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Comprendre le fonctionnement d'une installation photovoltaïque en 5 étapes.
Étape 1 : Capture de l'Énergie solaire
L'énergie solaire est constituée de particules de lumière appelées photons. Lorsque ces photons frappent la surface d'un panneau solaire, c'est le début du processus de conversion de l'énergie lumineuse en électricité.
Les Photons, messagers de l'Énergie solaire
Origine des Photons : Les photons sont générés par les réactions nucléaires au cœur du soleil. Ces réactions libèrent une énorme quantité d'énergie sous forme de lumière et de chaleur.
Voyage des Photons : La distance séparant la Terre du Soleil est d'environ 149'000'000 de kilomètres. Il faut 8 minutes et 20 secondes pour que les photons qui voyagent à la vitesse de la lumière (299 792 kilomètres par seconde) atteignent la Terre.
Interaction avec les panneaux solaires : Lorsque ces photons entrent en contact avec un panneau solaire, ils transmettent leur énergie aux électrons présents dans les cellules photovoltaïques.
Étape 2 : Conversion de l'Énergie
Cette étape est cruciale et repose sur le phénomène physique connu sous le nom d'effet photovoltaïque.
L'effet Photovoltaïque : Comment l'énergie des Photons se transforme-t-elle en électricité ?
Matériau Semi-conducteur : Les cellules photovoltaïques sont fabriquées avec un matériau semi-conducteur, le plus souvent du silicium.
Absorption des Photons : Lorsque les photons frappent le silicium, ils transfèrent leur énergie aux électrons du matériau.
Libération des Électrons : Cette énergie supplémentaire permet aux électrons de se libérer de leurs atomes et de se déplacer librement.
Création de courant électrique : Les électrons libres se déplacent dans une direction organisée à travers le matériau, créant ainsi un courant électrique.
Production de courant continu (DC) : Ce mouvement d'électrons est le courant continu (DC) qui est par la suite converti en courant alternatif (AC) utilisable par les foyers.
Informations utiles
Efficacité des cellules : L'efficacité d'une cellule photovoltaïque, c'est-à-dire sa capacité à convertir l'énergie solaire en électricité, varie généralement entre 15 % et 20 % pour les modèles standards. L'efficacité de conversion de l'énergie solaire des panneaux photovoltaïques actuels est 50 à 100 fois supérieure à la photosynthèse des plantes.
Innovations technologiques : Les recherches continuent d'améliorer l'efficacité des panneaux solaires, avec le développement de nouvelles technologies comme les cellules à hétérojonction ou les cellules en pérovskite. Il faudra probablement encore une dizaine d'année avant que ces technologies ne soient disponibles sur le marché. Elles sont encore en phase expérimentales et sont à l'heure actuelle trop chères pour envisager être rentable sur une installation. Certaines technologies ont déjà atteint en phase expérimentale 30% d'énergie solaire convertie en électricité. Comme le démontre ce reportage de la RTS : https://www.rts.ch/info/sciences-tech/technologies/13227589-des-cellules-solaires-avec-30-de-rendement-une-premiere-grace-a-la-recherche-suisse.html.
Étape 3 : Transformation du courant
Une fois que l'énergie solaire est convertie en courant électrique continu (DC) par les cellules photovoltaïques, elle doit être transformée pour pouvoir être utilisée dans les maisons et dans les entreprises. Cette transformation est assurée par un appareil nommé l'onduleur ou le convertisseur.
L'Onduleur : Le cœur de la transformation
Conversion du courant DC en AC : L'onduleur a pour fonction principale de convertir le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif (AC), compatible avec le réseau électrique et les appareils domestiques.
Rôle de régulation : En plus de la conversion, l'onduleur régule également la tension et la fréquence du courant électrique pour assurer une alimentation stable et sûre.
Surveillance et sécurité : Les onduleurs modernes sont souvent équipés de systèmes de surveillance qui permettent de suivre la performance de l'installation photovoltaïque et de détecter d'éventuelles anomalies.
Informations utiles
Types d'Onduleurs : Il existe différents types d'onduleurs, notamment les onduleurs centraux (pour les grandes installations) et les micro-onduleurs. Ces derniers sont installés sur chaque panneau pour une meilleure gestion de la production d'énergie. Ils sont souvent préférés à un onduleur classique sur des petites installations (moins de 10 panneaux), car moins cher.
Étape 4 : Utilisation de l'électricité
Après la conversion, l'électricité est prête à être utilisée au sein de votre foyer ou de votre entreprise.
Distribution de l'électricité
Intégration au réseau électrique : L'électricité convertie est acheminée à travers votre installation électrique, vous permettant d'alimenter vos appareils, d'éclairer vos espaces de vie et de chauffer votre eau, par exemple.
Autoconsommation : Avec une installation photovoltaïque, vous pouvez consommer directement l'électricité produite, réduisant ainsi votre dépendance au réseau électrique et diminuant vos factures d'énergie.
Compteur intelligent : Les compteurs intelligents peuvent mesurer la quantité d'énergie que vous produisez et consommez, facilitant la gestion de votre consommation.
Informations utiles
Réduction de l'empreinte carbone : En utilisant l'énergie solaire, vous contribuez à réduire votre empreinte carbone, car l'énergie solaire est renouvelable et donc ne produit pas de gaz à effet de serre. L'empreinte carbone devient positive après 3 à 5 ans pour les panneaux produits en Europe et 4 à 7 ans pour ceux produits en Chine.
Rendement et conditions climatiques : Le rendement des panneaux solaires peut varier selon les conditions géographiques et climatiques. L'irradiation annuelle est calculée au kWh/m2. La moyenne est de 1'000 kWh/m2, Pour savoir si votre foyer offre des conditions supérieurs à la moyenne de 1'000 kWh/m2 vous pouvez calculer la vôtre directement sur le site suivant (https://re.jrc.ec.europa.eu/pvg_tools/fr/)
Étape 5 : Injection ou stockage de l'électricité
Une fois l'électricité générée et convertie, elle peut soit être injectée dans le réseau électrique public, soit être stockée pour une utilisation ultérieure.
Injection dans le réseau
Injection et compensation : Si votre installation produit plus d'électricité que vous n'en consommez, l'excédent peut être injecté dans le réseau électrique. Cela vous donne droit à une compensation ou un crédit sur votre facture d'électricité qui varie selon votre fournisseur d'énergie.
Compteur bidirectionnel : Un compteur bidirectionnel est souvent nécessaire pour mesurer à la fois l'électricité que vous consommez et celle que vous injectez dans le réseau.
Stockage de l'électricité
Batteries Solaires : Pour stocker l'électricité produite, des batteries solaires peuvent être utilisées. Cela permet de conserver l'énergie pour une utilisation pendant les périodes sans soleil, comme la nuit ou les jours nuageux.
Gestion de l'énergie : Des systèmes de gestion de l'énergie intelligents peuvent optimiser l'utilisation de l'électricité stockée, en priorisant son usage pendant les périodes de tarification élevée ou en cas de panne du réseau.
Informations utiles
Évolution des technologies de stockage : Les technologies de stockage de l'énergie solaire évoluent rapidement, avec des batteries de plus en plus efficaces et économiques.
Durabilité et recyclage : Les batteries solaires présentent des défis en termes de durabilité et de recyclage, des aspects importants à considérer pour minimiser votre impact environnemental.
Vous connaissez désormais les diverses étapes du fonctionnement d'une installation photovoltaïque. Si vous avez encore des questions sur cette thématique, nous nous ferons un plaisir de répondre à toutes vos questions. Vous pouvez nous envoyer un mail à <email-pii> ou remplir directement le formulaire de contact disponible sur notre site web.
Crédit :
Images : DALL·E
Écriture : Luca Favrod