Système photovoltaïque à l'église Saint-JudeLe photovoltaïque (PV) est une méthode de production d'énergie électrique en convertissant le rayonnement solaire en électricité continue à l'aide de semi-conducteurs présentant l'effet photovoltaïque. La production d'énergie photovoltaïque utilise des panneaux solaires comprenant un certain nombre de cellules contenant un matériau photovoltaïque. Les matériaux actuellement utilisés pour le photovoltaïque comprennent le silicium monocristallin , le silicium polycristallin , le silicium amorphe , le tellurure de cadmium et le séléniure/sulfure de cuivre et d'indium .
En raison de la demande croissante de sources d’énergie renouvelables , la fabrication de cellules solaires et de panneaux photovoltaïques a considérablement progressé ces dernières années. [1] [2] [3] Cet article explore les composants d'un système photovoltaïque, décrit leur rôle et leur importance et fonctionne comme un guide de départ pour ceux qui souhaitent investir dans un système photovoltaïque.
Contenu
Arrière-plan
To Catch the Sun est le premier livre créé à partir de ce contenu Appropedia très exclusif sur le photovoltaïque. Il a été financé avec succès sur Kickstarter. Voir http://tocatchthesun.com pour obtenir votre propre copie.Chaque jour, partout dans le monde, le soleil brille sur la terre. L'énergie des photons du soleil peut être convertie en énergie électrique. Le terme désignant ce processus est l' effet photovoltaïque .
La première cellule photovoltaïque a été construite par Charles Fritts, qui a construit une cellule de 30 cm à partir de sélénium et d'or en 1883. [4] La technologie photovoltaïque moderne au silicium a été découverte en 1954 par des chercheurs des Bell Labs, qui ont accidentellement développé la jonction pn qui permet photovoltaïque pour produire de l’électricité utile. [5] En 1958, la NASA a commencé à utiliser le photovoltaïque comme système d'alimentation de secours pour ses satellites. [4] La première résidence alimentée à l'énergie solaire a été construite à l'Université du Delaware en 1973, et le premier projet photovoltaïque à l'échelle d'un mégawatt a été installé en Californie en 1984. [4]
Depuis l'apparition du premier panneau solaire disponible dans le commerce dans les années 1960, la technologie photovoltaïque (PV) a continué d'être explorée et développée dans le monde entier (Pratt & Schaeffer 51). Le développement constant de cette technologie a abouti à un niveau d’efficacité croissant et à des panneaux photovoltaïques plus abordables que jamais, même s’ils restent chers au départ. Aujourd’hui, les humains continuent de rechercher de nouvelles façons de faire de la technologie photovoltaïque une option viable pour tous, partout dans le monde. Puisque la plupart d'entre nous n'étudient pas le niveau atomique de cette technologie, nous pouvons aider d'autres manières - en acquérant et en diffusant cette compréhension du photovoltaïque, ainsi qu'en aidant d'autres à accéder aux systèmes solaires ou photovoltaïques.
Depuis 2010, l’énergie solaire photovoltaïque produit de l’électricité dans plus de 100 pays et, bien qu’elle ne représente qu’une infime fraction de la capacité mondiale totale de production d’électricité de 4,8 TW , toutes sources confondues, elle constitue la technologie de production d’électricité qui connaît la croissance la plus rapide au monde. Entre 2004 et 2009, la capacité photovoltaïque connectée au réseau a augmenté à un taux annuel moyen de 60 pour cent, pour atteindre quelque 21 GW . [6] De telles installations peuvent être montées au sol (et parfois intégrées à l'agriculture et au pâturage) [7] ou intégrées au toit ou aux murs d'un bâtiment, connues sous le nom de Building Integrated Photovoltaics ou BIPV en abrégé. [8] Le photovoltaïque hors réseau représente 3 à 4 GW supplémentaires. [6] Poussé par les progrès technologiques et l’augmentation de l’échelle et de la sophistication de la fabrication, le coût du photovoltaïque a diminué régulièrement depuis la fabrication des premières cellules solaires. [9] La facturation nette et les incitations financières, telles que les tarifs de rachat préférentiels (par exemple [10] ) pour l'électricité produite par l'énergie solaire, ont soutenu les installations solaires photovoltaïques dans de nombreux pays.
Avantages
La technologie photovoltaïque présente un certain nombre d’avantages uniques par rapport aux technologies de production d’électricité conventionnelles. Les systèmes photovoltaïques peuvent être conçus pour une variété d’applications et d’exigences opérationnelles, et peuvent être utilisés pour la production d’électricité centralisée ou distribuée. Les systèmes photovoltaïques ne comportent aucune pièce mobile, sont modulaires, facilement extensibles et même transportables dans certains cas. La lumière du soleil est gratuite et aucun bruit ni pollution n'est créé par le fonctionnement des systèmes photovoltaïques. Les panneaux solaires n’ont même pas besoin de la lumière directe du soleil pour produire de l’électricité. [11] Les panneaux photovoltaïques ne nécessitent pas l'utilisation de combustibles fossiles tels que le charbon, le pétrole ou le gaz naturel dans le processus de production d'énergie. Alternativement, les sources de carburant conventionnelles ont créé une série de problèmes environnementaux, à savoir le réchauffement climatique, les pluies acides, le smog, la pollution de l'eau, le remplissage rapide des décharges, la destruction de l'habitat à cause des déversements de pétrole et la perte de ressources naturelles (Solar Energy International 2004). . Les modules photovoltaïques utilisent le silicium comme composant principal. Les cellules de silicium fabriquées à partir d'une tonne de sable produisent autant d'électricité que la combustion de 500 000 tonnes de charbon (Solar Energy International 2004). Les systèmes photovoltaïques bien conçus et correctement installés nécessitent un entretien minimal et ont une longue durée de vie. S'ils sont correctement entretenus [12] (nettoyés et protégés), les panneaux photovoltaïques peuvent durer jusqu'à trente ans ou plus. D'autres éléments du système, comme la batterie, ont une durée de vie beaucoup plus courte et peuvent devoir être remplacés après plusieurs années d'utilisation.
Solar Energy International (2004) indique qu’il existe de nombreux autres avantages à prendre en compte lors du choix de la technologie photovoltaïque :
- Fiabilité : Même dans les conditions les plus difficiles, les systèmes photovoltaïques maintiennent l'alimentation électrique. En comparaison, les technologies conventionnelles ne parviennent souvent pas à fournir de l’énergie dans les moments les plus critiques.
- Durabilité : En général, les modules bénéficient d'une garantie de 80% de leur puissance nominale pendant 20 ans ou plus. Ainsi, le pire des cas est une diminution attendue des performances de 1 % par an. Plusieurs études ont montré une dégradation encore moindre, soit environ 0,2 %/an. Les modules photovoltaïques produisent plus d’énergie au cours de leur durée de vie qu’il n’en faut pour les produire. [13]
- Faible coût de maintenance : les systèmes photovoltaïques ne nécessitent pas d’inspection ou d’entretien fréquent. Le transport des fournitures peut s’avérer coûteux, mais ces coûts sont généralement inférieurs à ceux des systèmes conventionnels.
- Aucun coût de carburant : Puisqu’il n’y a pas de source de carburant, aucune dépense n’est requise pour l’achat, le stockage ou le transport du carburant.
- Pollution sonore réduite : les systèmes photovoltaïques fonctionnent silencieusement et avec un minimum de mouvements.
- Modularité photovoltaïque : Contrairement aux systèmes conventionnels, des modules peuvent être ajoutés aux systèmes photovoltaïques pour augmenter la puissance disponible.
- Sécurité : les systèmes photovoltaïques ne nécessitent pas l'utilisation de combustibles et sont très sûrs lorsqu'ils sont correctement conçus et installés.
- Indépendance : les systèmes photovoltaïques peuvent fonctionner indépendamment des systèmes de réseau. Il s’agit d’un avantage considérable pour les communautés rurales des pays dépourvus d’infrastructures de base.
- Décentralisation du réseau électrique : Les centrales électriques décentralisées à petite échelle réduisent les risques de pannes de courant, souvent fréquentes sur le réseau électrique. Voir : Génération distribuée
- Performances à haute altitude : lors de l'utilisation de l'énergie solaire, la production d'énergie est optimisée à des altitudes plus élevées. Ceci est très avantageux pour les communautés isolées à haute altitude où les générateurs diesel doivent être déclassés en raison de la perte d’efficacité et de puissance de sortie.
En compensant le besoin d’énergie conventionnelle, l’énergie solaire distribuée offre des avantages mesurables du point de vue du réseau, notamment : [14]
- Baisse des prix du marché de l’électricité conventionnelle en raison d’une demande de pointe réduite
- Couverture de prix précieuse grâce à l'utilisation d'un carburant renouvelable gratuit plutôt que de combustibles fossiles à prix variable
- Coûts évités des nouvelles infrastructures de transport et de distribution pour gérer la livraison d’électricité à partir de centrales électriques centralisées ;
- Nécessité réduite de construire, d’exploiter et d’entretenir des centrales au gaz naturel
- Réduction des pannes grâce à un système d'alimentation électrique distribué plus fiable
- Réduction des coûts futurs liés à l'atténuation des impacts environnementaux du charbon, du gaz naturel, du nucléaire et d'autres sources de production
- Augmentation des recettes fiscales associées à la création d’emplois locaux, qui sont plus élevés pour la production d’énergie solaire que pour la production d’électricité conventionnelle. Voir cet exemple de génération de revenus pour le gouvernement canadien en soutenant la fabrication photovoltaïque. [15]
Désavantages
L’énergie solaire est une source d’énergie assez inépuisable, mais cela ne signifie pas nécessairement que le photovoltaïque est la même chose. Les systèmes photovoltaïques sont :
- Il faut tout payer au début . Les prix des modules, les générateurs, ont baissé de 20 à 40 % chaque année depuis 7 ans. Ce qui était autrefois une technologie coûteuse et subventionnée (1995-2009) est désormais abordable et rentable dans les régions ensoleillées, même aux États-Unis et en Europe du Sud (2012). La flambée des prix de l’énergie a également rendu les panneaux solaires plus rentables, car leur délai de récupération a diminué. En moyenne, les ménages britanniques voient les panneaux solaires s'amortir 2,5 ans plus rapidement après la mise en œuvre du plafonnement des prix d'Ofgem en avril 2022, [16] qui a vu le coût de l'énergie augmenter de 54 % pour une majorité de ménages. [17] Les composants du système coûtent cher à remplacer. Le coût d'un système photovoltaïque typique aux États-Unis se situe entre 2 et 6 dollars par Wc. [18] Alimenter une maison américaine typique avec un système de 5 kW coûte donc entre 10 000 et 30 000 dollars. Pour les maisons plus efficaces et celles qui ont des charges électriques plus modestes (par exemple, quelques LED à haut rendement), les coûts sont considérablement inférieurs. Pour les prix actuels sur le PV, voir http://www.solarbuzz.com/ . Une récente pénurie de silicium de qualité solaire a stoppé la réduction des coûts qui durait depuis des décennies à mesure que la capacité de fabrication augmentait. La tendance à la baisse des coûts se rétablit à mesure que davantage de centrales au silicium W de qualité solaire sont mises en service. En outre, à mesure que la fabrication à grande échelle utilisant la symbiose industrielle est lancée, l'énergie solaire photovoltaïque devrait devenir compétitive en termes de coûts par rapport à l'électricité fournie par le réseau . [19]
- Haute technologie – La création nécessite une main-d’œuvre qualifiée, même si l’exploitation et la maintenance des cellules photovoltaïques elles-mêmes sont relativement faciles. Il n’existe actuellement aucune bonne méthode permettant aux gens de fabriquer leurs propres systèmes photovoltaïques à partir de matériaux locaux. La nature de la haute technologie confère un avantage considérable à l’échelle de production avec les technologies actuelles.
- Certains matériaux photovoltaïques sont toxiques . Par exemple, le cadmium dans les cellules solaires au tellurure de cadmium. De nombreux auteurs ont soutenu que dans le panel lui-même, le cadmium est protégé de l'environnement, mais qu'il nécessite ensuite un traitement minutieux en fin de vie.
- Intermittent – Les cellules solaires ne produisent de l’électricité que lorsque le soleil brille. La nuit ou par mauvais temps, vous avez besoin soit de batteries d'accumulateurs, soit d'une source d'alimentation secondaire. (D’un autre côté, les panneaux solaires sont excellents pour l’équilibrage de charge, car la consommation électrique maximale et la production solaire maximale se produisent toutes deux lors des journées chaudes et ensoleillées.)
Il existe deux inconvénients souvent évoqués dans les camps écologistes concernant le PV de haute technologie :
- Pollution liée à la production – Les combustibles fossiles sont largement utilisés pour extraire, produire et transporter des panneaux photovoltaïques. Ces processus entraînent également des sources de pollution correspondantes . Cela est vrai pour presque tous les produits fabriqués aujourd’hui. Heureusement, l’ analyse du cycle de vie d’un système photovoltaïque est positive pour l’environnement car elle peut compenser la production d’énergie fossile sur sa durée de vie d’environ 25 ans.
- Coût énergétique élevé – Nécessite beaucoup d’énergie pour produire. Dans le passé, on affirmait même qu’il fallait plus d’énergie pour produire que pour en consommer. C'est tout simplement faux. [20] Dans cet article, les auteurs montrent clairement que les trois types de matériaux photovoltaïques (PV), qui constituent la majorité du marché solaire actif : les cellules solaires monocristallines, polycristallines et en silicium amorphe, sont rentabilisées en termes d'énergie en quelques années (1-5 ans) . Ils génèrent ainsi suffisamment d'énergie au cours de leur vie pour se reproduire plusieurs fois (6 à 31 reproductions) en fonction du type de matériau, de l'équilibre du système et de la situation géographique du système.
Installation de système photovoltaïque
Cette page fournit un guide sur la façon d'installer un système photovoltaïque.
Vous trouverez ici des informations sur la manière dont une analyse de site doit être effectuée afin de déterminer le meilleur emplacement pour celui-ci, ainsi que sur la manière dont le dimensionnement doit être effectué.
Plus tard, vous trouverez une liste de composants pour construire le système (y compris la cellule , le panneau ou le module , le réseau , la batterie à décharge profonde , le contrôleur de charge , le régulateur de tension , le débranchement basse tension , l' onduleur , la charge , le compteur , la protection contre les surintensités et le générateur ).
Enfin, des informations sur la manière de procéder au câblage sont fournies.
Attention : Avant d'envisager l'installation de tout type de système photovoltaïque, vous devez d'abord travailler à optimiser l'efficacité énergétique de votre maison .
Solaire thermique photovoltaïque
L’objectif des systèmes hybrides solaires photovoltaïques (PVT) est de produire à la fois de la chaleur et de l’électricité sur une zone plus petite que si vous disposiez à la fois d’un panneau photovoltaïque et d’un système solaire thermique . La conception actuelle du PVT consiste à avoir un panneau solaire collé à un système solaire thermique. Le but du PVT est d'utiliser le système solaire thermique pour refroidir les cellules photovoltaïques afin qu'elles fonctionnent mieux, car les cellules solaires se dégradent à des températures supérieures à 25 °C. Cela signifie cependant que l'aspect thermique du PVT a une efficacité nettement inférieure à celle d'un simple système solaire thermique (max 50 % eff contre 70+ % eff).
Remarques
Il existe des changements bien plus rentables que la mise en œuvre de systèmes photovoltaïques dans les maisons individuelles. Par exemple, le dépenser en eau chaude solaire et en efficacité énergétique, et peut-être même en compensations de carbone, a un effet bien plus important sur la réduction de votre empreinte carbone/écologique. [ vérification nécessaire ]
Projets liés
Systèmes
Dispositifs
Voir également
- Conférences ouvertes sur l'énergie solaire photovoltaïque
- Modules photovoltaïques disponibles dans le commerce
- Véhicule à charge solaire
- Système photovoltaïque domestique avec facturation nette
- Orientation optimale des récupérateurs d'énergie solaire
- Solaire holographique
- Entretien de votre système électrique solaire
- Programmation d'un enregistreur de données CR1000
- La réfrigération pour les pays en développement
- Montage au sol solaire photovoltaïque
- Éclairage rural
- FAQ sur les cellules solaires photovoltaïques
- Cartes du rayonnement solaire
- Revêtements sélectifs spectraux - équipement
- PVTOM - Un logiciel développé pour simuler et optimiser les systèmes énergétiques hybrides photovoltaïques et de trigénération basés sur les performances techniques, économiques et d'émissions.
- Rayonnage solaire photovoltaïque open source DIY
- Lampes fluorescentes à cathode froide
- Éclairage à semi-conducteurs
- Logiciel solaire photovoltaïque
- Mesure des ressources solaires pour les applications photovoltaïques
- Galerie photovoltaïque Humboldt
- Comment identifier les faux panneaux solaires – 5 choses à vérifier et ne jamais se faire arnaquer
Liens externes
Pour voir la liste complète des liens externes sur le photovoltaïque cliquez ici
Les références
- Pratt, Doug et John Schaeffer. Livre source de vie solaire. Dixième. NV : Chelsea Green Publishing Company, 1999.
- ↑ Marché photovoltaïque allemand
- ^ BP Solar va étendre ses centrales de cellules solaires en Espagne et en Inde
- ↑ Électricité solaire à grande échelle et bon marché
- ↑Aller jusqu'à :4,0 4,1 4,2 Luque, A. et S. Hegedus (2003), Manuel de science et d'ingénierie photovoltaïques, Wiley, Hoboken, NJ.
- ^ Goetzberger, A. et VU Hoffmann (2005), Production d'énergie solaire photovoltaïque, Springer, New York, NY.
- ↑Aller jusqu'à :6.0 6.1 REN21 . Rapport sur la situation mondiale 2010 sur les énergies renouvelables p. 19.
- ^ GE investit et livre l'une des plus grandes centrales solaires au monde
- ↑ Bâtiment photovoltaïque intégré
- ^ Richard M. Swanson. Mise sous tension du photovoltaïque, Science , Vol. 324, 15 mai 2009, p. 891.
- ^ https://www.ofgem.gov.uk/environmental-and-social-schemes/feed-tariffs-fit
- ^ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/do-solar-panels-need-direct-sunlight/
- ↑ Pour un très bon article de synthèse sur l'O&M des grands systèmes, voir partie 1 : [1] et partie 2 : [2] .
- ^ Joshua Pearce et Andrew Lau, "Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells" , Actes de l'American Society of Mechanical Engineers Solar 2002: Sunrise on the Reliable Energy Economy, éditeur R. Cambell-Howe, 2002.
- ↑ Résumé ; http://web.archive.org/web/20121110185859/http://www.onlinetes.com:80/solar-energy-bargain-nj-pa-11912.aspx
- ↑ K. Branker et JM Pearce, « Rendement financier du soutien gouvernemental à la fabrication de panneaux solaires photovoltaïques à couche mince à grande échelle au Canada », Energy Policy 38 , pp. 4291-4303 (2010). Accès ouvert
- ^ https://www.makemyhousegreen.com/green-guides/press-release-solar-panels-roi-2-5-years-faster/
- ^ https://www.ofgem.gov.uk/publications/price-cap-increase-ps693-april
- ↑ Une bonne idée est de doubler le prix du module pour tenir compte des composants du système et de l'installation - pour des moyennes à jour sur les coûts des panneaux, voir l'enquête sur les prix de détail ici .
- ^ Pearce, JM 2008. « Symbiose industrielle pour la fabrication photovoltaïque à très grande échelle », Renewable Energy 33, pp. [3]
- ↑ Pour une analyse détaillée des coûts énergétiques du cycle de vie des cellules solaires, voir : Joshua Pearce et Andrew Lau, « Net Energy Analysis For Sustainable Energy Production From Silicon Based Solar Cells » , Proceedings of American Society of Mechanical Engineers Solar 2002 : Sunrise on the Économie énergétique fiable, éditeur R. Cambell-Howe, 2002.
