Comment fonctionne l’énergie photovoltaïque ? Éléments clés de l’installation

Qu’est-ce que l’énergie photovoltaïque ?

Avant d’expliquer son travail, nous définirons ce qu’est l’énergie solaire photovoltaïque et en quoi elle diffère de l’énergie solaire thermique.

Les deux concepts utilisent l’énergie solaire, mais pas dans le même but. L’énergie solaire thermique chauffe l’eau avec l’énergie solaire, en faisant passer l’eau à l’intérieur des panneaux solaires et avec une grande variété d’éléments (pompes, pièges, vase d’expansion (). L’énergie solaire photovoltaïque n’a rien à voir avec cela, car elle convertit l’énergie solaire en électricité.

La seule chose qu’ils ont en commun est qu’ils utilisent tous les deux des panneaux et l’énergie du soleil.

Éléments clés de l’installation d’énergie photovoltaïque

En distinguant chacun des éléments qui composent l’ensemble d’une installation photovoltaïque et le rôle que joue chacun d’eux, son travail sera mieux compris.

Cellules photovoltaïques (panneaux solaires)

Si nous parlons exclusivement de la transformation de la lumière en électricité, nous parlons du travail effectué par les cellules photovoltaïques. Ils sont logés dans un boîtier de protection qui, ajouté à d’autres composants, constitue l’ensemble de la carte.

Les cellules photovoltaïques sont composées de matériaux de type semi-conducteur. Le matériau le plus caractéristique des cellules photovoltaïques des panneaux solaires commerciaux est aujourd’hui le silicium. Il existe d’autres matériaux semi-conducteurs comme le germanium ou la pérovskite.

Les semi-conducteurs ont la capacité de transformer les photons (lumière) qui atteignent leur surface en énergie électrique. Ce phénomène est connu sous le nom d’effet photoélectrique. Après avoir reçu de la lumière, une différence de potentiel (analogue aux différences de pression qui déplacent l’air) se crée dans le matériau, ce qui provoque le mouvement des électrons, créant un courant électrique.

Ce flux d’électricité résultant est représenté sous la forme d’un courant continu, connu sous le nom de mouvement des électrons dans le même sens et la même direction.

De cette façon, les panneaux photovoltaïques génèrent du courant continu. Les deux principaux groupes de panneaux que nous pouvons trouver sur le marché sont les monocristallins et les polycristallins. Cette différence se réfère exclusivement à la structure atomique des cellules qui la composent. Dans le cas d’un monocristal, il y a un cristal de silicium cristallisé à une température homogène. Les polycristallins forment différents cristaux d’orientations différentes, ce qui entraîne des rendements finaux inférieurs, car la voie des électrons a une perte d’énergie plus élevée. Ces derniers ont un ton bleuté qui les distingue et les rend, pour la plupart, un peu moins esthétiques.

En règle générale, le panneau monocristallin est le plus utilisé et les gammes moyennes-hautes du marché ont des rendements d’environ 20 %.

Cela nous aide à comprendre comment nous obtenons de l’électricité en continu à partir de la lumière du soleil. Cependant, un pourcentage énorme de l’équipement électrique que nous utilisons quotidiennement utilise du courant alternatif dans lequel les électrons changent de direction de manière cyclique. Par conséquent, le courant continu généré n’est que la première étape de la consommation propre du solaire photovoltaïque.

Afin de transformer l’énergie que nous obtenons des panneaux photovoltaïques (courant continu) en énergie électrique nécessaire (courant alternatif), le fonctionnement d’un convertisseur solaire est nécessaire.

Onduleur solaire

L’objectif des onduleurs dans les installations photovoltaïques est multiple : en plus de convertir l’électricité en courant continu en énergie en courant alternatif, l’onduleur a la capacité d’améliorer l’électricité qui arrive à nos services, en offrant une alimentation sûre et de qualité pour éviter une éventuelle détérioration des équipements électriques.

L’onduleur a également la fonction d’un dispositif de surveillance et de contrôle pour l’installation photovoltaïque. Celui-ci est chargé de surveiller toutes les opérations pour voir s’il y a des problèmes ou si un élément ne fonctionne pas correctement. C’est la face visible de notre installation. Il est généralement accompagné d’un compteur intelligent qui permet de surveiller l’installation et, via l’application, de voir à tout moment la quantité produite par le panneau.

Ces équipes, selon la taille et la puissance de l’installation photovoltaïque, auront l’une ou l’autre fonction, ainsi que l’existence de différents types et formats d’onduleurs. Ils peuvent être divisés de plusieurs façons. Il existe en monophasé ou en triphasé, selon la tension d’alimentation du bâtiment où l’installation sera raccordée. Pour les très petites installations, il existe des micro-onduleurs, adaptés pour un ou deux modules. Il existe également des convertisseurs hybrides, avec la capacité de connecter une batterie (voir ci-dessous).

On sait que si le panneau est ombragé, cela affecte l’ensemble de l’installation. Cela a été corrigé par la technologie dont disposent la plupart des convertisseurs actuels : MPPT (surveillance de la puissance maximale). Cela permet, par exemple, la connexion d’une série de modules situés dans différentes orientations séparément dans l’onduleur lui-même. Si une série est ombrée, cela n’affectera pas l’autre série, connectée à l’entrée de l’autre MPPT dans l’onduleur.

Il existe également des convertisseurs prenant en charge les optimiseurs de puissance embarqués. Ces optimiseurs recherchent leurs performances maximales sur chaque carte, à tout moment, les faisant fonctionner indépendamment des autres. De cette façon, l’installation est optimisée à tout moment. Ils sont plus typiques dans les installations où des ombres sont attendues.

Dans le processus de conception d’une installation photovoltaïque, il est nécessaire d’avoir des experts en calculs de système pour bien régler l’équipement de l’onduleur en fonction du dimensionnement de la future installation, car cet équipement a des plages de tension et d’intensité de fonctionnement, en fonction du nombre de panneaux. et comment connecté électriquement.

Piles (en option)

Dans le cas où vous souhaitez accumuler de l’énergie, il peut arriver que dans l’installation photovoltaïque de sa propre consommation il y ait des batteries pour stocker l’électricité. Ils fonctionnent en courant continu, donc l’onduleur fonctionnerait plus tard. Ces types d’éléments sont typiques des installations où la consommation nocturne est importante ; Un exemple de ceci est les entrepôts industriels avec des réfrigérateurs.

Compteur électrique

L’énergie finalement convertie pour la consommation (énergie AC) passe par le compteur pour quantifier la consommation énergétique de l’installation.

Modalités de l’énergie photovoltaïque

Fondamentalement, l’énergie photovoltaïque est divisée en trois groupes, selon la manière dont l’énergie produite est traitée. Par notre propre consommation, nous entendons la création d’énergie afin de la consommer immédiatement. Lorsqu’ils ne sont pas consommés, des surplus sont produits.

Le premier groupe traite de l’autoconsommation sans dégagement de surplus, où est placé un élément qui empêche l’énergie produite non consommée d’être rejetée dans le réseau (appelée anti-décharge ou zéro-décharge). Celui-ci n’a pas de limitation de puissance, c’est à dire que chaque installation de sa propre consommation peut l’être sans rejeter de surplus.

Le deuxième groupe est l’autoconsommation avec compensation de surplus, dans laquelle il n’y a pas un tel dispositif appelé anti-déversement, et dans lequel le surplus généré par notre installation à la fin de chaque mois rembourse le vendeur au prix convenu (généralement environ 5- 6 centimes par kWh rejeté sur le réseau). La limite de ces excédents est la consommation elle-même. En d’autres termes, il ne vous remboursera jamais plus de kWh rejetés que le kWh que représente votre consommation. Si votre consommation mensuelle est de 700 kWh et que vous en injectez 800 dans le réseau, 700 seront remboursés et 100 seront perdus. De plus, votre facture d’électricité aura toujours un terme pour l’électricité, vous ne verrez jamais (actuellement) une facture d’électricité gratuite dans ce système.

Ce groupe a une limite de convertisseur de puissance de 100 kW. A partir de là, le surplus n’est pas remboursé, mais vendu. Le propriétaire de l’établissement doit s’enregistrer en tant que fabricant, ce qui retarde considérablement les procédures dans l’établissement.

Le troisième groupe comprend les grandes installations et même les parcs solaires. Il s’agit d’installations de vente en réseau, dans lesquelles le but est simplement de vendre l’énergie produite pour un profit immédiat.

Focalisée sur sa propre consommation, l’installation nécessitera un projet d’ingénierie lorsqu’elle dépassera 10 kW de puissance d’onduleur, à légaliser dans l’industrie. Un certificat d’installation, un certificat d’achèvement (si supérieur à 10 kW), un projet (si supérieur à 10 kW) ou un rapport technique doivent être présentés. Dans certaines communautés, l’installation est tenue de passer une inspection initiale par l’OCA (organisme de contrôle autorisé) si elle dépasse 25 kW de puissance.

Quant au démarrage des travaux, une étape est franchie pour qu’ils puissent être réalisés avec la présentation d’une déclaration de responsabilité des travaux concernant les installations d’autoconsommation sur les toitures privatives. Dans certaines communes, un permis de construire est encore nécessaire.

Enfin, le traitement de l’énergie rejetée (surconsommation propre) nécessite une autorisation de raccordement au réseau de la société de distribution si l’installation dépasse 15 kW de puissance onduleur. Cette procédure consiste à soustraire certaines installations industrielles à l’utilisation des redevances excédentaires, et à les contraindre à l’anti-dumping, ce qui facilite tout au niveau de la légalisation dans l’industrie, puisque l’industrie électrique n’a rien à faire et tout va plus. Vite.

À propos de l’énergie photovoltaïque, il semble que presque tout soit déjà connu, mais étant donné le degré d’avancement dans la découverte des différents avantages offerts par les éléments d’intervention, et les nombreuses études ouvertes par les fabricants, il est possible que l’énergie photovoltaïque, comme nous le savons, ait un compte à rebours pour atteindre un certain nombre d’améliorations.