L'énergie 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, qui se composent 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 via des câbles à un onduleur, qui convertit le courant continu en courant alternatif, qui est la forme d'électricité utilisée dans les maisons et l'industrie.
Pièces et fonctionnement d'un système 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 photovoltaïque de base :
Panneaux solaires
Les panneaux solaires, également appelés modules photovoltaïques, sont constitués de cellules photovoltaïques qui contiennent des matériaux semi-conducteurs, généralement du silicium. Lorsque les photons de la lumière solaire frappent les cellules, ils excitent les électrons dans le 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 des connecteurs spéciaux sont utilisés pour interconnecter les panneaux et créer un générateur solaire.
Investisseur
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.
Compteur bidirectionnel et système de connexion au réseau (le cas échéant)
Dans certains systèmes photovoltaïques, en particulier 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.
Piles (en option)
Certains systèmes photovoltaïques comprennent des batteries pour stocker l'électricité excédentaire générée pendant la journée et l'utiliser la nuit ou à des moments de faible rayonnement solaire.
Les batteries permettent l'autonomie énergétique et l'utilisation de l'électricité produite même lorsque la lumière du soleil n'est pas disponible.
Avantages des systèmes photovoltaïques
Les systèmes photovoltaïques offrent plusieurs avantages par rapport aux autres sources d'énergie. Voici quelques-uns des principaux avantages de cette technologie :
Énergie renouvelable et durable : L'énergie photovoltaïque est basée sur le rayonnement solaire, une source d'énergie inépuisable. Contrairement aux énergies fossiles, dont la disponibilité est limitée et contribuent à l'épuisement des ressources naturelles, l'énergie solaire est une option durable à long terme.
Zéro émission et respectueux de l'environnement : lors de la production d'électricité par des panneaux solaires, aucune émission de gaz à effet de serre ou polluant n'est rejetée dans l'environnement. Cela contribue à réduire l'empreinte carbone et à atténuer le changement climatique.
Économies à long terme : une fois installé, un système photovoltaïque peut générer de l'électricité gratuitement 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.
Indépendance énergétique : l'installation de panneaux solaires permet aux utilisateurs de produire leur propre électricité. Cela offre une indépendance énergétique et réduit la vulnérabilité aux pannes de courant potentielles.
Large applicabilité et évolutivité : les systèmes photovoltaïques peuvent être adaptés à différents besoins et échelles, des installations résidentielles aux projets à grande échelle.
Faible besoin d'entretien : Les panneaux solaires nécessitent un minimum d'entretien. Généralement, il suffit de les nettoyer périodiquement pour s'assurer que le rayonnement solaire frappe efficacement.
Production décentralisée : Les 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 grande production d'énergie photovoltaïque
Le pourcentage d'énergie électrique produite par l'énergie solaire photovoltaïque dans le monde a connu une croissance importante ces dernières années. Selon les données de l'Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA), fin 2020, la capacité installée d'énergie solaire photovoltaïque dans le monde atteignait 773 gigawatts (GW).
Selon le rapport 2021 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE) sur les énergies renouvelables, en 2020, le solaire photovoltaïque était responsable d'environ 3 % de la production mondiale d'électricité dans le monde.
Vous trouverez ci-dessous un tableau avec certains des principaux pays en termes de production d'énergie photovoltaïque en 2022.
Pays | Capacité installée d'énergie photovoltaïque (GW) | Pourcentage d'énergie solaire par rapport aux autres sources d'énergie |
Chine | 252 | 12,7 % |
États Unis | 110 | 3,4 % |
Japon | 67 | 9,7 % |
Allemagne | 52 | 11,8 % |
Inde | Quatre cinq | 4,2 % |
Australie | vingt | 7,3 % |
Corée du sud | 16 | 2,9 % |
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 photovoltaïque est d'environ 21,5 %.
Selon la construction, les modules photovoltaïques peuvent produire de l'électricité à partir d'une gamme spécifique de fréquences lumineuses. En général, cependant, il ne peut pas couvrir toute la gamme solaire. Plus précisément, les cellules photoélectriques ne peuvent pas convertir l'ultraviolet , l'infrarouge 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, 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 gammes. 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. Cependant, ces fermes solaires sont construites à l'aide de concentrateurs solaires et fonctionnent comme une centrale thermique.
Systèmes intégrés aux toitures et aux bâtiments : Ces systèmes peuvent être en autoconsommation électrique mais ils peuvent aussi 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 de rue et d'autoroute.
Systèmes indépendants pour alimenter de petits appareils tels que des calculatrices, des chargeurs mobiles solaires, etc.
Dans les transports : Certains véhicules électriques ont des systèmes solaires intégrés pour entraîner un moteur électrique pour la force motrice.
Tours de communication et de signalisation qui utilisent des appareils électriques peu consommateurs d'énergie électrique et difficiles à raccorder au réseau de distribution électrique.
Utilisation dans les engins spatiaux et les stations spatiales car les sources d'énergie disponibles dans l'espace sont rares.
Systèmes de pompage d'eau.
Types de systèmes photovoltaïques
Les systèmes photovoltaïques peuvent être de deux types différents :
Systèmes photovoltaïques connectés au réseau électrique public. Dans les systèmes photovoltaïques connectés au réseau, il y a de grandes centrales photovoltaïques ou des parcs solaires.
Systèmes photovoltaïques hors réseau. Ces types de systèmes sont utilisés pour l'autoconsommation et peuvent être utilisés dans des maisons isolées, l'éclairage des routes ou d'autres endroits éloignés.
