Pour savoir.

Une cellule photovoltaïque (ou photopile) est un dispositif qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique.

L'énergie solaire photovoltaïque provient de la conversion de la lumière du soleil en électricité. Cette conversion se produit au sein de matériaux "semi-conducteurs", qui ont comme propriété de libérer leurs électrons sous l'influence d'une énergie extérieure. Dans le cas du photovoltaïque, cette énergie est apportée par les photons, les composants de la lumière, qui heurtent les électrons et les libèrent, induisant le courant électrique. Les cellules photovoltaîques sont de materiaux semi-conducteurs, dont le plus exploité est le silicium. Ce matériau est modifié par l'apport d'éléments extérieurs (en général des atomes de phosphore et de bore) pour le polariser et attirer les électrons dans un certains sens. Orientés de la sorte par le matériau "dopé", ils vont circuler et créer un courant électrique lui-même recueilli par des fils métalliques très fins. Les cellules sont assemblées en modules. Les modules vont de micro-puissances de moins de 2 Wc à des capacités unitaires de 150 Wc, voire 300Wc. Un module photovoltaïque coûte actuellement 2 à 3 € par Watt crête à fabriquer.

Quels sont les différents types de cellules?

Les cellules les plus répandues sont issues de lingots de silicium cristallin, découpés en fines tranches. Lorsqu'il est constitué d'un seul cristal, on parle d'un silicium monocristallin (aspect uniforme gris bleuté ou noir). Quand il est élaboré à partir de plusieurs cristaux polycristallin (généralement bleu, aspect d'une mosaïque). Moins répandues, les cellules "en courches minces" sont fabriquées en déposant des couches très fines (quelques microns) de semi-conducteurs ou de matériaux photosensibles sur des supports bon marché comme le verre, le métal ou le plastique. Les cellules que l'on trouve par exemple dans les calculatrices sont des cellules en couches minces.

Les cellules monocristallines et polycristallines sont les plus répandues et étant fragiles, elles sont placées entre deux plaques de verre afin de former un module qui est relativement lourd. Le matériau de base est le silicium qui est très abondant, cependant la qualité nécessaire pour réaliser les cellules doit être d'une très grande pureté .

Les produits à film mince utilisent peu de matière première. Ils servent pour des applications électriques de faible puissance, comme des montres, des calculatrices, etc. Mais aussi plus récemment, comme revêtement des matériaux de toiture, comme des tuiles et des membranes étanches. 

A suivre… La technologie Cuivre Indium Sélénium (CIS) présente plusieurs avantages. C'est une technologie de couche mince qui peut être construite sur un substrat flexible.
Les progrès réalisé ces dernières années permettent aux cellules CIS d'approcher les rendements atteints par les cellules silicium polycristallin (autour de 12% de rendement) avec un coût de fabrication bien inférieur.

Pour quoi faire?

Les plus petits modules peuvent alimenter des montres, calculatrices , des parcmètres etc..Des systèmes plus puissants peuvent fournir l'électricité pour des sites isolés (bateaux, maisons, etc...) ou être reliés à un réseau de distribution électrique, intégrés dans un bâtiment ou non. Pour chaque cas de figure, l'équipement sera différent. Des applications "au fil du soleil" (pompe à eau, ventilation) peuvent exploiter directement l'électricité produite en fonction du soleil. L'utilisation en site isolé demande par contre de pouvoir stocker le courant pour une utilisation la nuit ou par mauvais temps. Les modules produisent du courant continu, qu'il faut convertir en courant alternatif pour l'adapter à la plupart des appareils électriques.

Alimentation électrique faible consommation.

Les calculatrice, montres, chargeurs de piles…etc en général les petits appareils alimentés par des piles.

Installations autonomes. 

maisons en sites isolés, Bateau, balises en mer etc… nécessité d’un stockage de l'électricité à l'aide batteries et d'un onduleur qui va convertir le courant électrique continu en courant alternatif avec la fréquence souhaitée.

 Centrales photovoltaïques connectées  au réseau .

Un générateur photovoltaïque connecté au réseau n'a pas besoin de stockage d'énergie et élimine donc le maillon le plus problématique (et le plus cher) d'une installation autonome. C'est en fait le réseau dans son ensemble qui sert de réservoir d'énergie.

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Comment fonctionne ma centrale photovoltaïque.

L'effet photovoltaïque: c'est en 1839 que le physicien français A.E. Becquerel découvre l'effet photovoltaïque grâce auquel un semi-conducteur NP permet d'obtenir de l'énergie électrique à partir de la lumière (sous forme de courant continu).

Dans les années 50, cet effet fut utilisé industriellement, la première application étant l'alimentation en électricité des satellites.
Dans un système de production d'énergie solaire couplé au réseau, les cellules solaires créent du courant continu transformé en courant alternatif 230 VAC par un onduleur.

L'onduleur fonctionne en réseau parallèle.
Le courant alternatif généré par l'installation peut ainsi être injecté dans le réseau public qui sert de lieu de stockage.
Votre contribution à un environnement plus propre:
le soleil émet en direction de la Terre un rayonnement énergétique environ 20.000 supérieur aux besoins mondiaux. Cela signifie que le soleil nous envoie chaque jour 50 fois plus d'énergie que le besoin annuel de l'humanité.
Grâce à votre centrale électrique photovoltaïque, vous contribuerez à rendre caduques les centrales au charbon, les centrales nucléaires et à accélérer leur arrêt.

Combien coute un système P.V.?

Il faut différencier les systèmes reliés au réseau et les systèmes autonomes installés en site isolé. En France, pour une habitation en site isolé, la facture est de l'ordre de 20 à 30 €/Wc installé. Celle-ci inclut le prix des batteries, jusqu'à 15 % de l'investissement initial, et les coûts liés aux contraintes de sécurité. En métropole, le système pourra être financé en grande partie : par le Face (Fonds d'Amortissement des charges d'électrification) pour les zones en régime rural ; par l'Ademe et les conseils régionaux en zone sous régime urbain. Au final, le particulier aura à payer de 5 à 50 % du coût en zone urbaine et de 5 à 13 % en zone rurale hors réseau.

Relié au réseau, le coût se situe entre 5 et 9 €/Wc selon la taille du système (plus il est grand, moins le coût au Watt crête est élevé). Mais les subventions cumulées (Ademe, régions, Europe) peuvent prendre en charge jusqu'à 80 % du coût final.
Le niveau des subventions varie selon les régions. Pour une maison individuelle, la surface installée se situe généralement autour de 20 m2 de modules, soit une puissance de 2 kWc. En toiture, 20 m2 reviennent donc environ à 14 000 €. Dans une région où les aides sont favorables comme en Rhône-Alpes, 3 000 € resteront effectivement à la charge du particulier. Dans ce coût, les panneaux représentent 60 % de l'investissement, l'onduleur 15 % et les éléments de montage et la pose 25 %.

Comment est décomptée l'électricité produite sur le réseau?

Les premières installations reliées au réseau étaient tout simplement équipées d'un compteur unique, de type électromécanique, qui tournait à l'envers en mode de production, et donc retranchait des kilowattheures solaires produits. Mais à présent, la législation française exige la présence de deux compteurs distincts : l'un pour compter la consommation et l'autre pour compter la production. Cette configuration est importante lorsque le kWh solaire est vendu plus cher que n'est acheté le kWh "ordinaire" du réseau. Ainsi, en France, le kWh est acheté à EDF à 0,1058 € en heures pleines et 0,0645 € en heures creuses. Le kWh photovoltaïque est vendu 0,1375 € en 2004. Ce tarif d'achat préférentiel vise à soutenir le développement de cette source d'énergie. L'Allemagne qui a une politique plus dynamique sur les énergies renouvelables, achète le kWh entre 0,457 € et 0,624 € selon les installations.

Combien d'éléctricité fournit un système relié au réseau?

Cela dépend d'abord de la technologie et de la surface que l'on choisit d'installer. Il faut aussi tenir compte de paramètres locaux : ensoleillement, orientation des panneaux. Un système de 1kWc (10 m2) produit environ 1000kWh par an. Les besoins électriques d'un foyer de 4 personnes représentent environ 2500 kWh par an (hors chauffage électrique et eau chaude sanitaire). Un système de 25 m2 (2,5 kWh) peut donc produire l'équivalent de cette consommation. Toutefois, si ce même foyer engage une démarche d'économie d'énergie (remplacement des ampoules par des lampes fluo-compactes, appareils de classe 1 et suppression des veilles inutiles, etc.), il pourra dégager un excédent et rentabiliser plus rapidement son installation photovoltaïque.

Le photovoltaïque est-il rentable?

Dans le meilleur des cas, le retour sur investissement en France, est d'une dizaine d'années, grâce aux aides publiques. Si la rentabilité n'est pas aujourd'hui la raison qui pousse à choisir cette énergie, il faut cependant raisonner à long terme. Ceux paramètres sont à prendre en compte. D'une part, le coût du kWh. Pour un pays comme la France, où l'électricité est bon marché, le retour financier est très long. Un pays comme le Japon où elle coûte le double peut y trouver un intérêt. Mais au vu des enjeux environnementaux, le prix de l'électricité "ordinaire" continuera d 'augmenter. D'autre part, le coût des panneaux a diminué de 5 % par an depuis 20 ans. Les recherches actuelles ont pour principal enjeu de faire baisser les coûts de façon plus nette. C'est pourquoi, les deux courbes, augmentation d'un côté et  baisse de l'autre, devraient se rejoindre dans quelques années pour faire du photovoltaïque une énergie plus accessible. Cela dit, l'installation de panneaux a bel et bien un sens économique hors réseau. A partir d'un éloignement de 2 à 3 km d'un réseau, le solaire se révèle moins couteux qu'une extension de lignes.

Quels est l'impact environnemental de l'électricité photovoltaïque?

Selon les spécialistes, une cellule solaire rembourse en 4 à 5 ans l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication, cadre, câble et supports compris. Et comme elle fonctionne au moins pendant 30 ans, elle la rembourse même plus de 7 fois. En phase d'utilisation, les modules ne génèrent aucun impact négatif sur l'environnement. En fin de vie, la plupart des composants (verre, aluminium, silicium, métal) peuvent être recyclés. En outre, l'économie moyenne de CO2, est estimée à 0,6 kg par kWh solaire produit par rapport à une énergie fossile.

Quels pays qui fabriquent les modules photovoltaïques?

La fabrication de cellules solaires se situe essentiellement dans trois zones très industrialisées : le Japon, l'Europe et les Etats-Unis. Cette industrie s'est en effet developpée à l'ombre de la micro-électronique dont elle exploite les déchets de silicium. Le Japon, qui soutient très fortement cette industrie, est aujourd'hui premier producteur et premier consommateur de photovoltaïque. Derrière lui arrive l'Europe, principalement tirée par l'Allemagne, l'Espagne et les Pays Bas. La France, pionnière dans ce secteur, compte encore une industrie conséquente. Mais avec dix fois moins de systèmes installés qu'en Allemagne, elle n'a pas de marché domestique assez dynamique pour susciter de gros investissements.

Quelle part peut prendre la production d'electricité solaire ?

Aujourd'hui, la part du photovoltaïque dans la production totale d'électricité est anecdotique. Malgré des taux de croissance de l'ordre de 30 % depuis quelques années, elle ne représente moins de 0,1 % de la production d'électricité en Allemagne ou au Japon. Lui donner une part significative dans la production d'électricité exige un soutien politique important pendant encore quelques années. A cette condition, les projections les plus optimistes (Epia, Greenpeace) estiment que le photovoltaïque est en mesure de fournir 20 à 35 % de l'électricité d'un pays comme la France à horizon 2050. Pour cela, il "suffirait" d'installer 10 m2 par habitant, soit 40 % de la surface disponible en toiture. Au niveau mondial, ces projections tablent qu'en 2040 l'énergie photovoltaïque pourrait couvrir 26 % de la demande d'électricité.

INFO : Le watt-crête (Wc) mesure la puissance théorique maximale qu'un module ou qu'une installation peut produire dans des conditions standard d'ensoleillement.

Dimensionnement des installations

L’énergie fournie par les panneaux solaires photovoltaïques est proportionnelle à l’ensoleillement.Aussi, afin de déterminer présisément le nombre et les caractéristiques des composants constituant un système solaire (panneaux, batteries, régulateur, …), il est nécessaire de procéder à une étude de dimensionnement.
Les principaux paramètres pour ce calcul sont le site d’installation (ensoleillement), les consommations, la tension d’utilisation, l’inclinaison des modules et l’autonomie souhaitée (capacité des batteries).
Afin de garantir la fiabilité du système au meilleur coût, nous avons développé un programme qui prend en compte l’ensemble de ces paramètres.
Cependant nous proposons ici une méthode simplifiée permettant aux utilisateurs de faire une estimation du générateur solaire nécessaire à leur application (source Photowatt).