Le photovoltaïque est une forme d’énergie renouvelable obtenue à partir du rayonnement solaire et convertie en électricité grâce à l’utilisation de cellules photovoltaïques. Ces cellules, généralement constituées de matériaux semi-conducteurs comme le silicium, captent les photons de la lumière solaire et génèrent du courant électrique.
Le processus de génération électrique d'un système photovoltaïque commence par les panneaux solaires , constitués de plusieurs cellules photovoltaïques connectées en série ou en parallèle. Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules, les électrons du matériau semi-conducteur sont excités et se déplacent, créant un courant électrique continu.
Ce courant est collecté et envoyé par des fils vers un onduleur, qui convertit le courant continu en courant alternatif , qui est la forme d'électricité utilisée dans les foyers et l'industrie.
Pièces et fonctionnement d'une installation photovoltaïque
Un système photovoltaïque se compose de plusieurs composants qui fonctionnent ensemble pour convertir le rayonnement solaire en électricité utilisable.
Ce qui suit décrit le fonctionnement d'un système d'énergie solaire photovoltaïque de base :
Panneaux solaires
Les panneaux solaires, également appelés panneaux photovoltaïques, sont constitués de cellules photovoltaïques contenant des matériaux semi-conducteurs, généralement du silicium. Lorsque les photons de la lumière solaire frappent les cellules, ils excitent les électrons du matériau semi-conducteur et génèrent un courant électrique continu.
Câblage et connexions
Les panneaux solaires sont connectés en série ou en parallèle pour augmenter le courant ou la tension selon les besoins. Des câbles et connecteurs électriques spéciaux sont utilisés pour interconnecter les panneaux et créer un panneau solaire.
Onduleur
Le courant électrique généré par les panneaux solaires est du courant continu (DC), mais la plupart des appareils et le réseau électrique utilisent du courant alternatif (AC). Par conséquent, un onduleur est utilisé pour convertir le courant continu en courant alternatif. L'onduleur contrôle et surveille également les performances du système.
Système de compteurs bidirectionnels et de connexion au réseau (le cas échéant)
Dans certains systèmes photovoltaïques, notamment ceux connectés au réseau électrique, un compteur bidirectionnel est utilisé pour mesurer la quantité d'électricité produite et la quantité d'électricité consommée. Si le système est connecté au réseau électrique, l’électricité excédentaire générée peut être envoyée au réseau et le compteur enregistre cette production supplémentaire.
Batteries (en option)
Certaines installations solaires comprennent des batteries pour stocker l'excédent d'électricité produit pendant la journée et l'utiliser la nuit ou pendant les périodes de faible rayonnement solaire.
Les batteries permettent l’autosuffisance énergétique et l’utilisation de l’électricité produite même lorsque la lumière du soleil n’est pas disponible.
Avantages de l'énergie photovoltaïque
Les systèmes photovoltaïques offrent plusieurs avantages par rapport aux autres sources d'énergie. Voici quelques-uns des principaux avantages de cette technologie :
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Énergie renouvelable et durable : L'énergie photovoltaïque est basée sur le rayonnement solaire, une source d'énergie inépuisable. Contrairement aux combustibles fossiles, dont la disponibilité est limitée et contribuent à l’épuisement des ressources naturelles, l’énergie solaire est une option durable à long terme.
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Zéro émission et respectueux de l'environnement : lors de la production d'électricité à l'aide de panneaux solaires, aucune émission de gaz à effet de serre ni aucun polluant n'est rejeté dans l'environnement. Cela contribue à réduire l’empreinte carbone et à atténuer le changement climatique.
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Économies de coûts à long terme : Une fois installé, un système photovoltaïque peut produire gratuitement de l’électricité à partir du soleil. Cela permet de réduire, voire d’éliminer la dépendance au réseau électrique conventionnel et de réduire les coûts énergétiques à long terme.
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Indépendance énergétique : l'installation de panneaux solaires permet aux utilisateurs de produire leur propre électricité. Cela garantit l’indépendance énergétique et réduit la vulnérabilité aux pannes de courant potentielles.
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Large applicabilité et évolutivité : les systèmes photovoltaïques peuvent être adaptés à différents besoins et échelles, des installations résidentielles aux projets à grande échelle.
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Faible entretien : les panneaux solaires nécessitent un entretien minimal. Généralement, il suffit de les nettoyer périodiquement pour garantir une chute efficace du rayonnement solaire.
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Production distribuée : des systèmes photovoltaïques peuvent être installés dans des zones proches du point de consommation, ce qui réduit les pertes de transport et de distribution d'électricité, optimise l'efficacité et contribue à la stabilité du réseau électrique.
Pays avec la plus forte production d'énergie photovoltaïque
Le pourcentage d’énergie électrique produite par l’énergie solaire photovoltaïque dans le monde a connu une croissance significative ces dernières années. Selon les données de l’Agence internationale des énergies renouvelables (IRENA), fin 2020, la capacité installée d’énergie solaire photovoltaïque dans le monde atteignait 773 gigawatts (GW).
Selon le rapport Renewables 2021 de l’Agence internationale de l’énergie (AIE), en 2020, l’énergie solaire photovoltaïque était responsable d’environ 3 % de la production mondiale d’électricité dans le monde.
Vous trouverez ci-dessous un tableau avec quelques-uns des principaux pays en termes de production d'énergie photovoltaïque en 2022.
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Pays |
Capacité énergétique photovoltaïque installée (GW) |
Pourcentage d'énergie solaire par rapport aux autres sources d'énergie |
|
Chine |
252 |
12,7% |
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États Unis |
110 |
3,4% |
|
Japon |
67 |
9,7% |
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Allemagne |
52 |
11,8% |
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Inde |
Quatre cinq |
4,2% |
|
Australie |
vingt |
7,3% |
|
Corée du sud |
16 |
2,9% |
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France |
12 |
2,7% |
|
Italie |
vingt |
8,6% |
|
Espagne |
dix |
7,3% |
Efficacité des panneaux photovoltaïques
Actuellement, le meilleur taux de conversion de la lumière solaire en électricité se situe autour de 21,5 %.
Selon la construction, les panneaux photovoltaïques peuvent produire de l'électricité à partir d'une gamme spécifique de fréquences lumineuses. Quoi qu’il en soit, en général, il ne peut pas couvrir toute la gamme solaire. Plus précisément, les cellules photoélectriques ne peuvent pas convertir les ultraviolets , les infrarouges et la lumière faible ou diffuse en électricité.
Une façon d’augmenter l’efficacité des panneaux solaires serait de les éclairer avec une lumière monochromatique, ce qui permettrait d’obtenir des efficacités bien supérieures.
Par conséquent, un autre concept de conception consiste à diviser la lumière en différentes longueurs d’onde. Une fois séparés, dirigez-les vers différentes cellules adaptées à ces plages. Une installation de ce type est capable d'augmenter le rendement électrique de 50 %.
Exemples d'utilisations et d'applications
Le but des systèmes photovoltaïques est la production d’électricité pouvant être utilisée dans de multiples applications. Voici quelques exemples:
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Production d'énergie électrique à grande échelle. Il existe de grandes centrales électriques connectées directement au réseau électrique qui peuvent produire des centaines de mégawatts. Cependant, ces parcs solaires sont construits à l’aide de concentrateurs solaires et fonctionnent comme une centrale thermique.
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Systèmes intégrés aux toitures et aux bâtiments : Ces systèmes peuvent être destinés à l'autoconsommation électrique mais peuvent également être connectés au réseau public.
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Électrification rurale. Ce type d'application solaire est utilisé dans les villages ruraux où les lignes électriques sont très éloignées de la population.
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Éclairage des rues et des autoroutes.
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Systèmes indépendants pour alimenter de petits appareils tels que des calculatrices, des chargeurs solaires mobiles, etc.
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Dans les transports : certains véhicules électriques disposent de systèmes solaires intégrés pour entraîner un moteur électrique et obtenir de la puissance motrice.
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Tours de communication et de signalisation qui utilisent des appareils électriques qui ne consomment pas de grandes quantités d’énergie électrique et qui sont difficiles à connecter au réseau de distribution électrique.
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Utilisation dans les vaisseaux spatiaux et les stations spatiales car les sources d'énergie disponibles dans l'espace sont rares.
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Systèmes de pompage de l'eau.
Types d'installations photovoltaïques
Les installations photovoltaïques sont divisées en deux grandes catégories selon leur relation avec le réseau électrique :
Systèmes connectés au réseau électrique public
Ces systèmes photovoltaïques sont connectés au réseau électrique public. Dans cette approche, les panneaux solaires produisent de l’électricité lorsque la lumière du soleil est disponible. Si la production d’électricité dépasse la demande locale à ce moment-là, l’excédent est injecté dans le réseau électrique. En échange, le propriétaire du système peut recevoir des crédits ou une compensation pour l'électricité produite, souvent appelée « facturation nette ».
Cette approche est courante dans les zones urbaines et commerciales et peut inclure de grandes centrales photovoltaïques ou des parcs solaires produisant de l'électricité à grande échelle.
Systèmes hors réseau
Les systèmes hors réseau sont indépendants du réseau électrique public et sont utilisés pour l'autoconsommation dans des endroits qui n'ont pas accès au réseau électrique ou dans des applications spécifiques. Ces systèmes génèrent de l'électricité à partir de l'énergie solaire et la stockent dans des batteries pour une utilisation ultérieure.
Ils sont utilisés dans les maisons isolées, les stations météorologiques éloignées, l'éclairage routier dans les zones rurales ou les endroits éloignés, et dans les situations où il n'est pas possible ou rentable de se connecter au réseau électrique conventionnel.