Comment fonctionne une installation photovoltaïque : procédés techniques
En Suisse, le prix des panneaux solaires photovoltaïques ne cesse de baisser. Il est désormais possible pour chaque foyer de produire de l’électricité sur son toit à un prix moins cher que le kilowattheure vendu par les distributeurs. Avec l’évolution technologique, il est facile d’accéder à de grandes batteries de stockage à haute performance. Voilà pourquoi, installer des panneaux solaires présente de nombreux avantages. Mais comment fonctionne une installation photovoltaïque ? Quelles sont ses composantes et quels procédés techniques se cachent derrière ce dispositif ? Ci-après les réponses !
Les composants d’une installation photovoltaïque
Pour mieux comprendre le fonctionnement photovoltaïque, il est nécessaire de connaître ses principaux composants. Ceux-ci varient en fonction du type d’application et d’usage de votre installation.
Pour une installation photovoltaïque en site isolé, votre dispositif comprendra :
- Des panneaux photovoltaïques avec une structure de support
- Un chargeur/régulateur DC/DC
- Un système de stockage (comme une batterie par exemple.)
- Un onduleur si vos appareils sont alimentés en courant alternatif
Un groupe électrogène et un système de supervision sont facultatifs.
Pour une installation photovoltaïque connectée au réseau, le système comprendra :
- Des panneaux photovoltaïques et sa structure de support
- Des onduleurs
- Un coffret de coupure et de protection courant continu DC
- Un coffret de coupure et de protection courant alternatif AC
Ici encore, le système de monitoring et de supervision est facultatif. En ce qui concerne le panneau photovoltaïque, il est composé de plusieurs parties dont : les cellules photovoltaïques (généralement faits en silicium), la face arrière faite en polymères qui protège des agressions diverses (UV, produits chimiques…), la face côté soleil faite en verre trempé (qui protège contre les chocs, les rayons UV et l’humidité) et l’enveloppe EVA fait en résine chimique adhésive qui protège les cellules photovoltaïques pour un rendement énergétique stable.
Le principe de fonctionnement d’un système photovoltaïque
Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque et de tout le système dépend entièrement des composants cités précédemment. Pour faire simple, la transformation de l’énergie solaire en électricité s’effectue en trois étapes :
- Les photons frappent les cellules photovoltaïques
- Les électrons se déplacent et produisent du courant électrique continu
- Les onduleurs transforment le courant électrique continu en courant alternatif
Concrètement, lorsque les rayons solaires frappent les cellules photovoltaïques en silicium, ce matériau semi-conducteur transmet l’énergie aux électrons et ceux-ci se déplacent. Ce déplacement génère par la suite un courant électrique continu. Les quantités d’électricité que chaque cellule produit sont alors additionnées via le système en entier. L’onduleur, quant à lui, permet de transformer le courant continu en courant alternatif pour que l’électricité puisse être consommée. En effet, tous vos appareils électriques fonctionnent avec du courant alternatif. Le courant ainsi produit peut être soit utilisé au sein de votre logement ou envoyé sur le réseau de distribution électrique. Comme il existe deux modèles d’installation solaire photovoltaïque selon l’application, leurs principes de fonctionnement ne sont pas les mêmes.
Principe d’un système photovoltaïque isolé
Un système électrique isolé implique une installation entièrement autonome et non raccordée au réseau électrique. Dans ce schéma, l’énergie solaire captée par les panneaux solaires est soit directement utilisée via vos appareils électriques, soit stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure. Actuellement, vous trouverez sur le marché des batteries au lithium capables de stocker aux environs de 10 kWh.
Généralement, ce type d’installation est doté de batteries. C’est ici que le régulateur entre en charge. En effet, l’appareil veille à assurer que la charge des batteries s’effectue dans les meilleures conditions pour que celles-ci aient une durée de vie élevée. Le convertisseur et l’onduleur, quant à eux, ont pour rôle de transformer l’énergie selon vos besoins (12V DC, 230V AC…).
Pour protéger l’ensemble de votre installation, vous devez installer des disjoncteurs. Retenez également que vous devez maîtriser votre consommation d’électricité pour ne pas épuiser vos réserves trop rapidement.
Fonctionnement d’une installation photovoltaïque connecté au réseau
Le principe de fonctionnement d’un système photovoltaïque connecté au réseau est le même jusqu’à l’étape de la production du courant alternatif par les onduleurs. Ensuite, il vous faut raccorder votre installation au réseau électrique suisse. Divers types de raccordements au réseau électrique existent selon la nature de l’électricité à injecter au réseau. Toutefois, les plus courants sont : la connexion avec injection du « surplus » de l’électricité produit par les panneaux photovoltaïques et la connexion avec injection de la totalité de la production. Dans le premier cas, l’écart entre la production photovoltaïque totale et la production autoconsommée est injecté dans le réseau. Pour le second cas, il s’agit de la totalité de l’électricité produite à partir de votre installation qui est injectée au réseau électrique public.
La puissance de crête et le rendement
Il n’est pas envisageable de parler du fonctionnement d’une installation photovoltaïque sans parler de rendement. Le rendement d’un panneau solaire est défini comme étant le rapport entre l’énergie qui arrive sur le panneau et celle qui est produite sous forme d’électricité. Il est donc possible qu’avec un même panneau photovoltaïque, vous obteniez des résultats de production différents. Cela est dû à une perte de rendement lors de la transformation de l’énergie solaire en courant électrique. Cette perte est conditionnée par la puissance du panneau solaire (exprimée en watts-crête), la technologie utilisée, les composantes de l’installation (onduleurs, câbles…), l’emplacement du panneau et son inclinaison.
Enfin, sachez que la puissance d’une installation photovoltaïque est exprimée en watt-crête ou Wc (Watt-peak en anglais). Il s’agit de la puissance électrique délivrée par un ensemble de panneaux solaires lorsqu’ils sont mis dans des conditions standardisées d’ensoleillement, à savoir un rayonnement perpendiculaire aux panneaux ayant une puissance de 1000 W/m2 et une température de 25 °C. Toutefois, il est très rare que toutes les conditions nécessaires pour atteindre la puissance de crête puissent être réunies. En effet, durant la journée, le soleil frappe le panneau selon divers angles. Quoi qu’il en soit, sur le Plateau suisse, une installation photovoltaïque 4 kWc est suffisante pour couvrir les besoins en électricité d’un ménage standard.
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