Le secteur solaire photovoltaïque est un domaine récent, mais présentant de nombreux avantages pour les foyers français. En exploitant la lumière du soleil, il est possible de produire une énergie verte, gratuite et inépuisable. Dans ce sens, il convient donc de bien comprendre ce domaine afin de mieux appréhender son projet photovoltaïque, notamment en explorant les différents termes du secteur photovoltaïque.
Un certain nombre de termes sont utilisés dans le secteur du solaire photovoltaïque.
L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie produite par une technologie qui convertit directement la lumière du soleil en électricité, grâce à des cellules photovoltaïques. Ces cellules, généralement fabriquées à partir de silicium, utilisent l’effet photovoltaïque pour transformer les calories des photons en courant électrique continu. L’énergie ainsi produite peut ensuite être utilisée localement ou injectée dans un réseau électrique.
L’énergie photovoltaïque est une source d’énergie renouvelable, propre et inépuisable, car elle exploite directement l’énergie du soleil, disponible partout sur la planète, sans émissions de gaz à effet de serre. Ceci est possible grâce à l’installation de panneaux photovoltaïques qui se chargent de transformer les calories de la lumière naturelle en électricité utilisation pour la consommation.
A titre de rappel, l’histoire de l’énergie solaire photovoltaïque remonte au 19e siècle avec la découverte de l’effet photovoltaïque en 1839 par le physicien français Alexandre Edmond Becquerel. Cependant, il faudra attendre 1954 pour voir la première cellule photovoltaïque en silicium, développée par les chercheurs des laboratoires Bell aux États-Unis. Cette invention marque un tournant dans le secteur, permettant la conversion directe de la lumière en électricité.
Dans les années 1960, la technologie photovoltaïque est d’abord utilisée pour alimenter des satellites spatiaux. C’est dans les années 1970-1980, avec les crises pétrolières, que l’intérêt pour l’énergie solaire grandit sur Terre, même si les coûts restent élevés.
Les années 2000 voient une baisse significative des coûts de production des panneaux solaires, grâce aux avancées technologiques et à la montée des préoccupations environnementales. Aujourd’hui, l’énergie solaire photovoltaïque est une composante majeure de la transition énergétique mondiale, se positionnant comme une solution efficace et accessible pour produire de l’électricité propre.
Le secteur photovoltaïque est un domaine complexe, impliquant de nombreux concepts. Connaître les bases de cette technologie permet néanmoins de mieux comprendre les enjeux de l’énergie solaire et de mieux profiter de ses avantages.
Le photovoltaïque est une technologie qui permet de convertir directement la lumière solaire en électricité en utilisant des cellules solaires, offrant ainsi une source d’énergie propre et renouvelable pour alimenter divers besoins en électricité.
L‘autoproduction photovoltaïque fait référence à la génération d’électricité à partir de panneaux solaires installés sur site, permettant aux propriétaires de produire leur propre énergie renouvelable pour répondre à une partie ou à la totalité de leurs besoins en électricité. Les surplus d’électricité peuvent être utilisés localement, stockés ou injectés dans le réseau électrique.
L’autoconsommation photovoltaïque est un principe qui consiste à consommer directement sa propre production électrique obtenue grâce aux panneaux photovoltaïques. Cela permet de réduire la dépendance au réseau électrique et aux énergies fossiles.
Le rendement est le pourcentage d’énergie solaire captée par les panneaux solaires et convertie en électricité utilisable. C’est-à-dire qu’il mesure l’efficacité de la conversion et peut varier en fonction de facteurs tels que la qualité des panneaux, les conditions météorologiques et l’orientation de l’installation.
Pour transformer la lumière du soleil en énergie électrique, il faut utiliser un panneau solaire photovoltaïque. Il s’agit d’un matériel qui intègre des cellules photovoltaïques pour capter, puis convertir les calories du soleil en courant continu. Cette production passe ensuite par un onduleur ou un micro-onduleur pour être transformée en courant alternatif.
Un onduleur solaire est un dispositif électronique qui permet de convertir le courant continu généré par les panneaux solaires en courant alternatif utilisable pour l’alimentation des appareils électriques ou pour son injection éventuelle dans le réseau électrique. Ce dispositif joue un rôle crucial dans l’efficacité et la fonctionnalité des systèmes solaires car il assure une conversion adéquate de l’énergie produite.
Un micro-onduleur s’utilise dans les systèmes photovoltaïques pour convertir directement le courant continu généré par chaque panneau solaire en courant alternatif. Contrairement aux systèmes utilisant des onduleurs traditionnels, chaque panneau solaire se compose d’un micro-onduleur. Celui-ci permet une optimisation individuelle de la production d’énergie et minimise les pertes dues à l’ombrage ou aux différences de performances entre panneaux. Cette approche améliore l’efficacité globale du système et offre une surveillance plus précise des performances de chaque module solaire.
Les cellules photovoltaïques constituent l’élément principal d’un panneau photovoltaïque. Ils sont responsables de la conversion de l’énergie des photons en courant continu.
Une cellule photovoltaïque est un composant électronique conçu pour convertir directement la lumière du soleil en électricité, grâce à l’effet photovoltaïque. Il s’agit de la plus petite unité de production de courant fabriquée à partir de plaquettes de silicium ou de films en couches minces. Lorsque les photons de lumière frappent la surface de la cellule, ils libèrent des électrons, générant ainsi un courant électrique. Un ensemble de plusieurs cellules photovoltaïques connectées composent un module photovoltaïque.
Le silicium forme de nombreux cristaux lors de sa fabrication, reconnaissables à leur structure superficielle en fleur de givre. Le rendement des cellules polycristallines est inférieur à celui des cellules monocristallines, mais le gain de surface dû à la forme compense cette perte de rendement. D’ailleurs il est le plus récurrent dans le secteur photovoltaïque.
Les cellules photovoltaïques monocristallines se fabriquent à partir d’un seul cristal de silicium, offrant une efficacité élevée. Ceci est possible grâce à leur structure uniforme et à leur capacité à convertir efficacement la lumière solaire en électricité. Leur apparence est généralement reconnaissable par une couleur uniforme.
Pour profiter de l’énergie photovoltaïque, il convient de se pencher sur la notion d’énergie et de puissance photovoltaïque.
Le Watt-crête (Wc) est une unité de mesure de la puissance maximale d’une cellule ou d’un module (puissance crête) dans des conditions standardisées, fournissant ainsi une indication de sa capacité à générer de l’électricité à son rendement optimal.
La puissance nominale est la puissance maximale que le panneau photovoltaïque peut générer dans des conditions standardisées, généralement à une température de 25°C et à une intensité lumineuse de 1000 watts par mètre carré (W/m²), avec un spectre de lumière solaire standard. Les unités de mesure de la puissance nominale sont les watts-crête (Wc) ou les kilowatts-crête (kWc).
La puissance maximale est la puissance réelle que le panneau photovoltaïque génère dans des conditions réelles d’utilisation, qui peuvent varier en fonction des conditions météorologiques, de l’orientation, de l’inclinaison du panneau et de la qualité des composants
L’intensité d’un panneau photovoltaïque représente le courant électrique généré par le panneau en réponse à l’exposition à la lumière solaire. Mesurée en ampères (A), cette intensité varie en fonction de la puissance de sortie du panneau et aussi des conditions environnementales. D’ailleurs, elle constitue un indicateur crucial de la capacité du panneau à produire de l’électricité et permet d’évaluer son rendement.
Le courant continu (CC) est un flux ininterrompu de charges électriques qui circule dans une seule direction dans un circuit. Il conserve une polarité constante, à savoir que les électrons se déplacent de la borne négative vers la borne positive d’une source d’alimentation électrique. Les dispositifs de stockage d’énergie tels que les piles et les batteries produisent du courant continu, qui est largement utilisé dans les applications électroniques et les systèmes solaires photovoltaïques.
Le courant alternatif (CA) est un type de courant électrique qui oscille périodiquement en changeant régulièrement de direction dans un circuit. Cette fluctuation continue entre polarités positives et négatives est caractérisée par des variations sinusoïdales de tension et d’intensité. Le courant alternatif est largement utilisé pour l’alimentation des réseaux électriques domestiques et industriels en raison de sa capacité à être facilement transformé en tensions différentes pour la distribution.
A noter que les installations photovoltaïques produisent généralement du courant continu (CC) à partir de la conversion directe de la lumière solaire en électricité à l’aide de cellules solaires. Cependant, pour l’alimentation des besoins électriques domestiques et industriels, le courant continu produit par les panneaux solaires est généralement converti en courant alternatif (CA) à l’aide d’un onduleur. Le courant alternatif est ensuite utilisé pour alimenter les appareils électriques et est compatible avec les réseaux électriques existants.
Il existe deux types de techniques pour installer les panneaux photovoltaïques.
L’intégration dans le secteur photovoltaïque fait référence à l’installation harmonieuse et esthétique de panneaux solaires directement dans la structure d’un bâtiment, telle que la toiture ou la façade. Cette approche vise à fusionner visuellement les panneaux solaires avec l’architecture existante, tout en maximisant la capture de l’énergie solaire. Ainsi, l’intégration permet une utilisation efficace de l’espace disponible, tout en contribuant à une esthétique discrète et moderne.
La surimposition dans le secteur photovoltaïque désigne la méthode d’installation de panneaux solaires au-dessus de la toiture existante d’un bâtiment, sans altérer la structure de base. Cette approche permet d’éviter des modifications majeures à l’enveloppe du bâtiment, tout en exploitant l’espace disponible pour la production d’énergie solaire. La surimposition offre une solution flexible pour intégrer des panneaux solaires sans perturber l’esthétique architecturale et peut être particulièrement avantageuse pour les bâtiments dont la toiture ne convient pas à une installation intégrée.
Pour avoir les meilleures performances, il faut bien orienter les panneaux photovoltaïques. Quelques notions sont donc à comprendre.
L’azimut est l’angle horizontal mesuré en degrés entre le nord géographique et la direction vers laquelle les panneaux solaires sont orientés. C’est un paramètre crucial pour optimiser la capture de l’énergie solaire, car il détermine l’exposition des panneaux au soleil tout au long de la journée. Un azimut bien ajusté permet de maximiser la production d’électricité en tirant pleinement parti de l’ensoleillement disponible.
L’inclinaison d’un panneau photovoltaïque se réfère à l’angle d’élévation par rapport à l’horizontal de sa surface exposée au soleil. On ajuste cet angle afin de maximiser l’efficacité de la capture de l’énergie solaire en fonction de la latitude et des conditions locales. En général, il faut une inclinaison entre 35° et 45° pour une production optimale.
L’orientation est la direction dans laquelle la surface exposée du panneau photovoltaïque est inclinée par rapport aux points cardinaux (nord, sud, est, ouest). On choisit l’orientation pour optimiser la capture de l’énergie solaire en fonction de la position géographique, dans le but d’obtenir le meilleur rendement énergétique possible.
La tension à vide est la tension maximale mesurée aux bornes d’un panneau solaire lorsque celui-ci n’est pas connecté à une charge externe. Cela se produit dans des conditions de faible luminosité ou lorsque le panneau est en circuit ouvert. La tension à vide représente la capacité intrinsèque du panneau à générer une différence de potentiel électrique en réponse à l’exposition à la lumière solaire, sans que du courant ne soit prélevé.
La tension nominale d’un panneau solaire est la tension de sortie maximale qu’il peut fournir lorsqu’il s’expose à un ensoleillement optimal. En effet, cette valeur est essentielle pour dimensionner correctement les systèmes solaires et assurer une compatibilité appropriée avec les composants électriques associés.
Une fois installé, il ne faut pas oublier de raccorder les panneaux photovoltaïques. Différents éléments sont à comprendre dans ce sens.
Le Boitier de Raccordement pour le Générateur (BRG) constitue un composant crucial des installations photovoltaïques. Il agit comme un point central de connexion entre les panneaux solaires et le reste du système électrique. En assurant la jonction des câbles solaires provenant des panneaux, le BRG facilite la transmission du courant continu vers l’onduleur, tout en offrant des mesures de sécurité telles que la protection contre les surintensités et les surtensions. De plus, le BRG peut abriter des dispositifs de surveillance et de communication, contribuant ainsi à la gestion et à la maintenance efficaces de l’ensemble du générateur solaire.
La classe de protection désigne le degré de protection de l’équipement contre les influences environnementales et les contacts accidentels. Généralement, on indique cela à l’aide du code d’Indice de Protection (code IP) suivi de deux chiffres. Le premier chiffre indique la protection contre les corps solides tels que la poussière, tandis que le deuxième chiffre se réfère à la protection contre les liquides tels que l’eau. Cela fournit une évaluation essentielle de la robustesse des composants électriques dans des conditions spécifiques.
Le coefficient de température est un paramètre qui mesure la sensibilité d’un composant ou d’un système à la variation de la température ambiante. Son expression courante se fait en pourcentage par degré Celsius (%/°C), et il peut s’appliquer à des éléments tels que les panneaux solaires et les onduleurs. Un coefficient de température négatif indique une diminution de la performance avec l’augmentation de la température, tandis qu’un coefficient positif peut suggérer une amélioration. De ce fait, cette mesure est alors importante pour évaluer les effets de la chaleur sur l’efficacité et la production d’électricité des systèmes photovoltaïques.
Le courant de court-circuit est le courant maximal qui circule dans un circuit photovoltaïque lorsqu’il est court-circuité, c’est-à-dire, lorsque les bornes positives et négatives du circuit sont directement reliées sans charge externe. Mesuré en ampères (A), ce courant représente la capacité maximale de production de courant d’une source photovoltaïque en conditions optimales d’ensoleillement. Ainsi, la valeur du courant de court-circuit est un paramètre important pour évaluer la capacité de charge et la conception sécuritaire des composants électriques du système solaire.
Les panneaux solaires utilisent la diode by-pass, un composant électrique, pour réduire les pertes d’énergie résultantes de l’ombrage partiel ou de l’obstruction partielle des cellules solaires. Elle permet alors d’éviter que le courant électrique généré par les cellules ombragées ne circule à rebours à travers elles, ce qui pourrait entraîner des perturbations dans le fonctionnement global du système. Ainsi, en déviant le courant, la diode by-pass assure une meilleure performance globale en minimisant l’impact des ombres et en permettant aux cellules solaires non ombragées de fonctionner efficacement.
Le générateur fait référence à l’ensemble des panneaux solaires connectés pour produire de l’électricité à partir de la lumière solaire. On dispose ces panneaux photovoltaïques en série ou en parallèle pour former un réseau électrique qui collecte et convertit l’énergie solaire en courant continu. Le générateur solaire peut être conçu pour alimenter directement des appareils ou pour injecter l’électricité dans le réseau électrique. Cela explique comment sa taille, son agencement et sa capacité déterminent la puissance de sortie totale et la contribution à la production d’énergie propre.
Un string désigne un groupe de panneaux solaires câblés en série pour former un circuit électrique continu. On connecte les panneaux d’un même string les uns aux autres, ce qui permet de combiner leurs tensions individuelles. L’objectif est d’optimiser l’efficacité de la conversion d’énergie solaire en réduisant les pertes par câblage et en harmonisant les caractéristiques électriques des panneaux. Les strings se raccordent ensuite à l’onduleur dans le but de convertir le courant continu en courant alternatif et alimenter les systèmes électriques.
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