Photovoltaics/fr

▼Ceci est une page thématique .Appropedia privilégie la recherche originale , mais cette page fournit un contexte utile et facilite la navigation sur le site. Vous pouvez contribuer à l'amélioration d'Appropedia en contribuant à l'amélioration de cette page .

Le photovoltaïque (PV) est une méthode de production d'électricité qui convertit le rayonnement solaire en courant continu grâce à des semi-conducteurs présentant l'effet photovoltaïque. ^{[ 1 ]} La production d'énergie photovoltaïque utilise des panneaux solaires composés de plusieurs cellules contenant un matériau photovoltaïque. Parmi les matériaux actuellement utilisés en photovoltaïque, on trouve le silicium monocristallin , le silicium polycristallin, le silicium amorphe, le tellurure de cadmium et le séléniure/sulfure de cuivre-indium.

En raison de la demande croissante en sources d'énergie renouvelables , la fabrication de cellules solaires et de panneaux photovoltaïques a considérablement progressé ces dernières années. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} Cet article explore les composants d'un système photovoltaïque, décrit leur rôle et leur importance, et sert de guide d'initiation à ceux qui souhaitent investir dans un système photovoltaïque.

Chaque jour, partout dans le monde, le soleil brille sur la Terre, fournissant une énergie largement suffisante pour alimenter la planète. ^{[ 5 ]} L'énergie des photons solaires peut être convertie en énergie électrique. Ce processus est appelé effet photovoltaïque . Ainsi, plus le nombre de panneaux photovoltaïques pour capter l'énergie est élevé, mieux c'est. Le Département de l'Énergie des États-Unis (USDOE) a d'ailleurs indiqué à plusieurs reprises que si 9 % du désert de Mojave était recouvert de panneaux solaires, cela suffirait à alimenter régulièrement les États-Unis. De même, si l'on recouvrait 1 % de l'Afrique subsaharienne de panneaux solaires, on pourrait alimenter le monde entier indéfiniment.

La première cellule photovoltaïque a été construite par Charles Fritts, qui a fabriqué une cellule de 30 cm² à partir de sélénium et d'or en 1883. ^{[ 6 ]} La technologie photovoltaïque moderne au silicium a été découverte en 1954 par des chercheurs des laboratoires Bell, qui ont développé par hasard la jonction pn permettant aux cellules photovoltaïques de produire de l'électricité. ^{[ 7 ]} En 1958, la NASA a commencé à utiliser l'énergie photovoltaïque comme système d'alimentation de secours pour ses satellites. ^{[ 6 ]} La première résidence alimentée à l'énergie solaire a été construite à l'Université du Delaware en 1973, et le premier projet photovoltaïque d'une puissance d'un mégawatt a été installé en Californie en 1984. ^{[ 6 ]}

Depuis la commercialisation du premier panneau solaire dans les années 1960, la technologie photovoltaïque (PV) n'a cessé d'être explorée et développée à travers le monde (Pratt & Schaeffer 51). ^{[ 8 ]} Le développement constant de cette technologie a permis d'accroître son efficacité et de rendre les panneaux PV plus abordables que jamais, même s'ils restent initialement onéreux. Aujourd'hui, la recherche se poursuit afin de rendre la technologie photovoltaïque accessible à tous. Puisque la plupart d'entre nous n'étudions pas cette technologie à l'échelle atomique, nous pouvons contribuer autrement : en acquérant et en partageant nos connaissances sur le photovoltaïque, et en aidant les autres à accéder aux systèmes solaires, ou photovoltaïques.

En 2010, l'énergie solaire photovoltaïque produisait de l'électricité dans plus de 100 pays et, bien qu'elle ne représente encore qu'une infime fraction de la capacité mondiale totale de production d'électricité (4,8 TW), elle est la technologie de production d'électricité dont la croissance est la plus rapide au monde. ^{[ 9 ]} Entre 2004 et 2009, la capacité photovoltaïque raccordée au réseau a augmenté à un taux annuel moyen de 60 %, pour atteindre environ 21 GW. ^{[ 10 ]} Ces installations peuvent être au sol (et parfois intégrées à l'agriculture et au pâturage) ^{[ 11 ]} ou intégrées à la toiture ou aux murs d'un bâtiment ; on parle alors de photovoltaïque intégré au bâtiment (PVIB). ^{[ 12 ]} Le photovoltaïque hors réseau représente une capacité supplémentaire de 3 à 4 GW. ^{[ 10 ]} Grâce aux progrès technologiques et à l'augmentation des capacités de production, le coût du photovoltaïque a diminué de façon constante depuis la fabrication des premières cellules solaires. ^{[ 13 ]} Le comptage net et les incitations financières, telles que les tarifs de rachat préférentiels (par exemple ^{[ 14 ]} ) pour l’électricité solaire, ont soutenu les installations photovoltaïques dans de nombreux pays.

La technologie photovoltaïque présente de nombreux 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 décentralisée. 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 le fonctionnement des systèmes photovoltaïques ne génère ni bruit ni pollution. Les panneaux solaires n'ont même pas besoin de lumière solaire directe pour produire de l'électricité. ^{[ 15 ]} 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. À l'inverse, les sources d'énergie conventionnelles ont engendré de nombreux problèmes environnementaux, notamment le réchauffement climatique, les pluies acides, le smog, la pollution de l'eau, la saturation rapide des décharges, la destruction des habitats par les marées noires 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. Correctement entretenus ^{[ 16 ]} (nettoyage et protection), les panneaux photovoltaïques peuvent durer jusqu'à trente ans, voire plus. D'autres composants du système, comme la batterie, ont une durée de vie beaucoup plus courte et peuvent nécessiter un remplacement après quelques 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 extrêmes, les systèmes photovoltaïques assurent une alimentation électrique continue. À l'inverse, les technologies conventionnelles sont souvent incapables de fournir de l'électricité au moment le plus critique.
• Durabilité : En général, les modules sont garantis à 80 % de leur puissance nominale pendant 20 ans ou plus. Dans le pire des cas, on prévoit une baisse de performance d’environ 1 % par an. Plusieurs études ont même montré une dégradation moindre, de l’ordre de 0,2 % par an. Les modules photovoltaïques produisent plus d’énergie au cours de leur durée de vie qu’il n’en faut pour les fabriquer. ^{[ 17 ]}
• Faibles coûts d'entretien : les systèmes photovoltaïques ne nécessitent pas d'inspections ni d'entretien fréquents. 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, il n'y a aucune dépense à prévoir pour l'achat, le stockage ou le transport de carburant.
• Réduction de la pollution sonore : 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 du réseau électrique. C’est un avantage considérable pour les communautés rurales des pays dépourvus d’infrastructures de base.
• Décentralisation du réseau électrique : Les petites centrales électriques décentralisées réduisent le risque de coupures de courant, fréquentes sur le réseau. Voir : Production décentralisée
• Performances en haute altitude : L’énergie solaire produit une puissance optimale en altitude. C’est un avantage considérable pour les communautés isolées vivant en haute altitude, où la puissance des générateurs diesel doit être réduite en raison de la perte d’efficacité et de rendement.

En compensant le besoin en énergie conventionnelle, l'énergie solaire distribuée offre des avantages mesurables du point de vue du réseau, notamment : ^{[ 18 ]}

• Baisse des prix de l'électricité sur le marché conventionnel grâce à la réduction de la demande de pointe
• L'utilisation d'un carburant gratuit et renouvelable plutôt que de combustibles fossiles à prix variable constitue une protection précieuse contre les fluctuations de prix.
• Coûts évités liés à la construction de nouvelles infrastructures de transport et de distribution pour gérer la production d'électricité à partir de centrales électriques centralisées ;
• Besoin réduit de construire, d'exploiter et d'entretenir des centrales électriques 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 d'énergie.
• Les recettes fiscales accrues liées à la création d'emplois locaux sont plus importantes pour l'énergie solaire que pour la production d'électricité conventionnelle. Voir cet exemple de recettes fiscales générées pour le gouvernement canadien grâce au soutien à la fabrication de panneaux photovoltaïques. ^{[ 19 ]}

L'énergie solaire est une source d'énergie quasi inépuisable, mais cela ne signifie pas nécessairement que l'énergie photovoltaïque soit également inépuisable. Les systèmes photovoltaïques sont :

• Le paiement initial est obligatoire . Le prix des modules et des générateurs a baissé de 20 à 40 % par an ces sept dernières années. Ce qui était autrefois une technologie coûteuse et subventionnée (1995-2009) est désormais abordable et rentable, même dans les régions ensoleillées des États-Unis et du sud de l'Europe (2012). La flambée des prix de l'énergie a également rendu les panneaux solaires plus rentables, leur période d'amortissement s'étant raccourcie. ^{[ 20 ]} En moyenne, les ménages britanniques amortissent leurs panneaux solaires 2,5 ans plus vite depuis la mise en œuvre du plafonnement des prix par l'Ofgem en avril 2022, ^{[ 21 ]} qui a entraîné une hausse de 54 % du coût de l'énergie pour la majorité des foyers. ^{[ 22 ]} Le remplacement des composants du système est onéreux. Aux États-Unis, le coût d'un système photovoltaïque standard se situe entre 2 et 6 dollars par watt-cœur. ^{[ 23 ]} Alimenter une maison américaine type avec un système de 5 kW coûte donc entre 10 000 et 30 000 dollars. Pour les habitations plus performantes et celles dont la consommation électrique est plus modeste (par exemple, quelques LED à haut rendement), les coûts sont considérablement moindres. Une pénurie récente de silicium de qualité solaire a interrompu la baisse des coûts observée depuis des décennies, parallèlement à l'augmentation des capacités de production. Cette tendance à la baisse des coûts s'inverse avec la mise en service de nouvelles usines de silicium ^W de qualité solaire . De plus, avec le développement d'une production à grande échelle s'appuyant sur la symbiose industrielle, l'énergie solaire photovoltaïque devrait devenir compétitive par rapport à l'électricité du réseau . ^{[ 24 ]}
• Haute technologie : leur fabrication requiert une main-d’œuvre qualifiée, bien que l’exploitation et la maintenance des cellules photovoltaïques soient relativement simples. Il n’existe actuellement aucune méthode efficace permettant aux particuliers de fabriquer leurs propres systèmes photovoltaïques à partir de matériaux locaux. La haute technologie actuelle confère un avantage considérable en termes de production à grande échelle.
• Certains matériaux photovoltaïques sont toxiques , comme le cadmium contenu dans les cellules solaires au tellurure de cadmium. De nombreux auteurs ont avancé que, si le cadmium est protégé de l'environnement au sein même du panneau, son traitement en fin de vie exige néanmoins une attention particulière.
• Intermittentes , les cellules solaires ne produisent de l'électricité que lorsque le soleil brille et ne tolèrent pas l'ombrage. Elles constituent donc une source d'énergie irrégulière pour les appareils énergivores. La nuit ou par mauvais temps, il est nécessaire d'utiliser des batteries de stockage ou une source d'alimentation secondaire. (En revanche, les panneaux solaires sont excellents pour lisser la consommation, car la consommation électrique maximale et la production solaire maximale ont lieu lors des journées chaudes et ensoleillées.)

Deux inconvénients sont souvent avancés par les défenseurs de l'environnement concernant le photovoltaïque de haute technologie :

• Pollution liée à la production – L’extraction, la production et le transport des panneaux photovoltaïques nécessitent l’utilisation intensive de combustibles fossiles ^{[ 25 ]} . Ces procédés engendrent également des sources de pollution . Cela vaut pour la quasi-totalité des produits fabriqués aujourd’hui. Heureusement, l’ analyse du cycle de vie d’un système photovoltaïque présente un bilan environnemental positif, car il permet de compenser la production d’énergie à partir de combustibles fossiles sur sa durée de vie d’environ 25 ans.
• Coût énergétique élevé – Leur production exige une grande quantité d'énergie. Par le passé, on a même avancé que leur production nécessitait plus d'énergie que leur consommation. C'est tout simplement faux. ^{[ 26 ]} Dans cet article, les auteurs démontrent clairement que les trois types de matériaux photovoltaïques (PV), qui constituent la majorité du marché solaire actif – cellules solaires en silicium monocristallin, polycristallin et amorphe – sont amortis en termes d'énergie en quelques années (1 à 5 ans) . Ils produisent ainsi suffisamment d'énergie au cours de leur durée de vie pour se reproduire de nombreuses fois (6 à 31 reproductions), selon le type de matériau, l'équilibre du système et sa situation géographique.
• L'ajout d'un système de stockage d'énergie par batterie à un système solaire est un exemple de micro-réseau. L'énergie peut être stockée pendant la journée et utilisée la nuit.

Lors du dimensionnement des systèmes photovoltaïques hors réseau, la capacité des batteries doit tenir compte des pertes d'efficacité réelles. Les valeurs annoncées en wattheures correspondent à l'énergie stockée, et non à la puissance utilisable après les pertes de conversion de l'onduleur (généralement de 10 à 15 %). Des calculs basés sur la charge permettent de déterminer la capacité appropriée. Un calculateur de centrale électrique portable peut simplifier cette estimation pour les petites installations hors réseau et les systèmes de secours.

Installation de systèmes photovoltaïques

Cette page fournit un guide sur la manière d'installer un système photovoltaïque.

Vous trouverez ici des informations sur la manière de réaliser une analyse de site afin de déterminer son emplacement optimal, ainsi que sur la manière de procéderau dimensionnement .

Vous trouverez plus tard une liste des composants nécessaires à la construction du système (notamment cellule , panneau ou module , réseau , batterie à décharge profonde , contrôleur de charge , régulateur de tension , sectionneur basse tension , onduleur , charge , compteur , protection contre les surintensités et générateur ).

Enfin, des informations sur la manière de procéder au câblage sont fournies.

Avertissement : Avant d'envisager l'installation d'un système photovoltaïque, vous devriez d'abord optimiser l'efficacité énergétique de votre maison .

À partir de l'énergie solaire photovoltaïque thermique

L'objectif des systèmes hybrides photovoltaïques thermiques (PVT) est de produire à la fois de la chaleur et de l'électricité sur une surface plus réduite que si l'on utilisait séparément un panneau photovoltaïque et un système solaire thermique . La conception actuelle des systèmes PVT consiste à coller un panneau solaire à un système solaire thermique. Le principe des systèmes PVT est d'utiliser le système solaire thermique pour refroidir les cellules photovoltaïques et ainsi améliorer leurs performances, car ces dernières se dégradent à des températures supérieures à 25 °C. Cela signifie toutefois que le rendement thermique d'un système PVT est nettement inférieur à celui d'un système solaire thermique seul (50 % maximum contre plus de 70 %).

Il existe des solutions bien plus rentables que l'installation de systèmes photovoltaïques dans les maisons individuelles. Par exemple, investir dans un chauffe-eau solaire, l'efficacité énergétique et éventuellement la compensation carbone a un impact bien plus important sur la réduction de votre empreinte carbone et écologique. ^{[ vérification nécessaire ]}

215 Accordéon photovoltaïque portable

Ordinateur de l'apocalypse solaire 215 Cassiopeia

Filtre à air pour ventilateur de boîtier solaire DIY 215

215 Boîtier photovoltaïque d'urgence

Ventilateur de fenêtre solaire Mahana 215

215 Solaire pour équipements médicaux basse consommation

photovoltaïque argentin

Système photovoltaïque

Briceland PV

CCAT MEOW 2023

Système photovoltaïque CCAT

Analyse énergétique du système photovoltaïque CCAT

Station de recharge solaire CCAT

Éclairage solaire CCAT Greenshed

Éclairage solaire CCAT Greenshed 2015

Kiosque solaire CCAT

Ghetto2Garden énergie renouvelable 2014

Système photovoltaïque du bâtiment musical HEIF

La Yuca énergie renouvelable 2014

La Yuca, énergies renouvelables à petite échelle, 2012

Ordinateur portable à énergie solaire APSC 100 213B

Eau chaude solaire

Éclairage LED sur bouchon de bouteille

CCAT MEOW

CCAT MEOW 2019

Système stéréo solaire CCAT

Station d'apprentissage solaire Engr 305

Galerie solaire de Parras

Réfrigération photovoltaïque des vaccins au Centro De Salud

Répulsif à Robin pour chargeur solaire

Ordinateur portable Solar XO 213F

Tondeuse à gazon à énergie solaire

La solution solaire XO

Station d'apprentissage photovoltaïque UTC

• Conférences ouvertes sur l'énergie solaire photovoltaïque
• modules photovoltaïques disponibles dans le commerce
• Véhicule à énergie solaire
• Système photovoltaïque domestique avec comptage net
• Orientation optimale des capteurs d'énergie solaire
• solaire holographique
• Entretien de votre système solaire photovoltaïque
• Programmation d'un enregistreur de données CR1000
• Réfrigération pour les pays en développement
• Installation au sol de panneaux photovoltaïques solaires
• Éclairage rural
• FAQ sur les cellules photovoltaïques solaires
• Cartes du rayonnement solaire
• Revêtements sélectifs spectraux - équipement
• PVTOM - Un logiciel développé pour simuler et optimiser les systèmes énergétiques hybrides photovoltaïques et de trigénération en fonction de leurs performances techniques, économiques et d'émissions.
• Systèmes de montage photovoltaïques open source à faire soi-même
• Lampes fluorescentes à cathode froide
• Éclairage à semi-conducteurs
• logiciel photovoltaïque solaire
• Mesure des ressources solaires pour les applications photovoltaïques
• Galerie photovoltaïque de Humboldt
• Comment identifier les faux panneaux solaires : 5 points à vérifier pour éviter les arnaques

Pour consulter la liste complète des liens externes sur le photovoltaïque, cliquez ici.

• Pratt, Doug et John Schaeffer. Solar Living Source Book. Dixième édition. NV : Chelsea Green Publishing Company, 1999.