel aux grandes toitures de bâtiments collectifs, en passant par l’alimentation électrique de site isolés ou les parcs solaires de plusieurs hectares.
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La production de l’énergie photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque résulte de la transformation directe de la lumière du soleil en énergie électrique au moyen de cellules. Pour obtenir une puissance suffisante, les cellules sont reliées entre elles et constituent le module, appelé aussi panneau solaire. En fonction de la puissance désirée, les panneaux eux-mêmes peuvent être assemblés pour constituer un champ solaire photovoltaïque.
Selon certaines applications, il est nécessaire de convertir le courant continu généré en courant alternatif, comparable à celui qui alimente les appareils domestiques courants comme la télévision ou le réfrigérateur. Ce principe se fait par le biais d’un onduleur intégré à l’installation solaire photovoltaïque.
Les principaux éléments d’un système solaire photovoltaïque
- Les cellules
Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière, génère de l’électricité. Le courant obtenu est fonction de la lumière incidente. La cellule photovoltaïque produit un courant continu.
Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. On l’obtient par réduction à partir de silice (le composé le plus abondant dans la croute terrestre et notamment dans le sable ou le quartz). Le silicium brut, produit industriellement, doit être ensuite purifié et retravaillé. Il est alors produit sous forme de lingots, appelées « wafers ». Ces lingots sont découpés en très fines plaques de 200 micromètres d’épaisseur, retraités et métallisés pour devenir des semi-conducteurs : les cellules photovoltaïques.
Selon qu’elles soient issues de cristaux de silicium d’un seul tenant ou pas, les cellules sont de type mono ou polycristallin, chacune avec des spécificités techniques. Les cellules monocristallines ont un meilleur rendement mais les cellules polycristallines sont moins onéreuses et durent plus longtemps.
- Les modules
Les cellules photovoltaïques sont parfois utilisées seules (éclairage de jardin, calculatrice, ...) ou regroupées en modules.
Un module solaire photovoltaïque (ou panneau solaire photovoltaïque) est un générateur électrique de courant continu constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement, qui sert de module de base pour les installations photovoltaïques.
On parle de « puissance crête » pour qualifier le potentiel maximal de production électrique d’une cellule ou d’un panneau photovoltaïque (ou de tout autre structure de production électrique d’ailleurs).
La puissance crête d’un panneau photovoltaïque est de l’ordre de 100 à 200 watts par mètre carré (soit un rendement de 10 à 15 %) ce qui donne une puissance crête de 50 à 250 W par panneau, selon ses caractéristiques, notamment sa taille.
Cette puissance est livrée sous forme de courant continu, ce qui est parfait pour un branchement sur une batterie et pour de nombreuses applications, mais implique une transformation en courant alternatif par un onduleur s’il s’agit de l’injecter dans un réseau de distribution. La tension délivrée dépend du type des panneaux et du branchement des cellules. Elle est de l’ordre de 10 à 100 volts.
> Pour en savoir plus sur les différents types de modules
- Les structures
On désigne par ce terme les éléments sur lesquels reposent les modules.
Classiquement, dans les parcs photovoltaïques (centrales au sol), les modules sont fixés sur des structures métalliques dont la hauteur et l’inclinaison sont spécifiquement calculées par rapport à l’ensoleillement et l’orientation du parc, pour maximiser le rendement de l’installation.
Aujourd’hui, les modes d’intégration des modules photovoltaïques sont extrêmement divers selon le type de projet (habitat individuel, bâtiments collectifs, sites industriels, parkings, etc.) et les objectifs architecturaux poursuivis, en façade, en toiture ou autre.
Les types de structures sont par conséquent tout aussi nombreux, et la recherche continue à faire progresser les possibilités d’implantation. On trouvera notamment :
- Structure à plat sur toiture (SPT)
- Structure intégrée en toiture (SIT)
- Structure brise-soleil (SBS)
- Structure triangulée sol (STS)
> Pour en savoir plus sur les différents types de structures
- Les onduleurs
Un onduleur est un dispositif d’électronique de puissance permettant de délivrer des tensions et des courants alternatifs à partir d’une source d’énergie électrique continue. L’onduleur est un convertisseur de type continu/alternatif.
> Pour en savoir plus sur les onduleurs
- Les autres composants
D’autres éléments complètent le système photovoltaïque selon son usage de destination : disjoncteur, compteur de production et de consommation, régulateur, moniteur etc.
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Utiliser ou revendre de l’électricité photovoltaïque
Les principaux modes opératoires du photovoltaïque sont l’alimentation au fil du soleil, l’alimentation avec stockage sur batterie et la connexion réseau.
- L’alimentation au fil du soleil
Relié au récepteur sans autre élément, le panneau solaire fonctionne "au fil du soleil" : la puissance électrique fournie au récepteur est fonction de la puissance d’éclairement. Elle est donc à son maximum lorsque le soleil est au zénith et nulle la nuit. Les systèmes au fil du soleil fonctionnent parfaitement pour le pompage de l’eau qui est alors directement stockée dans un réservoir.
> Pour en savoir plus sur les applications pour le pompage solaire
- L’alimentation avec stockage sur batterie
Très souvent, les besoins en énergie ne correspondent pas aux heures d’ensoleillement ou nécessitent une intensité régulière (éclairage ou alimentation de réfrigérateurs, par exemple). On équipe alors le système de batteries et d’accumulateurs qui permettent de stocker l’énergie et de la restituer en temps voulu. Un régulateur est alors indispensable pour protéger la batterie contre les surcharges ou les décharges profondes nocives à sa durée de vie.
> Pour en savoir plus sur la connexion sites isolés
- La connexion réseau
De plus en plus utilisé par les habitations et bâtiments privés ou publics, la connexion au réseau permet aux professionnels et aux particuliers d’injecter l’énergie produite par leurs installations photovoltaïques directement sur le réseau électrique local. L’énergie ainsi produite est valorisée par le gestionnaire du réseau électrique au travers d’un compteur agréé. En France, le tarif de rachat par EDF est garanti pendant 20 ans. Selon les pays, d’autres aides ou dispositifs existent.
> Pour en savoir plus sur la connexion réseau
