Les panneaux solaires: Installation photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité au sein de matériaux semi-conducteurs comme le silicium ou recouverts d’une mince couche métallique. Ces matériaux photosensibles ont la propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure. C’est l’effet photovoltaïque. L’énergie est apportée par les photons, (composants de la lumière) qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant un courant électrique. Ce courant continu de micropuissance calculé en watt crête (Wc) peut être transformé en courant alternatif grâce à un onduleur.
* Le watt-crête (Wc) mesure la puissance théorique maximale qu’un module ou qu’une installation peut produire dans des conditions standard d’ensoleillement.
L’électricité produite est disponible sous forme d’électricité directe ou stockée en batteries (énergie électrique décentralisée) ou en électricité injectée dans le réseau.
Un générateur solaire photovoltaïque est composé de modules photovoltaïques eux même composés de cellules photovoltaïques connectées entre elles.
Les performances d’une installation photovoltaïque dépendent de l’orientation des panneaux solaires et des zones d’ensoleillement dans lesquelles vous vous trouvez.
En France il existe un prix du kilowattheure solaire et vous pouvez consommer et vendre du courant photovoltaïque. L’avenir du photovoltaïque dans les pays industrialisés passe par son intégration sur les toits et les façades des maisons solaires.
Effet photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque, différent de l’énergie solaire thermique, provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité. Cette conversion se produit au sein de matériaux “semi-conducteurs”, qui ont comme propriété de libérer leurs électrons sous l’influence d’une énergie extérieure. Dans le cas du photovoltaïque, cette énergie est apportée par les photons, les composants de la lumière, qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant le courant électrique.
Cellule photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques ont pour constituant de base les semi-conducteurs, dont le plus exploité est le silicium. Ce matériau est modifié par l’apport d’éléments extérieurs (en général des atomes de phosphore et de bore) pour le polariser et attirer les électrons dans un certain sens. Ils circulent et créent un courant électrique qui est recueilli par des fils métalliques très fins. Les cellules sont assemblées en modules. Les modules vont de micropuissances de moins de 2 Wc* à des capacités unitaires de 150 Wc, voire 300 Wc.
* Le watt-crête (Wc) mesure la puissance théorique maximale qu’un module ou qu’une installation peut produire dans des conditions standard d’ensoleillement.
Différents types de cellules
Les cellules les plus répandues sont issues de lingots de silicium cristallin, découpés en fines tranches. Lorsque le matériau est constitué d’un seul cristal, on parle de silicium monocristallin (aspect uniforme gris bleuté ou noir). Quand il est élaboré à partir de plusieurs cristaux assemblés, on l’appelle silicium polycristallin (généralement bleu, aspect d’une mosaïque). Les cellules issues du silicium monocristallin ont de meilleurs rendements que les autres, mais elles sont plus chères. Moins répandues, les cellules “en couches minces” sont fabriquées en déposant des couches très fines (quelques microns) de semi-conducteurs ou de matériaux photosensibles sur des supports bon marché comme le verre, le métal ou le plastique. Les cellules, par exemple, dans les calculatrices sont en couches minces.
Alimenter avec un module photovoltaïque
Les plus petits modules peuvent alimenter des montres, des calculatrices ou encore des parcmètres ou des bornes d’appel d’urgence sur autoroute. Des systèmes plus puissants peuvent fournir l’électricité pour des sites isolés (bateaux, maisons, etc.) ou être reliés à un réseau de distribution électrique, intégrés dans un bâtiment ou non. Pour chaque cas de figure, l’équipement sera différent. Des applications (pompe à eau, ventilation) peuvent exploiter directement l’électricité produite en fonction du soleil. En revanche, l’utilisation en site isolé demande de pouvoir stocker le courant pour une utilisation la nuit ou par mauvais temps. Les modules produisent du courant continu, qu’il faut convertir en courant alternatif pour l’adapter à la plupart des appareils électriques.
Electricité produite sur le réseau
La législation française exige la présence de deux compteurs distincts : l’un pour compter la consommation et l’autre, la production. Cette configuration est importante lorsque le kilowattheure solaire est vendu plus cher que n’est acheté le kilowattheure “ordinaire” du réseau. Ainsi, en France, le kilowattheure est acheté à EDF à 0,1074 € en heures pleines et 0,0654 € en heures creuses. Le kilowattheure photovoltaïque est vendu 0,30 €, voire 0,60 € si les modules sont intégrés au bâti. Ces tarifs d’achat préférentiels visent à soutenir le développement de cette source d’énergie. Selon la technologie et la surface installées, en tenant compte de paramètres locaux : ensoleillement, orientation des panneaux, un système de 1 kWc (10 m2) produit environ 1 000 kWh par an. Les besoins électriques d’un foyer de 4 personnes représentent environ 2 500 kWh par an (hors chauffage électrique et eau chaude sanitaire). Un système de 25 m2 (2,5 kWc) peut donc produire l’équivalent de cette consommation. Toutefois, si ce même foyer engage une démarche d’économie d’énergie (remplacement des ampoules par des lampes fluo-compactes, appareils de classe A et suppression des veilles inutiles, etc.), il pourra dégager un excédent et rentabiliser plus rapidement son installation photovoltaïque. Dans le meilleur des cas, le retour sur investissement, en France, est de six ans, grâce aux aides publiques.
Impact environnemental des panneaux solaires photovoltaïque
En France, selon l’irradiation solaire, une cellule rembourse en deux à cinq ans son investissement, c'est-à-dire celle qui a été nécessaire à sa fabrication (cadre, câble et supports compris). Elle fonctionne au moins pendant trente ans, elle la rembourse même de 6 à 15 fois. En phase d’utilisation, les modules ne génèrent aucun impact négatif sur l’environnement. En fin de vie, la plupart de ses composants (verre, aluminium, silicium, métal) peuvent être recyclés. En outre, l’économie moyenne de CO2 est estimée à 0,6 kg par kilowattheure solaire produit par rapport à une énergie fossile.