Introduction

Les systèmes photovoltaïques transforment directement la lumière du soleil en électricité, et ce silencieusement et sans pièce mécanique en mouvement. Les cellules photovoltaïques exploitent les propriétés semi-conductrices de certains matériaux comme le silicium. Soumises à la lumière, elles produisent un courant électrique continu. Si nécessaire, il peut être transformé en courant alternatif selon les caractéristiques des applications électriques à raccorder.
 
Les systèmes photovoltaïques peuvent ainsi alimenter de petits équipements portables (montres, calculatrices, …), des applications en site isolé (habitations éloignées du réseau électrique, équipements de télécommunication, électrification rurale), ou être raccordées au réseau électrique.
La simplicité de l’installation, la facilité d’exploitation et le caractère silencieux de la production électrique sont des atouts considérables pour des applications dans le bâtiment.

En Europe, la grande majorité de la puissance installée est raccordée au réseau électrique, c'est-à-dire que la production est fournie au réseau électrique et ensuite consommée par les équipements qui y sont connectés.


Soleil Chauffe-eau solaire, Séchoir et four solaire Chaleur
Système photovoltaïque, Centrale thermodynamique Electricité
Réfrigération solaire Froid

 

Ces informations s’appuient sur les ouvrages de référence consultables dans notre centre de documentation.

 

 

La source d'énergie renouvelable : le soleil

 

Le soleil a une température périphérique de l’ordre de 6 000°C. Comme tout corps noir, il émet un rayonnement dans toutes les directions sous la forme d’un spectre, càd un ensemble d’ondes de fréquences différentes réparties selon une distribution spectrale.

 

Après avoir parcouru une distance d’environ 150 millions de km, le rayonnement solaire atteint la terre avec une puissance de 1 360 W/m², nous sommes à AM0. Ensuite au fur et à mesure qu’il traverse l’atmosphère, le spectre se modifie : Des bandes d’absorption apparaissent et l’intensité diminue légèrement. Par ciel clair, la puissance du rayonnement du soleil à 42° d’inclinaison (AM1,5) est de l’ordre de 1.000 W/m².

En Belgique, l’énergie solaire moyenne annuelle captée sur une surface horizontale est de l’ordre de 1 000 kWh/m². 50% de l’énergie solaire résulte de l’ensoleillement direct et 50% du diffus c’est-à-dire de la lumière retransmise par la couverture nuageuse. Par ailleurs, cette énergie solaire est inégalement répartie sur l’année.


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Systèmes de conversion

La cellule photovoltaïque est l’élément central d’un module photovoltaïque. Il s’agit d’une surface composée d’un matériau semi-conducteur, en général le silicium, qui absorbe la lumière et la transforme en électricité. C’est ce qu’on appelle l'effet photovoltaïque.

Les rendements de conversion photovoltaïque sont limités par le caractère quantique de l’effet photovoltaïque et la forme du spectre solaire. L’effet photovoltaïque exploite un saut énergétique. Seule une partie du spectre solaire est exploitable.

 

 

Le silicium est le semi-conducteur le plus couramment utilisé car il a un très bon rendement. Il existe trois types de cellules en silicium : en silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe. Leur rendement varie entre 12 et 21% pour le monocristallin et le polycristallin et il tourne autour des 7% pour l’amorphe. Notons également que d’autres technologies viennent concurrencer le silicium : il s’agit des couches minces. Parmi elles, les cellules CIS (Cuivre-Indium-Selenim), CIGS (Cuivre-Indium – Gallium – Selenium), HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer).

Un système photovoltaïque se compose de modules (capteur solaire formé de cellules photovoltaïques) et, selon les applications, d’un ensemble d’éléments pour la conversion de l’électricité (onduleur), la protection ou le contrôle des différents éléments (régulateurs et adaptateurs de charge) et le comptage de l’électricité produite (compteur électrique) et dans le cas des applications isolées le stockage de l’énergie (batteries).

Les cellules solaires utilisent une caractéristique physique des matériaux semi-conducteurs comme le silicium cristallin. Elles transforment l’énergie solaire en un courant électrique continu. Celui-ci est soit stocké dans des batteries, soit consommé tel quel, soit transformé en courant alternatif avant d’être consommé ou injecté dans le réseau électrique.

 

La puissance d’un générateur photovoltaïque s’exprime en Watt-crête (Wc) ou Watt-peak en anglais (Wp). Cette unité est la puissance électrique maximale qu'une cellule photovoltaïque peut fournir dans des conditions optimales (capteur face au soleil par ciel découvert).

En Belgique, un système de 1kWc, exposé plein Sud à 35° d’inclinaison et sans ombrages, produit environ 950 kWh/an. Selon la technologie utilisée, on peut estimer qu’avec une surface de 10 m² (entre 800 et 2.100 kWc) on produit entre 760 et 2.000 kWh/an.

Les modules photovoltaïques doivent être orientés entre l'est et l'ouest en évitant soigneusement les ombrages. Une orientation plein sud permet de capter le maximum d'énergie, une orientation à l’est ou à l’ouest engendre une diminution de production de 20%. Dans le cas d’une orientation sud-est ou sud-ouest, la perte se réduit à 5%. L'inclinaison idéale est de 35°.

Pour obtenir une simulation exacte de votre irradiation, le site PVGIS de la commission européenne est une référence.

 

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