Explications Techniques et Historiques sur le nouveau Phénomène de socièté 2009
"Les Panneaux Solaires Photovoltaïques "
"L'électricité sans déchets ni rejets polluants"
le principe d’une installation photovoltaïque.
C’est très simple : grâce à des capteurs en silicium, des panneaux solaires photovoltaïques convertissent la lumière en électricité.
Les panneaux sont constitués d’un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement. Energie renouvelable par excellence, un panneau photovoltaïque ne génère aucun déchet de fonctionnement, et sa durée de vie est supérieure à 30 ans.
Le panneau photovoltaïque, comment ça marche ?
Le rendement d’une installation.
La rentabilité de votre panneau Photovoltaïque se calcule en fonction de plusieurs critères : l’inclinaison donnée à votre panneau, l’orientation choisie et bien entendu l’ensoleillement de votre département.
Ci-dessus les facteurs de correction du gisement solaire selon une inclinaison et une orientation donnée. Pour une installation située en France métropolitaine
La technologie photovoltaïque permet de produire son électricité à partir de quelques mètres carrés de panneaux solaires et de vendre sa production à un tarif préférentiel.
Chaque année la totalité de l’énergie produite est facturée à votre fournisseur (EDF, Régie, Coopérative).
Le générateur photovoltaïque est composé de 3 éléments principaux :
> Les capteurs solaires, intégrés à la toiture, absorbent les rayons du soleil et les transforment en électricité (courant continu)
> L’onduleur convertit le courant continu en courant alternatif, identique à celui distribué par le réseau.
> Le compteur de vente connecte le système au réseau électrique de distributions par un câblage électrique.
L’amortissement :
L’énergie photovoltaïque doit être considérée comme un investissement financier. Plus la surface de panneaux solaires est importante, plus la production est élevée et donc la rente qui en est déduite. En moyenne le retour sur investissement est de 8 à 10 ans.
Si l’on vous parle de kilowatt-crête
La puissance-crête d’une installation photovoltaïque (exprimée en kWc) est la puissance maximale (capteurs bien orientés, bien inclinés, sans ombrage) qu’elle peut produire sous un ensoleillement donné. Dix mètres carrés de modules courants développent une puissance-crête d’un kilowatt, soit environ une énergie de 900 kWh à Lille et de 1 200 kWh à Nice, par an .
Quand l'énergie nécessaire dépasse la quantité fournie par une seule cellule, les cellules sont regroupées pour former un module photovoltaïque, parfois désigné de manière ambigüe sous le terme de panneau solaire. De tels modules ont été dans un premier temps utilisés pour alimenter des satellites en orbite, puis des équipements électriques dans des sites isolés ou sur des bateaux ou véhicules. Une baisse des coûts de production a ensuite élargi le champ d'application de l'énergie photovoltaïque à la production d'électricité sur les réseaux électriques.Il existe trois technologies différentes de fabrication des modules solaires photovoltaïques :
• Les modules solaires Monocristallins ( Anteriorité plus de 40 ans ) : Ils possèdent un meilleur rendement au m², et sont essentiellement utilisés pour tout type de surface. Le coût plus onéreux qu'une autre installation de même puissance, contrarie le développement de cette technologie. Les capteurs photovoltaïques sont à base de cristaux de silicium encapsulés dans une enveloppe plastique.
• Les modules solaires Polycristallins: Actuellement c'est le meilleur rapport qualité/prix et les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans), et en plus ils peuvent être fabriqués à partir de déchets de l'électronique.
• Les modules solaires Amorphes: Ces modules auront un bon avenir car il peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, ce qui nécessite plus de surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m² installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules . Les panneaux « étalés » sont réalisés avec du silicium amorphe (pulvérisation du silice sur une surface traitée), au fort pouvoir énergisant et présentés en bandes souples permettant une parfaite intégration architecturale.
Wc(crête) ou Wp(pic) ?
Ils définissent tous les deux la puissance maximale d'une cellule et d'un module photovoltaïque. La mesure en Wc ou Wp est déterminée dans les conditions suivantes : Ensoleillement=1000W, Température=25°C, Masse d'air=1,5.
Composition d'un module solaire photovoltaïque :
verre trempé de 3,4 à 4 mm
une feuille de EVA transparent (Ethil-Venyl-Acetat)
les cellules photovoltaïques
feuille de fibre de verre
feuille de EVA
feuille de tedlar blanc
Les modules les plus courants du marché comptent 36, 40, 60 ou 72 cellules.
36 x 0,614V = 22,10V CC (nécesssaire pour charger une batterie de 12V)
72 x 0,610V = 44,20V CC
Influence de l'ensoleillement :
Sur terre, l'énergie solaire moyenne en pleine exposition reçue par m² de panneaux exposés en plein soleil est de 1 kW, alors que dans l'espace la constante solaire est de 1,367 kW/m². Malgré son nom la constante solaire n'est pas vraiment constante puisque l'activité solaire n'est pas elle-même constante.
Les pertes occasionnées lors de la traversée de l'atmosphère par la lumière est telle que l'énergie qui arrive au sol sur terre est plus faible et de l'ordre moyen de 1 kW/m² au midi vrai. C'est cette valeur qui est communément retenue pour les calculs. En laboratoire pour déterminer le rendement d'une cellule ou d'un panneau solaire, une source d'énergie solaire artificielle de 1 kW/m² est également utilisée. Au final, l'énergie qui arrive au sol dépend de l'inclinaison du soleil donc de l'épaisseur de l'atmosphère à traverser et de sa nébulosité.
Alors que cette question peut être étudiée plus en détail sur le site de l'Institut de l'énergie solaire (INES), le nombre d'heures d'équivalent plein soleil concerne plus particulièrement le producteur d'électricité photovoltaïque.
En effet, un panneau solaire n'est qu'exceptionnellement exactement face au soleil puisque la terre tourne sans arrêt et que l'inclinaison du soleil par rapport au panneau évolue en permanence. Au cours d'une journée sans nuage la production électrique du panneau varie également en permanence en fonction de la position du soleil et n'est jamais à son maximum sauf au bref passage du plein midi. La production en fin de journée est donc une somme de productions partielles. Par temps couvert, donc en l'absence de soleil, la luminosité ambiante, alors que le soleil est caché, permet quand même une toute petite production électrique, et ces petites productions additionnées finissent par faire des kWh. En fin d'année à partir du total de la production électrique on obtient le nombre d'heures d'équivalent plein soleil de l'année qui n'a rien à voir avec le nombre d'heures d'ensoleillement au sens météo.
Le nombre d'heures d'ensoleillement vu par les services météo ou les climatologues n'est pas de la même nature. Soit il y a du soleil soit il n'y en a pas2. On constate que Rouen est située sur la ligne des 1750 heures d'ensoleillement par an, alors que le nombre d'heures d'équivalent plein soleil y est proche de 1100 heures.
Il faudrait aussi tenir compte de l'albédo du sol, c'est-à-dire de son pouvoir de réflexion de la lumière. Lorsqu'une installation est environnée de neige par exemple, donc d'un environnement très réflexif, la production d'une installation augmente parce qu'elle récupère une petite partie de la lumière réfléchie par la neige alentour. Mais cette variable n'est pas facile à quantifier et se trouve, de fait, incluse dans le nombre d'heures d'équivalent plein soleil.
Avant de s'équiper en panneaux photovoltaïques, il est intéressant de savoir ce qu'on peut en tirer au lieu géographique concerné. Pour cela, la Communauté Européenne a mis en ligne un logiciel gratuit qui permet à tout citoyen de l'Union où qu'il se trouve dans la Communauté de connaître la production d'électricité annuelle en kWh dont il bénéficiera3. Après quelques essais pour se familiariser avec ce logiciel, on découvre qu'à Liège on peut obtenir 840 kWh/kWc/an, Hambourg 870, Colmar 940, Rouen 950, Munich 950, Arcachon 1100,Chamonix 1110, La Rochelle 1140, Agen 1150, Montélimar 1280, Perpignan 1290, Eraklion Crête 1310, Madrid 1400, Cannes 1465, Séville 1470, Malte 1480, Faro Portugal 1550.
Marché mondial :
Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaïques sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l'électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France et dans d'autres pays (mais souvent à des conditions particulières).
En 2006, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté, dans le monde, une puissance de 1500 MW , portant la totalité des installations mondiales à 6700 MW . Le Japon (1750 MW) , l'Allemagne (3063 MW) et les États-Unis (610 MW) représentent ensemble 81 % du marché mondial. Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l'électricité) représentent la majorité des nouvelles installations
La technologie photovoltaïque présente des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres. De plus, il faut tenir compte des économies si elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil, ...), et des économies sur le réseau électrique qui pourraient être permises par une installation décentralisée. Ces facteurs donne une chance à cette technique
Puissances installées photovoltaïque
Différentes puissances cumulées installées fin 2007 :
• monde 9 400 MW
• Europe 4 690 MW
• Allemagne 3 850 MW
• Japon 2 150 MW
• États-Unis 840 MW
• Espagne 516 MW
• France 60 MW (à confirmer)
La prévision mondiale pour 2008 est de 13.500 MW
Les modules au silicium cristallin, les plus répandus, peuvent avoir une durée de vie d’une trentaine d’année.
Exigez la garantie du constructeur et la référence aux normes NF-CEI 61215 (silicium cristallin) et NF-CEI 61646 (couches minces). Les onduleurs récents sont eux aussi très fiables : ils sont censés tenir dix ans en moyenne avant la première panne.
L’ensemble des conditions techniques garantissant la qualité et la pérénité d’une installation photovoltaïque est contenu dans l’ouvrage : "Générateurs photovoltaïques raccordés au réseau. Guide de rédaction du cahier des charges techniques de consultations à destination du maître d'ouvrage" (n°5047 - disponible fin Mai 2004 - ADEME Editions - Angers).
L’effet photovoltaïque a été découvert par Antoine Becquerel en 1839. Il est le produit du choc des photons de la lumière sur un matériau semi-conducteur qui transmet leur énergie aux électrons qui génèrent une tension électrique.
Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire, qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou recharger une batterie. De nombreuses calculatrices de poche utilisent l'énergie photovoltaïque.
