Les systèmes photovoltaïques
Fondamental :
La conversion photovoltaïque (PV[1]) présente l'immense avantage d'être complétement statique et par conséquent d'une excellente fiabilité avec une très faible maintenance. C'est aussi le moyen à transformer un habitat passif en bâtiment à énergie positive (BEPOS[2])
Les cellules au silicium cristallin dominent actuellement le marché, mais d'autres technologies notamment en couches minces devraient probablement émerger. Le coût des générateurs PV[1] est encore très élevé. Sachant que la durée d'ensoleillement équivalente à pleine puissance (1 kW/m²) est comprise entre 1000 et 2000 h, le prix de revient du kWh PV[1] est parmi les plus élevés. Il devrait cependant baisser significativement à l'horizon 2030/50.
Fin 2004, la puissance photovoltaïque installée (systèmes connectés ou non au réseau) dans le monde atteignait environ 3,8 GW.
Comment ça marche ?
Les panneaux photovoltaïques transforment l'énergie solaire (les photons) en courant électrique (les électrons). La puissance issue du capteur est proportionnelle à l'intensité lumineuse. Le courant produit est de type continu et doit ensuite être transformé par un onduleur en courant alternatif afin d'alimenter les appareils électriques.
Il peut être utilisé tel quel pour de petites applications déportées et autonomes (automatismes de portail, éclairage extérieur...).
Outre le facteur d'ensoleillement, la disposition des panneaux solaires est très importante. Les performances varient du simple au double en fonction de l'inclinaison. Pour obtenir un résultat optimal, il faut les placer perpendiculairement au soleil.
L'angle dépend donc de la latitude, de la saison, et de l'utilisation prévue : si par exemple on veut plus d'électricité en hiver, il faut un angle plus grand que pour une utilisation estivale.
Le plus performant est composé de panneaux orientables suivant le soleil (trackeurs).
Les moyens de captage
La cellule est l'élément de base : une diode photovoltaïque de dimensions de l'ordre de quelques centimètres et de puissance de quelques watts.
Le module est un assemblage de cellules de l'ordre de 10 cm connectées en série et parallèle. On peut avoir des panneaux de 32, 36, 72, 216... cellules, de 10 à une centaines de watts.
Les systèmes les plus couramment utilisée sont des modules de 100 W (1 m²) avec 72 cellules en série (34 V) ou 2 x 36 (série – parallèle 17 V).
Le raccordement des cellules peut se faire :
en série : même courant, limité par la diode la moins éclairée, les tensions s'ajoutent.
en parallèle : même tension, limité par la diode la moins éclairée, les intensités s'ajoutent.
Les différentes méthodes de raccordement
Deux options sont possible mais qui peuvent s'imposer selon le contexte géographique ou les incitations notamment fiscales qui peuvent exister :
Le stockage énergétique sur batteries s'impose sur site isolé lorsque le maximum d'autonomie est recherchée.
Compte tenu des puissances en jeu, il est indispensable que la consommation soit maîtrisée et que la notion d'économie soit poussée à son maximum en utilisant conjointement des appareils très économes et une utilisation de l'énergie parcimonieuse. De plus le coût environnemental des batteries de stockages contenant du plomb et de l'acide n'est pas neutre et il est nécessaire de les changer plusieurs fois dans la durée de vie d'une installation.
Le raccordement au réseau.
Il comprend deux alternatives : la vente de la totalité de la production (qui est la solution la plus utilisée lorsque le contrat de rachat est soutenu fiscalement) et la vente du surplus après autoconsommation.
Dans ces deux cas, c'est le réseau lui-même qui offre un « stockage », la production servant à lisser la demande de consommation globale.
Les systèmes hybrides
Ils sont destinés à réduire la quantité stockée et permettre l'utilisation de ressources renouvelables et locales.
Par exemple, le couplage éolien/photovoltaïque permet de mieux lisser la production puisque les apports sont généralement complémentaires.
L'autre alternative consiste à coupler l'installation avec un générateur fonctionnant soit avec un carburant soit avec une pile à combustible pour assurer l'autonomie en cas de période sans ressource trop longue.
