Imprimer

Solaire photovoltaïque

L’’effet photovoltaïque" est un phénomène physique propre à certains matériaux appelés "semi-conducteurs". Le plus connu d’entre eux est le silicium utilisé pour les composants électroniques. Nous distinguerons les capteurs, leur production, et l’utilisation de l’effet photovoltaïque.

Lorsque les “grains de lumière” (les photons) heurtent une surface mince de ces matériaux, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans une direction particulière, créant ainsi un courant électrique qui est recueilli par des fils métalliques très fins. Ce courant peut être ajouté à celui provenant d’autres dispositifs semblables de façon à atteindre la puissance désirée pour un usage donné : ainsi plusieurs cellules photovoltaïques forment un module et plusieurs modules forment un champ photovoltaïque.

Fonctionnement d’une cellule photovoltaique
Fonctionnement d’une cellule photovoltaique

L’effet photovoltaïque

Le matériau photovoltaïque peut être disposé soit en cellules minces et plates découpées dans un lingot de silicium obtenu par fusion et moulage, puis connectées les unes aux autres en série pour constituer un module photovoltaïque. Soit en une mince couche uniforme obtenue par projection de matériau réduit en fine poudre sur le verre.

Le silicium utilisé en photovoltaïque peut se rencontrer sous trois formes :

  • silicium poly cristallin : il s’agit du matériau photovoltaïque le plus utilisé, à lui seul plus de 50% du marché mondial. Il offre un bon rendement de 12% pour des coûts de fabrication maîtrisés
  • silicium mono cristallin : son rendement est légèrement supérieur au silicium poly cristallin. Il est de 15%. En revanche sa fabrication est plus délicate donc plus coûteuse.
  • silicium amorphe : son rendement de 6 % est bien inférieur à ceux des silicium cristallin et son coût est proportionnellement inférieur.

Pour ces trois matériaux photovoltaïques, les coûts par unité puissance sont identiques mais les surfaces de capteur nécessaires pour atteindre cette unité de surface varient en fonction du rendement. Les matériaux en silicium cristallin (poly et mono) représentent 90% du marché mondial.

Les capteurs photovoltaïques

Les capteurs –ou modules- photovoltaïques sont constitués d’un ensemble de cellules photovoltaïques qui génèrent un courant continu lorsqu’elles sont exposées à la lumière. Attention : c’est la lumière qui produit, non la chaleur !

La puissance du système photovoltaïque, et donc l’énergie produite, est directement proportionnelle au nombre de capteurs installés.

Très fragile à l’état brut, le matériau photovoltaïque doit être protégé des intempéries par un verre transparent et solide. Les enveloppes employées actuellement sont étudiées pour résister entre 20 et 30 ans aux agressions de l’environnement.

Les capteurs les plus courants sont des panneaux rectangulaires rigides de quelques centimètres d’épaisseur utilisant les technologies du silicium cristallin, pesant quelques kilos et d’une surface comprise entre 0.5 et 3 m². Leurs performances sont variables selon la composition du matériau photovoltaïque et la technologie utilisée. Ces capteurs peuvent être installés par dessus la toiture existante d’une maison –en sur-imposition-, ou sur châssis lorsqu’on les pose sur le sol ou sur une toiture terrasse.

Aujourd’hui l’essentiel du marché est constitué par des produits plus élaborés tels que des tuiles photovoltaïques, des ardoises photovoltaïques, des éléments souples (en silicium amorphe), ou des éléments de façade qui rendent beaucoup plus facile l’intégration du photovoltaïque dans la couverture extérieure des bâtiments.

Photovoltaique intégré
Photovoltaique intégré

Notion de puissance crête

La puissance crête est une donnée normative appliquée aux cellules et modules photovoltaïques. Elle correspond à la puissance que peut délivrer, par exemple un module, sous des conditions standards optimales d’ensoleillement (1000 W/m²) et de température (25°C). Cette puissance crête permet notamment de comparer deux matériaux entre eux.

En pratique, la puissance d’un capteur installé sur un site varie en fonction de l’ensoleillement reçu par le capteur qui dépend du jour, de l’heure, de la météo, de l’orientation du système, etc. Mais aussi de sa température, si bien que la puissance crête est rarement atteinte par le capteur.

Production attendue

Plusieurs facteurs peuvent affecter la production d’un site photovoltaïque :

La localisation géographique

La production électrique d’un site photovoltaïque peut être déterminée par les données météorologiques d’ensoleillement annuel du site. La carte ci-dessous donne la production électrique moyenne attendue dans les conditions optimales d’implantation pour un système photovoltaïque d’une puissance de 1 kWc (environ 9 m²) avec des modules poly cristallins courants.

Carte de production par kWc installé
Carte de production par kWc installé

L’implantation du système

C’est-à-dire son orientation et son inclinaison.

En France, les panneaux doivent idéalement être exposés plein sud et être inclinés à 30 degrés par rapport à l’horizontale pour produire un maximum d’énergie sur l’année.

Cependant, des écarts de plus ou moins 45° par rapport au sud (c’est-à-dire de sud-est à sud-ouest) et une inclinaison de 20 à 60° par rapport à l’horizontale sont acceptables et n’engendrent pas de baisse de production importante.

Le tableau ci-dessous donne le facteur de correction à appliquer à la production attendue du système en fonction de son orientation et de son inclinaison.

facteurs de correction pour une inclinaison et une orientation données
facteurs de correction pour une inclinaison et une orientation données

Les ombrages éventuels

Un ombrage sur les capteurs peut avoir des origines diverses : arbre, bâtiment ou relief naturel installé plus au sud que le système photovoltaïque. Cet ombrage est aussi appelé un masque. Selon la taille de l’obstacle et surtout sa hauteur, l’impact de l’ombrage –une perte de production- est plus ou moins important, c’est pourquoi il vaut mieux le quantifier avant d’investir.

Si vous pensez que votre site va subir un ou plusieurs ombrages, vous devez réaliser un relevé de masque en utilisant, par exemple, la méthode mise à disposition dans nos publications sur le site internet d’Hespul dédié au photovoltaique

L’exploitation des informations relevées se fait ensuite par votre espace Info->Energie ou par votre installateur à l’aide d’un logiciel spécialisé.

Utilisations

Un système photovoltaïque peut servir :

  • soit à alimenter un site isolé, c’est-à-dire un site non relié au réseau public de distribution électrique (chalet en montagne par exemple), pour lui permettre d’avoir accès aux usages les plus basiques de l’électricité, en général : éclairage, réfrigérateur, poste de radio.
  • soit à alimenter un site raccordé au réseau public de distribution, afin que le bilan énergétique de ce site soit amélioré par un apport en énergie renouvelable  .

Pour plus d’information sur le photovoltaïque, vous pouvez consulter le site web spécialisé d’Hespul.