L'énergie solaire photovoltaïque transforme le rayonnement solaire en électricité. Elle est parfois appelée énergie photoélectrique.
Cette transformation a lieu dans les panneaux solaires. Les modules solaires sont constitués de photocellules avec des matériaux semi-conducteurs qui sont normalement constitués de silicium.
Les principaux avantages de ce type d' énergie renouvelable sont :
Il n'émet pas de gaz à effet de serre et ne contribue donc pas au changement climatique.
Il ne nécessite pas de carburant et se nourrit uniquement du rayonnement solaire, c'est pourquoi il est considéré comme une énergie renouvelable.
Son dimensionnement est évolutif et, par conséquent, il est facile d'ajouter ou de supprimer des modules en fonction de la demande énergétique.
La production d'énergie peut être à grande échelle pour la consommation générale ou à petite échelle. Lorsqu'il est à petite échelle, il s'agit généralement de petites maisons, de refuges de montagne ou de sites isolés.
Actuellement, l'énergie solaire photovoltaïque est la troisième source d'énergie renouvelable la plus utilisée en termes d'électricité produite. L'hydroélectricité et l'éolien occupent la première et la deuxième position.
Il est habituel qu' une installation solaire domestique aie des panneaux solaires photovoltaïques mais aussi qu'elle prenne avantage de l'énergie solaire thermique. L'énergie solaire thermodynamique s'utilise pour le chauffage et pour obtenir de l'eau chaude sanitaire (ECS).
Comment l'énergie solaire est-elle convertie en électricité ?
La conversion de l'énergie solaire en électricité est réalisée dans des centrales photovoltaïques.
Les installations photovoltaïques utilisent une quantité énorme de panneaux photovoltaïques - ou modules photovoltaïques - composés d'un ensemble de cellules solaires. Ces cellules sont constituées d'un matériau avec des électrons sensibles au rayonnement solaire.
Lorsque les photons de la lumière du soleil entrent en collision avec des cellules photovoltaïques, ils provoquent le déplacement de ces électrons, générant un courant électrique. L' énergie électrique produite est en courant continu. Ce mécanisme s'appelle l'effet photovoltaïque, c'est-à-dire l'effet qui transforme l'énergie solaire en électricité.
Comme la plupart des appareils fonctionnent avec du courant alternatif, tous les systèmes solaires photovoltaïques fonctionnent à l'aide de convertisseurs de puissance pour transformer le courant continu en courant alternatif.
Les systèmes solaires photovoltaïques peuvent être montés au sol, sur le toit, au mur ou flottant sur l'eau. Le support peut être fixe ou être un tracker solaire. Les trackers ont pour objectif d'orienter la surface du panneau avec le soleil, augmentant ainsi ses performances.
Quelle est l'efficacité des panneaux photovoltaïques ?
Actuellement, le meilleur taux de conversion de la lumière solaire en énergie photovoltaïque est d'environ 21,5%.
Selon la construction, un panneau solaire photovoltaïque peut produire de l'électricité à partir d'une gamme spécifique de fréquences lumineuses. De toute façon, en général, il ne peut pas couvrir toute la gamme solaire. En particulier, les cellules photoélectriques ne peuvent pas convertir l'ultraviolet, l'infrarouge et la faible lumière ou la lumière diffuse en électricité.
Une façon d'augmenter l'efficacité des panneaux solaires serait de les éclairer avec une lumière monochromatique, des efficacités beaucoup plus élevées pourraient être obtenues.
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 accordées dans ces plages. Un système photovoltaïque de ce type est capable d'augmenter le rendement électrique de 50 %.
Exemples d'utilisations de l'énergie photovoltaïque
Le but des systèmes photovoltaïques est la production d'électricité qui peut être utilisée dans de multiples applications. Voici quelques exemples:
Production d'électricité à grande échelle. Il existe de grandes centrales électriques connectées directement au réseau électrique qui peuvent générer des centaines de mégawatts. Généralement, ces fermes solaires nécessitent une grande superficie de terrain.
Systèmes intégrés sur toitures et bâtiments : Ces systèmes peuvent être destinés à l'autoconsommation électrique mais peuvent également être raccordés au réseau public.
Électrification rurale. Ce type d'application solaire est utilisé dans les villages ruraux où les lignes électriques sont très éloignées de la population.
Éclairage des rues et des routes.
Des systèmes indépendants pour alimenter de petits appareils tels que des calculatrices, des chargeurs solaires mobiles, etc.
Dans les transports : certains véhicules électriques ont intégré des systèmes solaires pour entraîner un moteur électrique et obtenir de la puissance motrice.
Les tours de communication et de signalisation qui utilisent des appareils électriques qui ne consomment pas de grandes quantités d'énergie électrique et qu'il est difficile de les raccorder au réseau de distribution électrique.
Utilisation dans les engins spatiaux et les stations spatiales car les sources d'énergie disponibles sont rares dans l'espace.
Systèmes de pompage d'eau.
Quels sont les deux types de systèmes photovoltaïques ?
Les systèmes photovoltaïques peuvent être de deux types différents :
Installations photovoltaïques raccordées au réseau électrique public.
Installations photovoltaïques isolées du réseau. Ce type de système est utilisé pour l'autoconsommation et peut être utilisé dans les maisons isolées, l'éclairage routier ou d'autres endroits éloignés.
Au sein des systèmes photovoltaïques connectés au réseau, il existe de grandes centrales photovoltaïques ou parcs solaires.
Comment cela fonctionne-t-il dans les petites installations? Lorsque l'énergie produite est supérieure à ses propres besoins, l'alimentation électrique du bâtiment est réalisée avec sa propre énergie. Dans ce cas, le surplus est injecté dans le réseau électrique.
En cas de faible rayonnement solaire (par exemple la nuit), le bâtiment est alimenté par le réseau électrique.
L'obligation d'achat solaire
Afin d'inciter à investir dans l'énergie photovoltaïque, tous les pays ont des politiques énergétiques différentes. Par exemple, la France a développé un mécanisme pour favoriser la transition énergétique qui est basé sur une obligation d'achat appelée OA solaire.
Les particuliers qui ont une installation solaire et produisent de l'électricité en utilisant des modules photovoltaïques chez eux peuvent bénéficier de cette OA solaire. Cette loi leur permet de revendre leur électricité, sans se soucier d'un éventuel stockage de l'énergie solaire.
