Centrales photovoltaïques : Fonctionnement

4 mars 2015
Source: Greensaturdays
Source: Greensaturdays

 

Une centrale photovoltaïque utilise l’énergie radiative du soleil pour la transformer en courant électrique.

 

La ressource solaire est la plus abondante sur terre, puisque nous recevons chaque jour en énergie solaire l’équivalent du besoin énergétique de toute la planète pour plus de 26 années !

L'effet photo-électrique

9 novembre 2014
Cellule photovoltaïque
Cellule photovoltaïque

 

 

L’effet photo-électrique, découvert en 1839 par Antoine-César Becquerel, consiste en la capacité de certains matériaux (les matériaux semi-conducteurs) à capter une partie de l’énergie de la lumière pour générer un courant électrique. Dans le détail, ce sont les photons, ces particules composants la lumière qui transmettent une partie de leur énergie à certains électrons du matériau semi-conducteur. Ces électrons sont alors « excités », et ils peuvent circuler dans la matière, créant ainsi un courant électrique.

Injection de l'électricité sur le réseau

9 novembre 2014
Schéma de principe d’un générateur photovoltaïque  (Source: Hepsul)
Schéma de principe d’un générateur photovoltaïque (Source: Hepsul)

 

La particularité du courant électrique généré par l’effet photovoltaïque, est que ce courant est continu.

 

Avant d’être injecté dans le réseau national ou local, ce courant doit être transformé en courant alternatif tout en respectant la norme de fréquence de 50 Hz. C’est le rôle de l’onduleur, pièce la plus sensible d’une installation photovoltaïque, d’assurer cette transformation.

 

Le courant devenu alternatif est ensuite injecté sur le réseau public de distribution d’électricité.

Les facteurs déterminants et les différentes technologies

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La quantité d’énergie produite est fonction de nombreux facteurs, parmi lesquels :

- L’ensoleillement du site,

- L’orientation du générateur (en général donné en degré par rapport au Sud, équivalent à 0°),

- L’inclinaison du générateur par rapport à l’horizontal,

- La nature même des composants de la centrale photovoltaïque (technologie et caractéristique des modules, des onduleurs et des composants électriques),

- Les phénomènes de masques (ombrages) générés par les reliefs locaux et autres composants de l’environnement directs (arbres, cheminés…)

- La nature salissante ou non de l’environnement direct (présence ou non d’une minoterie par exemple)

- Le mode d’installation du générateur (au sol ou en toiture, en intégration simplifié ou totale…)

- La typologie de l’installation des onduleurs (dans une pièces fraîche et ventilée ou bien en extérieur et non abrité au sud…)

 

 

 

D’une façon générale, la production électrique est d’abord fonction de la technologie utilisée pour les modules photovoltaïques. Il existe différentes technologies, qui dépendent notamment du matériau semi-conducteur utilisé. On peut diviser en deux familles principales les technologies des panneaux photovoltaïques, telles que :

 

- Les technologies cristallines mettent en œuvre le silicium comme matériau semi-conducteur. Elles se présentent en 3 sous-groupes principaux :

  • Le silicium polycristallin : avec un rendement de 12 à 15%, il constitue environ 57% du marché mondial. Il présente le meilleur rapport prix/rendement.
  • Le silicium monocristallin : avec un rendement de 13 à 20%, il constitue environ 30% du marché mondial. Il présente un prix plus élevé que le polycristallin.
  • La silicium amorphe : intégré à la famille suivante dite des « couches minces », il présente un rendement de 6% environ. Cette technologie est principalement appliquée sur les petites puissance (montres, calculatrice), et constitue environ 3% du marché mondial.

 

- Les technologies « Couches minces » sont très diverses et utilisent de nombreux matériaux semi-conducteurs, tels que le Galium, le Sélénium, l’indium, le Cadmium…. Elles représentent environ 10% du marché mondial, et des rendements de 6 à 11%. Elles présentent souvent des prix plus abordables que les technologies plus conventionnelles, et ont la capacité de pouvoir être appliquées de façon très innovante (panneaux solaires flexibles, tissu photovoltaïque, peinture photovoltaïque…). La technologie couche mince la plus courante est le composé Cd/Te (Tellurure de Cadmium).

 

Les perspectives de l’énergie photovoltaïques sont extrêmement positives. En Septembre 2014, l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) a publiée deux études indiquant que l’énergie solaire pourrait devenir la première source d’électricité dans le monde à l’horizon 2050.