Fonctionnement installation photovoltaïque Rhône-Alpes

Conseils électricité solaire Rhône-Alpes

La découverte de l’effet photovoltaïque

Comme son nom l’indique, l’effet photovoltaïque consiste à transformer la lumière en électricité.

Ce principe a été découvert en 1839 par le physicien français Alexandre Becquerel. L’effet photovoltaïque fut, lui, découvert par le physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz.

Mais c’est Albert Einstein qui a réussi le premier à l’expliquer. Ce travail de réflexion le mena jusqu’à l’obtention du prix Nobel de physique en 1921.

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La composition d’un panneau photovoltaïque

Plus la puissance des cellules est grande et plus leur nombre est élevé, plus les panneaux produisent.

Ces cellules sont élaborées sur base de silicium avec addition d’impuretés de certains éléments chimiques (bore et phosphore), et sont capables de produire chacune courant de 2 à 4 Ampères, à un voltage de 0.46 à 0.48 Volts, en utilisant comme source le rayonnement solaire. Les cellules sont montées en série ou en parallèle sur les panneaux ou les modules solaires pour obtenir un voltage désiré. Une partie de la radiation fortuite est perdue par réflexion et autre partie par transmission (elle traverse la cellule).

Le reste est capable de faire sauter des électrons d’une couche à l’autre en créant un courant proportionnel à la radiation. Les cellules sont composées de 2 semi-conducteurs différents (type P et N) qui produisent du courant à leur jonction sous l’effet des photons.

Cet ensemble de cellules est entouré par des éléments qui lui confèrent une protection face aux agents externes et une rigidité pour être reliés aux structures qui les supportent.

Les éléments sont les suivants :

– L’enrobement, constitué par un matériel qui doit présenter une bonne transmission à la radiation et une grande résistance à l’action des rayons solaires.
– Couverture extérieure de verre trempé, qui laisse passer au maximum le rayonnement solaire, et qui doit résister aux conditions climatologiques les plus défavorables et supporter des changements brusques de température.
– Couverture postérieure, constituée normalement de plusieurs couches opaques qui reflètent la lumière.
– Cadre de métal, en aluminium, qui assure la rigidité et l’étanchéité de l’ensemble, et qui porte les éléments nécessaires pour l’assemblage du panneau sur la structure qui le supporte.
– Boite de terminaux : il intègre les sorties du panneau pour la connexion du module.
– Diodes de protection : elles empêchent les problèmes liés aux ombres partielles sur la surface du panneau (feuille d’arbre par exemple). Sans elles, c’est la totalité du panneau qui ne produirait plus.

Appelés aussi « photopiles », les panneaux produisent toujours du courant continu.

Le rendement annuel d’un système photovoltaïque

On entend par le terme rendement le pourcentage d’énergie qu’est capable de restituer une cellule ou un panneau par rapport à celle qu’il a reçu du soleil.

Par exemple, en admettant qu’une cellule soit exposée à 100 watts d’énergie solaire et qu’elle en produise 10 watts en retour, son rendement sera de 10 %. Ainsi un panneau qui possède un meilleur rendement qu’un autre, produira plus à surface égale. Actuellement, les rendements disponibles sur le marché pour le grand public oscillent entre 5 et 20 %. En 20 ans, le rendement des panneaux a été multiplié par 4 et c’est loin d’être terminé car les laboratoires de recherche commencent à flirter avec les 40 %. Ces augmentations sont surtout liées aux nanotechnologies et promettent une très nette élévation des rendements et une baisse significative des tarifs d’ici quelques années.

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Le rendement dépend en grande partie de la qualité et de la conception des composants du système, tels que les modules mais aussi des onduleurs.

L’angle d’inclinaison et l’orientation de l’installation par rapport au soleil sont également décisifs en termes de performances pour une installation photovoltaïque.

De même, la présence d’ombrage sur la toiture photovoltaïque pendant la période d’ensoleillement peut modifier parfois et de manière importante la production.

En moyenne, le rendement augmente d’environ 750 à 1 500 kWh/kWc selon la situation géographique.

Il peut même atteindre 1700 kWh/kWc dans certaines régions particulièrement favorables.

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La qualité des panneaux photovoltaïques

Le respect des normes en vigueur (EIC 61215, IEC 61646, etc.) garantisse que le module solaire fonctionnera sans soucis pendant au moins 20 ans dans des conditions normales d’utilisation.

Elles concernent l’ensemble des cellules composant le panneau mais aussi son châssis ainsi que le câblage. Cette norme n’est pas attribuée aux constructeurs mais indépendamment à chaque type de matériel.

L’utilisation du photovoltaïque

Une des premières applications de la propriété des matériaux semi-conducteurs a été la fourniture d’électricité sur les équipements spatiaux, dans les années 1960. Puis, dans les années 1970, cette technologie commencera à équiper les sites terrestres isolés (chalets d’altitude, refuges, etc.)

Aujourd’hui, les cellules photovoltaïques se multiplient autour de nous à des échelles très diverses : alimentation de calculatrices, montres, signalisation lumineuse sur les routes, balises dans les jardins, toits photovoltaïques sur les bâtiments, éléments de façades… alors que les technologies des cellules photovoltaïques ont encore une importante marge de progression.

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L’électricité photovoltaïque est un grand rêve : produire sur sa propre maison une des énergies les plus nobles, l’électricité, dont notre confort moderne est tellement dépendant. Grâce à l’encouragement de l’état français par le tarif de rachat de l’électricité produite en intégration, les aides des régions, des départements, parfois de certaines communes et le crédit d’impôt à l’installation, ce rêve devient accessible et plus intéressant dans certains cas que l’épargne classique bancaire.

Dans certains pays, c’est également une solution pour faciliter l’accès à l’eau, à la santé et à l’éducation pour des populations éloignées des réseaux de distribution d’électricité (1,6 Milliards de personnes)

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La recherche dans le domaine du photovoltaïque

Le silicium constituant les cellules photovoltaïques implique des phases d’industrialisation et de mise en œuvre importantes.

Le matériau de base, même si on le trouve en quantité sur notre planète, reste très cher, ceci lié à sa pureté. Sa pureté est équivalente à celle du silicium utilisé dans le domaine informatique (presque 100 % !)

Depuis bien des années, les industriels ont donc investi dans la recherche pour éviter d’utiliser ce silicium si cher. Les résultats ont permis de développer de nouvelles technologies de panneaux qui n’utilisent plus le silicium mais des composants comme le Cuivre, l’Indium et le Sélénium. Appelé tuiles ou panneaux « CIS » , ce nouveau matériel photovoltaïque commence à voir le jour en France et reste très prometteur .

Il est certains que dans les années futures, d’autres substituts au Silicium seront mis sur le marché. La nanotechnologie reste une solution des plus prometteuses, mais il reste encore des années d’étude et de mise au point avant que soient proposés ces produits au grand public et à des prix compétitifs.