Nous souhaitons à travers cet article apporter un maximum d’éclaircissement aux questions de base qui se posent pour savoir ce qu’est l’énergie photovoltaïque, estimer ce qu’elle produit et combien elle coûte. Ceci afin que J’ puisse décider rapidement si L’énergie photovoltaïque est intéressante pour une application et quel type de montage peut fonctionner dans un cas donné.

Qu’est-ce que l’énergie solaire photovoltaïque ?

Est-ce de l’électricité ou de la chaleur ?

L’énergie solaire photovoltaïque convertit directement le rayonnement lumineux (solaire ou autre) en électricité. Elle utilise pour ce faire des modules photovoltaïques composés de cellules solaires ou de photopiles qui réalisent cette transformation d’énergie.

Elle est radicalement différente de l’énergie solaire thermique qui, quant à elle, produit de la chaleur à partir du rayonnement solaire infrarouge afin de chauffer de l’eau ou de l’air.

On utilise dans ce cas des capteurs thermiques qui relèvent d’une toute autre technologie. Dans le langage courant, ce sont des « chauffe-eau solaires » ou des « capteurs à air chaud ». Il y a aussi ce qu’on appelle l’énergie solaire thermodynamique, qui fonctionne sur un principe de concentration des rayons solaires au moyen de miroirs galbés, en un foyer placé sur une tour qui emmagasine les calories pour les restituer ensuite sous forme mécanique à l’aide d’une turbine à vapeur par exemple.

ATTENTION

Seuls ces capteurs thermiques sont intéressants pour les applications de chauffage solaire. Il serait aberrant de chauffer avec l’électricité issue de modules photovoltaïques, cette solution aurait un très mauvais rendement global et serait beaucoup plus onéreuse.

Avoir du soleil est-ce une nécessité ?

Pour dire vrai la réponse est belle et bien non. Sinon, dans les pays les moins ensoleillés, ils seraient en mode non opérationnel. De ce fait, il y a quelques malentendus dans le terme énergie solaire car toute source lumineuse peut être transformée en électricité.

Le soleil ayant une capacité de donner le maximum d’intensité lumineuse de notre environnement, la production est toujours supérieure sous exposition au soleil. On dispose de très nettement moins de aux lumineux en intérieur (dans un bâtiment, sous éclairage artificiel). L’énergie « lumière » récupérable est nettement plus faible que dehors et les applications ne peuvent pas être les mêmes. Notre pupille, elle, s’adapte aux divers éclairements et atténue ces contrastes lumineux.   

Quel type de courant produisent-ils ?

L’électricité produite par les modules photovoltaïques et les cellules solaires est en courant continu. Pour alimenter des appareils en courant alternatif à partir de l’énergie photovoltaïque, on a donc besoin de convertisseurs qui produisent un courant alternatif à partir du continu. On les appelle aussi onduleurs.

Les tensions habituelles des panneaux photovoltaïques disponibles sur le marché sont celles des batteries (12 V ou 24 V …), puisque c’est souvent à travers un stockage que l’énergie est utilisée.

Un système photovoltaïque est composé de quoi ?

Un module photovoltaïque seul ne suffit généralement pas pour alimenter régulièrement une application. Tout comme l’éclairement, L’énergie qu’il fournit est très variable, et toujours en courant continu : il faut souvent la stocker et parfois la transformer. On appelle système photovoltaïque l’ensemble des composants nécessaires à l’alimentation d’une application en toute fiabilité. Voyons quelles sont ses fonctions.

Les fonctions dépendent du cas de figure. Pour veiller à ce que les composants ne soient pas dégradés ou endommagés, La fonction contrôle sera indispensable. La mesure aussi est une fonction indispensable pour connaître les informations sur le fonctionnement de l’ensemble « système photovoltaïque ».

Dans les lignes à suivre nous allons vous montrer les configurations types de systèmes photovoltaïques.

Systèmes autonomes « en exposition directe du soleil »

On les qualifie de systèmes simples car l’énergie photovoltaïque est pompée directement à partir des panneaux solaires.

Système autonome avec alimentation directe

Pour un tel système, l’ensemble des fonctions est réduit en deux actions : Produire et utiliser. En effet, ces appareils ne fonctionnent qu’ en présence d’une forte intensité lumineuse qui permettra d’atteindre la puissance minimale demandée. Ces équipements sont intéressants pour toutes les applications qui n’ont pas besoin de fonctionner dans l’obscurité.

On peut prendre les exemples suivants

  •   Un ventilateur est un appareil bien utile dans les pays chauds. Avantage évident du solaire dans ce cas : la concordance entre le besoin et la fourniture d’énergie. Plus il fait beau et chaud, plus le panneau solaire produit, et plus le ventilateur tourne vite (on ajoutera cependant un dispositif de protection pour éviter la surchauffe du moteur). Le fonctionnement demandé imposera que ce ventilateur démarre par exemple à 400 W/m2 L’élément photovoltaïque sera choisi de façon à fournir la puissance de démarrage du moteur dès cet éclairement seuil. Il peut être intéressant d’ailleurs d’avoir un stockage de courte durée, ou un « booster » électronique (sorte de démarreur) pour gérer ces appels de courant au démarrage.
  •   La calculette (premier et très grand succès de la cellule solaire) fonctionne également en alimentation quasi directe. Un condensateur est placé en « tampon » entre la photopile et les circuits, pour assurer les courants de démarrage des circuits et stocker les informations en mémoire en cas de perte momentanée de lumière, C’est un stockage certes, mais de très courte durée. En ce qui concerne le choix de la cellule solaire, elle doit être capable d’alimenter les circuits en régime stationnaire sous un éclairement compatible avec la lecture de l’écran.

Systèmes autonomes avec stockage

C’est la configuration la plus courante des systèmes photovoltaïques autonomes que les anglophones appellent Stand-Alone Systems. L’ensemble est le plus souvent en courant continu, ce qui est préférable car plus simple. Mais dès que l’on touche à l’habitat, il y a presque toujours des appareils en courant alternatif à alimenter. Tout simplement parce qu’ils n’existent pas en continu. Pour ces genres de systèmes, la batterie est considérée comme une sorte de réservoir qui à stocker de l’énergie produite durant la journée. Il faut noter que les appareils connectés seront câblés sur la batterie par l’intermédiaire d’un régulateur de charge.

Ce type de système possède sans doute quelques conséquences mineures :

  •   Risque de coupure complète en cas de problème sur convertisseur
  •   On note aussi une réduction du rendement énergétique car le convertisseur ne restitue pas 100% de l’énergie reçue.
  •   En cas d’installation d’un convertisseur, on assiste à une augmentation du coût de l’installation et un encombrement.

Le pompage à énergie solaire

Il s’agit de stocker de l’eau dans le réservoir. La pompe solaire est branchée directement sur les panneaux solaires par l’intermédiaire d’un régulateur ou d’un convertisseur. Le débit d’arrivée d’eau dans le réservoir est donc variable, directement fonction du rayonnement solaire, d’où l’expression « au fil du soleil ». Quant à l’utilisation, elle pourra se faire à n’importe quel moment, en tirant sur le réservoir

Systèmes autonomes hybrides

Le système autonome photovoltaïque possède des limites plus ou moins appréciées par les consommateurs. En effet, la puissance qu’il fournit aux consommateurs varie en fonction du temps(saison) avec un seuil que l’on ne peut pas dépasser au risque de ne pas décharger la batterie par conséquent détruire la batterie.

En tant que consommateur, nos besoins en électricité augmentent dans le temps. Donc une autre source d’énergie autonome pour compléter le système d’énergie solaire photovoltaïque est primordial. Cette source d’électricité peut être éolienne ou génératrice (groupe électrogène).

Pourquoi choisir le photovoltaïque?

D’un point de vue économique, le recours au photovoltaïque se pose souvent en revue de choix par rapport à une autre source d’électricité:

  • réseau national ou régional ;
  • piles jetables ;
  • accumulateurs + chargeur ;
  • groupe électrogène ;

éolienne …
D’un point de vue plus large, étant donné la nécessité de recourir à moyen et long terme à de nouvelles formes d’énergie, pour compléter ou remplacer à terme les sources fossiles, il est intéressant (voire urgent) d’installer le plus possible de sys­tèmes à base d’énergie renouvelable (photovoltaïque et autres).