L'énergie photovoltaïque

Photovoltaïque est le terme utilisé pour décrire la conversion directe de la lumière
en électricité. La lumière est absorbée par des électrons semi-conducteurs, produisant
ainsi de l'électricité sans l'intervention de pièces mobiles.

Qu'est ce que l'énergie solaire photovoltaïque ?

La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un
matériau semi-conducteur (silicium par exemple). Elle ne nécessite ni pièce en
mouvement, ni carburant, et n'engendre aucun bruit.
L'élément de base est la cellule photovoltaïque : exposée à la lumière, elle absorbe l'énergie des photons lumineux. Ceux-ci mettent en mouvement des électrons qui sont happés par un champ électrique interne. Les électrons collectés à la surface de la cellule génèrent un courant électrique continu.La tension de sortie d'une cellule photovoltaïque est faible (0,6 V). C'est pourquoi les cellules sont mises en série électrique, puis encapsulées entre une plaque de verre à l'avant et un autre matériau étanche à l'humidité à l'arrière. Elles forment ainsi un module photovoltaïque (produit que l'on trouve dans le commerce). Selon les technologies et le type d'usage qui en est fait, ce module présente une surface de 0,1 m² (10 W) à 1 m² (100 W), valeurs moyennes indicatives, et décline des tensions de 12 V, 24 V ou 48 V selon l'application.

Qu'est ce qu'un système photovoltaïque et à quoi sert-il?

Un système photovoltaïque est un ensemble de composants produisant de l'énergie électrique. Les composants de ce système sont des modules photovoltaïques, les appareils de gestion et de conversion de l'énergie et éventuellement des batteries d'accumulateurs. On distingue deux types de systèmes:

♦  les systèmes photovoltaïques en sites isolés qui permettent d'électrifier et d'alimenter tous les appareils électriques des habitations éloignées du réseau de distribution d'électricité, pour lesquelles une extension du réseau serait très coûteuse. Plus de 5 000 foyers français, également répartis en métropole et dans les DOM, en sont équipés. Le principe : pendant la journée, les modules photovoltaïques produisent de l'électricité. Celle-ci est ensuite soit utilisée directement, soit stockée dans un parc de batteries d'accumulateurs pour que l'usager puisse avoir de l'électricité le soir ou quand le soleil ne brille pas. A noter : 1,6 milliards de personnes dans le monde n'ont pas et n'auront jamais accès à l'électricité par des moyens classiques. Le marché potentiel du système photovoltaïque en sites isolés est donc très important.

♦  les systèmes photovoltaïques raccordés au réseau qui permettent à chaque citoyen déjà raccordé au réseau électrique de devenir producteur de tout ou partie de l'électricité qu'il consomme. Les modules photovoltaïques deviennent alors partie intégrante de l'enveloppe de l'habitat (toiture, verrière, bardage, mur rideau). Le système produit du courant continu, qui est transformé en courant alternatif par un onduleur puis injecté dans le réseau de distribution publique. Un compteur électrique mesure l'énergie fournie au réseau. Par contrat (d'une durée de 20 ans), la compagnie d'électricité, achète à l'usager le courant injecté à un prix convenu, tout en continuant à lui facturer normalement sa consommation.

Les Cellules Solaires

Au coeur de tout système photovoltaïque se trouve une cellule solaire, ou cellule photovoltaïque. Il s'agit d'un matériau semi-conducteur généralement fabriqué à partir de silicium. Les cellules cristallines au silicium peuvent être réalisées à partir de plaquettes en silicium monocristallines, polycristallines ou ruban. Leur coût et leurs performances sont identiques. Les cellules photovoltaïques se présentent sous la forme d'un film et utilisent de très fines couches (environ 0,001 mm) de matière semiconductrice déposée sur un verre ou sur tout autre support. Y sont ajoutés du silicium amorphe, du cadmium telluride et du cuivre indium diselenide. Actuellement, elles sont moins efficaces que les cellules cristallines au silicium.

Les modules solaires

Les cellules photovoltaïques produisent du courant électrique en très basse tension. Il faut en connecter plusieurs en série pour donner une tension opérationnelle. Celles-ci sont le plus souvent au nombre de 36 et sont connectées entre elles, fournissant une tension suffisante pour charger une batterie 12 Volts.
Les cellules photovoltaïques sont connectées entre elles et protégées des incidents mécaniques et des intempéries dans un module photovoltaïque (ou solaire). C'est le noyau standard autour duquel viennent construire les grands systèmes photovoltaïques.
Une série de modules photovoltaïques connectés entre eux produisant la tension et le courant requis est appelée champ photovoltaïque (ou solaire). Un champ solaire comprend toutes les structures de support et les interconnexions nécessaires. De grands champs solaires peuvent être divisés en sous-champs.

Quelle est la différence de production d'électricité entre deux modules photovoltaïques installés à Lille et à Nice?

Un module photovoltaïque d'une surface de 1 m² produira environ 100 kWh par an à Lille et 120 kWh par an à Nice. (Ex donné pour un module au silicium cristallin)

Les régulateurs de charge

Un régulateur de charge constitue le coeur du système et il est indispensable pour empêcher les modules photovoltaïques de surcharger la batterie. Une régulation de charge est nécessaire pour empêcher les pertes d'eau excessives et prolonger la durée de vie de la batterie.
Le régulateur empêche aussi normalement que l'utilisation décharge la batterie, ce qui est préjudiciable à la plupart des batteries. Les régulateurs peuvent également inclure d'autres fonctions, telles que: * Affichage ou indication de la tension-batterie, de son état de charge et des divers courants * Des contacts de relais d'alarme permettent de transmettre des informations indiquant un dysfonctionnement * Des seuils de contrôle permettent de lancer un groupe de secours, etc... * Des communications à distance
Concevoir un régulateur destiné à une application particulière nécessite une connaissance appronfondie du comportement d'un module photovoltaïque, des caractéristiques d'une batterie et des besoins de l'utilisateur.

Les batteries

L'électricité que produit un module photovoltaïque à tout moment varie en fonction de la quantité de lumière qu'il reçoit (elle est à zéro pendant la nuit). La plupart des utilisations électriques ont besoin d'une quantité constante d'électricité. La batterie fournit du courant lorsque les modules photovoltaïques ne produisent rien (pendant la nuit) ou lorsque leur production est insufisante la journée. La batterie absorbe le surplus de courant provenant des modules lorsque ceux-ci produisent plus de courant que n'en demandent les utilisations.
La batterie fournit une réserve d'énergie (autonomie du système) qui peut être utilisée pendant plusieurs jours très nuageux ou, en cas d'urgence, si une partie du système photovoltaïque tombe temporairement en panne. La batterie empêche de grandes fluctuations de tension pouvant éventuellement l'endommager.

Quelle est la différence entre solaire photovoltaïque et solaire thermique?

Le solaire photovoltaïque (PV) permet de produire de l'électricité. La conversion directe de l'énergie solaire en électricité se fait par l'intermédiaire d'un matériau semi-conducteur comme le silicium. L'élément de base est la cellule photovoltaïque et le produit commercial s'appelle un module photovoltaïque.
Le solaire thermique permet de produire de la chaleur (à basse, moyenne ou haute température). Les applications les plus répandues sont celles concernant le bâtiment comme la production d'eau chaude sanitaire. La conversion du rayonnement solaire en chaleur se fait grâce au capteur solaire thermique.