Comment ça marche ?
ENERGIES ECO SOLUTIONS, votre spécialiste en installation photovoltaïque Annecy et Annemasse, Haute-Savoie (74).
La découverte de l’effet photovoltaïque
Comme son nom l’indique, l’effet photovoltaïque consiste à transformer la lumière en électricité. Ce principe a été découvert en 1839 par le physicien français Alexandre Becquerel. L’effet photovoltaïque fut quant à lui mis en lumière par l’allemand Heinrich Rudolf Hertz. Ce fut cependant Albert Einstein qui réussit en premier à l’expliquer. Il obtint même un prix Nobel de physique en 1921 grâce à ce travail de réflexion.
La composition d’un panneau photovoltaïque
Plus la puissance des cellules est grande, plus leur nombre est élevé et ainsi plus les panneaux produisent.
Ces cellules s’élaborent sur base de silicium avec addition d’impuretés de certains éléments chimiques (bore et phosphore). Elles sont capables de produire chacune un courant de 2 à 4 Ampères à un voltage de 0.46 à 0.48 Volts grâce à l’utilisation du rayonnement solaire.
Les cellules se composent de 2 semi-conducteurs différents (types P et N), qui produisent du courant à leur jonction sous l’effet des photons. Elles sont montées en série ou en parallèle sur les panneaux ou les modules solaires pour obtenir le voltage désiré. Une partie de la radiation fortuite se perd par réflexion et une autre partie par transmission, c’est-à-dire qu’elle traverse la cellule. Le reste est capable de faire sauter des électrons d’une couche à l’autre en créant un courant proportionnel à la radiation. Cet ensemble de cellules est entouré par des éléments qui lui confèrent une protection face aux agents externes et une rigidité pour être reliés aux structures qui les supportent.
Ces éléments sont les suivants :
- L’enrobement, constitué par un matériel qui doit présenter une bonne transmission à la radiation et une grande résistance à l’action des rayons solaires.
- Couverture extérieure de verre trempé, qui laisse passer au maximum le rayonnement solaire, et qui doit résister aux conditions climatologiques les plus défavorables et supporter des changements brusques de température.
- Couverture postérieure, constituée normalement de plusieurs couches opaques qui reflètent la lumière.
- Cadre de métal, en aluminium, qui assure la rigidité et l’étanchéité de l’ensemble. Il porte les éléments nécessaires pour l’assemblage du panneau sur la structure qui le supporte.
- Boite de terminaux : il intègre les sorties du panneau pour la connexion du module.
- Diodes de protection : elles empêchent les problèmes liés aux ombres partielles sur la surface du panneau (feuille d’arbre par exemple). Sans elles, c’est la totalité du panneau qui ne produirait plus.
Appelés aussi « photopiles », les panneaux produisent toujours du courant continu.
Le rendement annuel d’une installation photovoltaïque
On entend par le terme rendement le pourcentage d’énergie qu’est capable de restituer une cellule ou un panneau par rapport à celle qu’il a reçu du soleil. Par exemple, en admettant qu’une cellule s’expose à 100 watts d’énergie solaire et qu’elle en produise 10 watts en retour, son rendement sera de 10%. Ainsi un panneau qui possède un meilleur rendement qu’un autre produira davantage à surface égale. Actuellement, les rendements disponibles sur le marché pour le grand public oscillent entre 5 et 20 %. En 20 ans, il a été multiplié par 4, et c’est loin d’être terminé. Les laboratoires de recherche commencent en effet à flirter avec les 40%. Ces augmentations sont surtout liées aux nanotechnologies et promettent une très nette élévation de performance et une baisse significative des tarifs d’ici quelques années.
Le rendement dépend en grande partie de la qualité et de la conception des composants du système, tels que les modules mais aussi des onduleurs.
L’angle d’inclinaison et l’orientation de l’installation par rapport au soleil sont également décisifs. Ils influent sur la performance.
De même, la présence d’ombrage sur la toiture photovoltaïque pendant la période d’ensoleillement peut modifier parfois de manière importante la production.
En moyenne, le rendement augmente d’environ 750 à 1 500 kWh/kWc selon la situation géographique. Il peut même atteindre 1700 kWh/kWc dans certaines régions particulièrement favorables.
La qualité d’une installation photovoltaïque
Le respect des normes en vigueur (EIC 61215, IEC 61646, etc.) garantit que le module solaire fonctionnera sans souci pendant au moins 20 ans dans des conditions normales d’utilisation. Elles concernent l’ensemble des cellules composant le panneau mais aussi son châssis et câblage. Cette norme n’est pas propre aux constructeurs mais indépendante à chaque type de matériel.
L’utilisation d’une installation photovoltaïque Annemasse, Annecy
Une des premières applications de la propriété des matériaux semi-conducteurs a été la fourniture d’électricité sur les équipements spatiaux, dans les années 1960. Puis, dans vers 1970, cette technologie commencera à équiper les sites terrestres isolés, tels que les chalets d’altitude, les refuges…
Aujourd’hui, les cellules photovoltaïques se multiplient autour de nous à des échelles très diverses : alimentation de calculatrices, montres, signalisation lumineuse sur les routes, balises dans les jardins, toits photovoltaïques sur les bâtiments, éléments de façades… alors même que les technologies ont encore une importante marge de progression.
L’électricité photovoltaïque est un grand rêve. C’est celui de produire sa propre maison avec une des énergies les plus nobles, l’électricité. Notre confort moderne en est totalement dépendant. Cet objectif peut se réaliser grâce à diverses aides et encouragements. C’est par exemple le cas de l’état français par le tarif de rachat de l’électricité produite en intégration, les aides des régions, des départements, parfois de certaines communes et le crédit d’impôt. Ce rêve d’installation photovoltaïque Annemasse, Annecy, devient alors accessible. Il est parfois même plus intéressant que l’épargne classique bancaire.
Dans certains pays, c’est également une solution pour faciliter l’accès à l’eau, à la santé et à l’éducation. Il profite aux populations éloignées des réseaux de distribution d’électricité. Cela ne concerne pas moins de 1,6 Milliards de personnes.
La recherche dans le domaine des installations photovoltaïques
Le silicium constituant les cellules photovoltaïques implique des phases d’industrialisation et de mise en œuvre importantes.
Le matériau de base, même si on le trouve en quantité sur notre planète, reste très cher. Ceci vient de sa pureté, équivalente à celle du silicium utilisé dans le domaine informatique (presque 100 % !).
Depuis bien des années, les industriels ont donc investi dans la recherche pour éviter d’utiliser ce composant trop cher. Les résultats ont permis de développer de nouvelles technologies de panneaux. Ceux-ci n’utilisent plus le silicium mais des composants comme le Cuivre, l’Indium et le Sélénium. Appelé tuiles ou panneaux « CIS », ce nouveau matériel photovoltaïque commence à voir le jour en France et reste très prometteur.
Il est certain que dans les années futures, d’autres substituts au Silicium seront mis sur le marché. La nanotechnologie reste une solution des plus prometteuses. Il reste cependant encore des années d’étude et mise au point avant que ces produits ne soient accessibles au grand public à des prix compétitifs.
