Tout savoir sur l’énergie photovoltaïque

Un kit solaire est composé d’un ou plusieurs panneaux solaires associés à un onduleur et à d’autres équipements électriques et mécaniques qui utilisent l’énergie du soleil pour produire de l’électricité.

La taille des systèmes photovoltaïques peut varier en fonction de l’objectif de l’installation allant des petits systèmes pour recharger un téléphone l’été jusqu’aux grandes centrales électriques. Bien que les systèmes photovoltaïque puissent fonctionner seuls, hors réseau, cet article se concentre sur les systèmes connectés au réseau électrique ou reliés au réseau.

Comment ces systèmes fonctionnent-ils ?

La lumière du soleil (composée de paquets d’énergie appelés photons) frappe sur un panneau solaire et crée un courant électrique par un processus appelé l’effet photovoltaïque. Chaque panneau produit une quantité d’énergie relativement faible, mais il peut être relié à d’autres panneaux pour produire des quantités d’énergie plus importantes.

L’électricité produite par un panneau se caractérise par du courant continu. Ce courant sert à alimenter immédiatement un appareil électrique, l’énergie n’est pas stockée.

 Bien que de nombreux appareils électroniques utilisent du courant continu, y compris votre téléphone ou votre ordinateur portable, ils sont conçus pour fonctionner à l’aide du réseau électrique qui fournit (et nécessite) du courant alternatif. Par conséquent, pour que l’électricité solaire soit utile, elle doit d’abord être convertie de courant continu en courant alternatif à l’aide d’un onduleur.

Le courant alternatif produit par l’onduleur peut ensuite être utilisé pour alimenter des appareils électroniques locaux ou être envoyé sur le réseau électrique pour être utilisé ailleurs.

Il peut également envoyer l’électricité à des batteries qui vont la stocker.

Composants du système

Outre les panneaux solaires, un kit slaire comporte d’autres composants importants. Ces composants (qui représentent généralement plus de la moitié du coût du système et la majeure partie de la maintenance) peuvent inclure des onduleurs, des supports, des câblages, des combinateurs, des déconnexions, des disjoncteurs et des compteurs électriques.

Panneau solaire

Un panneau solaire se compose de nombreuses cellules solaires dotées de propriétés semi-conductrices et encapsulées dans un matériau qui les protège de l’environnement.

Les panneaux captent les photons du soleil, et les transforment en électricité utile grâce à un processus appelé effet photovoltaïque.

De chaque côté du semi-conducteur se trouve une couche de matériau conducteur qui « recueille » l’électricité produite.

La face éclairée du panneau contient également un revêtement anti-reflet pour minimiser les pertes. La majorité des panneaux solaires produits dans le monde sont fabriqués à partir de silicium cristallin, dont le rendement théorique est limité à 33 % pour convertir l’énergie du soleil en électricité.

Cependant de nombreux autres facteurs entrent en jeu pour doper le rendement des panneaux solaires. L’inclinaison des panneaux est un de ces enjeux. Le site devispanneausolaire.com a réalisé un article complet sur l’inclinaison optimale pour les panneaux solaires.

Onduleurs

Un onduleur est un dispositif électrique qui accepte le courant électrique sous forme de courant continu (à l’état brut)  et le convertit en courant alternatif prêt à l’emploi. Une installation solaire sans onduleur serait donc totalement obsolète.

Cette conversion est nécessaire pour faire fonctionner la plupart des appareils électriques ou pour envoyer de l’énergie sur le réseau électrique. Les onduleurs sont importants pour presque tous les systèmes d’énergie solaire et sont généralement le deuxième composant le plus cher de l’installation.

Rayonnage

Le rayonnage désigne le dispositif de montage qui fixe le champ solaire au sol ou sur le toit. Généralement construits en acier ou en aluminium, ces appareils fixent mécaniquement les panneaux solaires en place avec un haut niveau de précision. Les systèmes de rayonnage doivent être conçus pour résister à des phénomènes météorologiques extrêmes tels que des vents de la force d’un ouragan ou d’une tornade et de fortes accumulations de neige.

En effet, un rayonnage qui craque enverrait les panneaux solaires tout droit à la casse. Et sans aller aussi loin, si il bouge et modifie l’inclinaison des panneaux, la productivité ne sera plus du tout la même.

Une autre caractéristique importante des systèmes de rayonnage consiste à relier électriquement et à mettre à la terre le champ solaire pour éviter toute électrocution. Les systèmes de rayonnages sur toiture se déclinent généralement en deux versions : les systèmes pour toit plat et les systèmes pour toit en pente.

Pour les toits plats, il est courant que le système de rayonnage comprenne un ballast lesté pour maintenir le champ solaire sur le toit par gravité.

Sur les toits en pente, le système de supportage doit être ancré mécaniquement à la structure du toit.

Les systèmes montés au sol peuvent également utiliser du lest ou des ancrages mécaniques pour fixer le générateur au sol. Certains systèmes de rayonnages au sol intègrent également des systèmes de suivi qui utilisent des moteurs et des capteurs pour suivre le soleil dans le ciel, ce qui augmente la quantité d’énergie produite, mais entraîne des coûts d’équipement et de maintenance plus élevés. Ainsi qu’une diminution de la durée de vie de l’installation, car plus il y a de mouvement plus la mécanique s’use.

Autres composants du système photovoltaïque

Les autres composants d’un système photovoltaïque comprennent les combinateurs, les déconnecteurs, les disjoncteurs, les compteurs et le câblage.

Un combinateur solaire, comme son nom l’indique, combine deux ou plusieurs câbles électriques en un seul plus grand. Les combinateurs comprennent généralement des fusibles de protection et sont utilisés sur tous les panneaux solaires de taille moyenne à grande et à l’échelle du service public.

Les sectionneurs sont des portes ou des interrupteurs électriques qui permettent la déconnexion manuelle d’un fil électrique. Généralement utilisés de part et d’autre d’un onduleur, à savoir le « DC disconnect » et le « AC disconnect », ces dispositifs assurent l’isolation électrique lorsqu’un onduleur doit être installé ou remplacé.

Les coupe-circuits ou disjoncteurs protègent les systèmes électriques contre les surintensités ou les surtensions. Conçus pour se déclencher automatiquement lorsque le courant atteint une valeur prédéterminée, les disjoncteurs peuvent également être actionnés manuellement, agissant comme une déconnexion supplémentaire. Exactement comme pour une installation électrique classique au final.

Un compteur électrique : nous n’avons plus besoin de le présenter.. Il mesure la quantité d’énergie qui le traverse et est généralement utilisé par les compagnies d’électricité pour mesurer et facturer les clients.

Pour les systèmes photovoltaïques, un compteur spécial est utilisé pour mesurer à la fois l’énergie entrante du service public et l’énergie sortante du système photovoltaïque.

Enfin, le câblage ou les câbles électriques transportent l’énergie électrique depuis chaque composant et doivent être correctement dimensionnés pour transporter le courant.

Le câblage exposé à la lumière du soleil doit être protégé contre l’exposition aux UV, et les câbles transportant du courant continu nécessitent parfois une gaine métallique pour une protection supplémentaire.

Pour un complément d’information vous pouvez consulter l‘article d’EDF dédié à l’énergie solaire