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L’énergie solaire PhotoVoltaïque (PV)

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Les panneaux PhotoVoltaïques (PV) permettent de produire de l’électricité a partir d’une source de rayonnement lumineux. Une fois installé, les factures d’électricité diminuent fortement ou peuvent dans certain cas disparaitre complètement. C’est un moyen de produire de l’énergie "propre" et renouvelable. C’est aussi une façon de maintenir une autonomie énergétique.

Les panneaux ont généralement une durée de vie comprise entre 15 et 20 ans.En fonction de l’âge du panneau, son efficacité va se réduire au fur du temps. Concrètement, il fournira moins de courant.

Quelles sont les caractéristiques d’un panneau photovoltaïque ?


- Ce que l’on appelle le "Kilowatt-crête" (kWc) ou "Kilowatt-pic" représente la puissance d’un panneau à produire de l’électricité sous une puissance lumineuse de 1000W par mètre carré pour une température de 25°C.

- La température influence beaucoup le niveau d’efficacité d’un panneau. Plus il fait chaud, moins il convertira la lumière en électricité. La ventilation des panneaux est un facteur important de l’installation. Si les panneaux sont placés sur le toit, il faut laisser au moins une dizaine de centimètres d’espace libre.

Les panneaux sont constitués de silicium de différent types :

- Amorphe : C’est ce que l’on retrouve sur les calculatrices solaires. Il est de couleur assez foncé.

Les plus :
- Il est plus économique que les autres types de silicium.
- Il produit du courant même sous une luminosité faible.
- Il est possible de placer ce type de panneau sur des structures dures ou souples.
- Il résiste mieux aux ombrages qui peuvent être dangereux pour les autres types de silicium.

Les moins :
- Il a un rendement peu élevé : 7% maximum.
- Ce rendement baisse lorsque ce silicium est exposé durant les premières heures au soleil. De nouvelles découvertes pourraient bientôt permettre d’éviter ce phénomène et de conserver un rendement de 10% pour le silicium amorphe.
- La puissance est assez faible, avec environ 60 Watt-crête/m².

- Monocristallin : il est d’une couleur bleue assez homogène et les coins des cellules sont coupés dans une forme arrondie.

Les plus :
- Il peut offrir actuellement un rendement entre 15% et 19%.
- Aujourd’hui, les panneaux de ce type peuvent offrir une puissance maximale de 190 Watt-crête/m².

Les moins :
- Les panneaux sont assez chers.
- L’angle d’incidence solaire influence la production d’électricité.

- Polycristallin : les cristaux vont dans des sens différents et ces sens sont visibles quand la lumière s’y réfléchit. Les cellules sont de forme carrée.

Les plus :
- Il est le plus employé dans la fabrication des panneaux sur le marché.
- Il peut offrir actuellement un rendement entre 15% et 18%.
- Les panneaux de ce type peuvent offrir une puissance maximale de 140 Watt-crête/m².
- Il a un cout de fabrication moins élevé que le monocristallin.
- Il est moins sensible à l’angle d’incidence solaire.

Les moins :
- Son rendement est faible quand il y a peu de luminosité.

Comment déterminer le champ photovoltaïque ?


Le "champ PV" constitue l’ensemble des panneaux et la surface totale que couvrent ceux-ci.

Il y a différents objectifs que l’on peut poursuivre :
- Répondre à sa consommation électrique.
- Produire un surplus de courant pour le réinjecter dans le réseau et bénéficier de certificats verts.

À partir de l’objectif poursuivi, on peut estimer un total d’énergie voulu par année, sous forme de kWh/heure par année. Dans le cas où vous souhaitez répondre à vos besoins électriques, il sera utile d’estimer ceux-ci. Vous pourrez soit analysez vos factures électriques, ou calculez la consommation de chacun de vos appareils électriques.

Une fois cette estimation de consommation électrique aboutie, il faut prendre en compte trois facteurs :

- La surface de toit disponible. En effet, si la surface est limitée, il sera nécessaire d’investir dans des panneaux PV plus efficaces.

- Le budget disponible pour l’installation. Si le budget est limité mais que la surface de toit est assez grande, il sera possible d’investir dans des panneaux moins performants, mais moins chers aussi.

- Le lieu d’implémentation. Pour être utiliser de façon optimale, les panneaux devront être exposés vers le sud avec un angle de toit compris entre 20° et 40° par rapport à l’horizontale, sans zone d’ombre. Il faut aussi tenir compte de la moyenne d’ensoleillement durant l’année selon votre région d’habitation.

Le tableau ci-dessous indique le rendement du champ PV en fonction de l’orientation du toit et de sa pente.

Orientation 15° 30° 45° 60° 90°
Est 90% 88% 84% 79% 74% 54%
Sud-est 90% 95% 96% 93% 86% 65%
Sud 90% 97% 100% 98% 92% 67%
Sud-ouest 90% 95% 96% 93% 86% 65%
Ouest 90% 88% 84% 79% 72% 54%

Formule de calcul de l’énergie produite par un champ PV


EPV = H horizontal (kWh/m²) * F transp (%) * P crête (kWc) *R perf

H horizontal :
C’est l’exposition solaire par année sur un plan horizontal pour une zone géographique déterminée. Celle-ci s’exprime en kWh par mètre carré.

F transp :
C’est l’énergie solaire réellement prise en compte dans le système PV. Afin de l’évaluer, il faudra prendre en compte l’orientation et l’inclinaison des panneaux. Celui-ci correspond à une fraction du H horizontal. Il s’exprime en pourcentage.

P crête :
C’est la puissance maximale du champ PV. Il s’agit là d’une caractéristique du type de panneau employé. Celle-ci s’exprime en kWc.

R perf :
C’est l’indice de performance du système PV. Il sera influencé par le rendement de l’onduleur, par l’efficacité totale de l’installation, par la prise en compte des pertes et par la température de fonctionnement des panneaux.

La ventilation et la température des PV :


La température intervient dans la production d’énergie du panneau. Il convient donc de bien étudier la ventilation qui permettra de refroidir le panneau PV. La ventilation interviendra dans le calcul de l’indice de performance.

Par exemple, un panneau posé directement sur la toiture ne sera que faiblement ventilé, alors que s’il est posé sur une structure portante la ventilation sera bien plus importante.

Une exemple d’installation PV et de son calcul.


Johnattan veut installer un champ PV sur son toit. Il ne désire pas spécialement être autonome en énergie. De plus, il ne compte pas mettre en place un système de stockage sur batterie.

Par contre, il espère bien pouvoir revendre des bouts de papier appelé certificats verts. Ces mêmes certificats seront revendus à des multinationales polluantes qui ont pour soucis de mettre de la peinture verte sur leurs activités.

Celui-ci a regardé sa dernière facture de la société Pronuclébel(tm). La facture indique une consommation annuelle   de 2000 kWh.

Notre Johnattan habite à Uccle, dans la région de Bruxelles-Capitale, il a trouvé sur internet l’ensoleillement correspondant à sa région. Celui-ci est de 960 kWh/m² et par an.

La maison de Johnattan est orientée plein sud et la pente de son toit est de 35°. Donc il est des conditions quasiment parfaites pour l’installation de son champ PV.

Le toit de sa maison dispose d’une surface effective permettant le placement de panneaux. Celle-ci est de 20m².
On entends par surface effective, la surface qui est praticable, bien orientée et au bon angle pour placer des panneaux PV.

Il sait que l’influence due à la température réduit l’efficacité de ses panneaux de 10%.

Après plusieurs heures de recherche sur internet, Johnattan a trouvé un onduleur et il s’est décidé pour un modèle qui a rendement de 95%.
Il a mesuré le câblage dont il aura besoin et estime la perte subie a 5%. Il a donc une perte de 10%.

Il opte pour un type de panneau polycristallin qui lui plait bien et qui dispose d’une puissance de 230 Wc. Le panneau ayant une taille de 1,6m².

Johnattan a divisé la puissance de son panneau par la surface. Il a donc calculé que son panneau a une puissance de 143,7 Wc. par mètre carré.

Maintenant que Johnattan a rassemblé toutes ces informations, il va pouvoir connaître l’énergie effective produite par mètre carré de panneau PV :

EPV = 960kWh * 100% * 0,1437 kWc * 90% = 124,1568 KWh/m² par année.

Pour rappel, il dispose d’une surface effective de 20m². Il va donc multiplié ce chiffre par la surface.

124,1568 kWh/m² * 20 m² = 2483,136 kWh / année pour 20 m² de panneaux PV.

Il arrive donc à combler totalement ses besoins initiaux de 2000 kWh/an et peut même espérer si la météo est favorable vendre un petit surplus.



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