L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique produite au moyen de panneaux solaires qui permettent de convertir une partie de l’énergie solaire en énergie électrique ; c’est une énergie renouvelable, non toxique et silencieuse.
L’électricité ainsi produite par les modules solaires peut être consommée sur place, alimenter un réseau de distribution ou stockée dans des batteries pour servir à des moments où il n’y a plus de soleil. Une installation solaire photovoltaïque peut être implantée sur tous les types de bâtiments : maison individuelle, bâtiment d’habitation, industriel, bâtiment tertiaire, etc
Les panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques sont composés de cellules photovoltaïques convertissant la lumière en électricité par l'intermédiaire d’un matériau semi-conducteur (silicium) reliées entre elles et intégrées dans un cadre de métal et de verre spécial. Ce type de panneau convertit le rayonnement solaire en électricité avec un rendement de l’ordre de 7 à 17 %.
On distingue 3 principaux types de panneaux photovoltaïques, qui sont différenciés par le type de cellules qui les composent :
Les cellules monocristallines sont issues d'un seul bloc de silicium fondu, elles sont donc très "pures". Elles offrent le meilleur rendement (entre 13 et 17%), mais sont aussi plus chères à la production, donc à la vente.
Les cellules polycristallines sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé. Elles ont un rendement de 11 à 15%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines, et leur rendement est encore moins bon lorsque l’ensoleillement est faible.
Les cellules amorphes sont produites à partir d'un "gaz de silicium", qui est projeté sur du verre, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide.
Une cellule photovoltaïque transforme la lumière en électricité.
La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de matériau semi-conducteur (Silicium) :
une couche dopée Positivement (avec un matériau comme le Bore qui possède moins d'électrons que le Silicium),
une couche dopée Négativement (avec du Phosphore par exemple qui possède plus d'électrons que le Silicium).
Lorsqu'un photon (la lumière) arrive sur la cellule, cela provoque une excitation de l'électron et son retour à l'état initial provoque une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque.
Un onduleur ON-GRID ou connecté au réseau a pour principe de convertir le courant continu produit par les panneaux solaires en un courant alternatif ajusté à la fréquence du réseau.
L’onduleur permet de synchroniser l’électricité avec le réseau de distribution, et de générer l’électricité que nous consommons. Ces onduleurs ne se limitent plus seulement à transformer la puissance continue (DC) générée par les modules solaires en puissance alternative, mais ils exploitent également la puissance délivrée par le module photovoltaïque en le forçant à fonctionner à son point de puissance maximum. De plus, ils assurent une surveillance fiable du réseau pour protéger ce dernier contre les pannes et interrompre, l’alimentation en cas de problèmes survenant, soit du réseau, soit de l’installation.
L’onduleur OFF-GRID ou convertisseur de tension est utilisé spécialement dans les installations non connecté au réseau ou autrement dit pour les sites isolés.
Ce convertisseur transforme le courant continu produit par les panneaux photovoltaïques sous une tension de 12V, 24V ou 48V en courant alternatif de tension 220V.
Il est relié aux batteries dont il reçoit le courant et sur lequel vous branchez les appareils électriques que vous souhaitez faire fonctionner ou directement sur les panneaux quand l'énergie n'est pas stockée
Un onduleur hybride ou onduleur intelligent est une nouvelle génération d'onduleur dédié aux applications utilisant l’énergie solaire pour l'autoconsommation.
Ce type d’onduleur permet de choisir entre l'énergie renouvelable, l'énergie du réseau et l'énergie du stockage en fonction de la consommation d’une manière optimale et intelligente, il permet ainsi de faire des économies d’énergie, de protéger l’installation électrique contre les pics et les chutes de tension et d’offrir une énergie non’stop en cas de coupure inopinée d’électricité.
Plutôt que de systématiquement stocker l'énergie dans des batteries (comme le cas des sites isolés), cette technique ne stocke l’énergie que si c'est nécessaire (par exemple quand la consommation est inférieure à la production).
Ceci est possible grâce à sa technique d’addition des différentes sources d'énergie (réseau, solaire et batteries).
Les onduleurs hybrides fonctionnent donc en différentes techniques :
Ces onduleurs intelligents sont l’avenir des installations solaires photovoltaïques dédiées à l’autoconsommation.
Le régulateur de charge solaire (ou contrôleur de charge) est un appareil électronique fonctionnant de façon complètement automatique auquel sont raccordés les panneaux solaires, la batterie ainsi que d’éventuels équipements ou composants de l’installation photovoltaïque.
Le régulateur de charge permet de réguler et d’assurer la charge de la batterie et prévient de tout risque de surcharge de celle-ci en stoppant l’alimentation de cette dernière lorsque cela s’avère nécessaire.
Sa fonction est primordiale car elle a un impact direct sur les performances et la durée de vie des batteries :
Le régulateur de charge est utilisé spécialement dans les installations des sites isolés et on distingue plusieurs technologies de régulation à savoir : PWM, MPPT…
Les batteries solaires constituent un organe essentiel de tout système autonome. Elles ont pour but de stocker l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques afin d’assurer l'alimentation électrique en toutes circonstances (jour ou nuit, ciel dégagé ou couvert).
Ces batteries sont spécialement conçues pour restituer un courant stable pendant de longues périodes en conservant leurs aptitudes à la recharge, et ceci à un grand nombre de reprises (cycles).
Les batteries solaires se caractérisent par un rendement élevé (quantité d’énergie absorbée durant la charge / quantité d’énergie restituée lorsqu’elles sont sollicitées). Elles supportent mieux les décharges profondes que les batteries dites classiques.
On distingue plusieurs technologies de stockage à savoir : Acide, AGM, GEL, OPZs, OPZv, Lithium…
Les pompes solaires permettent de pomper de l'eau de façon écologique et économique, en utilisant l'énergie du soleil. Les principales utilisations des pompes solaires sont : Gestion des réserves d'eau, irrigation des cultures, abreuvage des élevages de bétail, ou encore approvisionnement en eau potable des zones reculées.
Les pompes solaires fonctionnent grâce à un moteur électrique qui puise son énergie dans les cellules photovoltaïques des panneaux solaires de l'installation.
Elles sont en général reliées à un réservoir qui va ensuite alimenter un réseau d'eau. L'installation de pompage solaire classique comprend :
La pompe solaire ne présente pas de débit constant. Elle se caractérise en effet par un débit variable tout au long de la journée :
L'électricité n'est pas stockée. Mais on peut envisager de stocker l'eau dans un réservoir pour approvisionner le circuit d'eau 24h sur 24, et que les utilisateurs vont pouvoir extraire via un robinet situé directement sur le réservoir.
Le variateur de vitesse à énergie solaire ou l’onduleur solaire de pompage est destiné à la réalisation de systèmes de pompage d'eau autonomes dans les régions rurales des pays en voie de développement dépourvues d'énergie électrique ou toute autre installations de pompes isolées.
Le variateur est doté de nombreuses fonctions de contrôle des pompes et de fonctions spécifiques aux pompes solaires, comme le suivi du point de puissance maximale intégré et la détection de fonctionnement à sec, ainsi que le calcul du débit sans capteur.
Le suivi du point de puissance maximale (MPPT) permet une utilisation optimale de l’énergie des panneaux solaires et assure les performances de la pompe durant toute la journée tandis que le démarrage et l'arrêt automatiques par rayonnement solaire permettent de réaliser des économies d'argent et de carburant pendant les heures de clarté.
Le variateur de vitesse pour pompe solaire est écologique, avec une longue durée de vie et de faibles coûts de maintenance. Il fonctionne indépendamment du réseau électrique public et ne produit aucune pollution, ni bruit. Les applications typiques sont l'irrigation, l'approvisionnement en eau de la collectivité, la pisciculture et l'agriculture.
La Protection recherchée du côté courant continu (CC) ne concerne pas seulement le risque d’électrocution, mais surtout le risque d’incendie. En effet, sans protection, en cas de court-circuit, le courant généré par les batteries (ou même les panneaux solaires) ne sera pas coupé, et provoquera tout à la fois des arcs électriques pouvant produire un incendie, et, par échauffement, la fonte et l’embrasement des composants inflammables. Par ailleurs, la nature même du courant continu interdit l’utilisation de dispositifs de protection conçus pour le courant alternatif, du fait de l’effet d’arc, bien souvent non interrompu dans les dispositifs de coupure prévus pour le courant alternatif.
La mise à la terre et la protection de l’installation CC contre les surtensions transitoires dues à la foudre est vivement recommandée. En effet, les panneaux solaires sont en grande partie métalliques et le plus souvent placés en hauteur, et par conséquent sont exposés aux phénomènes électro-atmosphériques.
Dans une installation photovoltaïque, les parafoudres ont pour rôle de protéger les modules photovoltaïques et les onduleurs contre les risques de surtensions induites dans le circuit de la partie continue.
Les surtensions sont à l'origine d'effets secondaires particulièrement perturbateurs sur les équipements de l'installation photovoltaïque, voire destructeurs.
Une protection systématique contre les surtensions est donc recommandée pour tout type d'installation électrique (dont photovoltaïque), comme en témoignent de nombreuses destructions ou pannes récurrentes inexpliquées de matériels d'exploitation.
Les interrupteurs-disjoncteurs courant continu doivent être en mesure d’assurer, sur commande manuelle ou sur défaut (masse, court-circuit), le sectionnement complet du circuit électrique côté courant continu en charge (c'est-à-dire sous tension), ce qui signifie qu’ils doivent être capables de supprimer totalement l’arc électrique produit à l’ouverture (ce qui peut ne pas être le cas des interrupteurs-disjoncteurs à courant alternatif pourtant encore couramment utilisés dans les installations solaires en site isolé)
Le sectionneur est utilisé dans les installations photovoltaïques pour isoler de façon optimale et sécurisée le côté DC du reste de l'installation.
Ces appareils permettent d’opérer des coupures de courant et la fermeture en charge dans toutes les applications des circuits photovoltaïques.
Les fusibles sont conçus pour protéger les modules photovoltaïques contre les risques de surintensité.
Le porte-fusible est une solution sûre et fiable pour les installations photovoltaïques grâce à sa facilité et rapidité d'installation.