FONCTIONNEMENT D’UNE CENTRALE PHOTOVOLTAÏQUE

Une centrale photovoltaïque est constituée de plusieurs composants qui travaillent ensemble pour transformer l’énergie solaire en électricité utilisable :

Panneaux photovoltaïques :
Le cœur de la production d’énergie d’une centrale photovoltaïque réside dans ses panneaux solaires, constitués d’une multitude de cellules photovoltaïques. Les panneaux photovoltaïques peuvent être de types monocristallins, polycristallins ou à couches minces (thin-film), chacun ayant ses propres avantages en termes d’efficacité et de coût.
Onduleurs :
L’électricité produite par les cellules photovoltaïques est en courant continu (DC), qui doit être converti en courant alternatif (AC) pour être utilisable dans la plupart des appareils et pour être injecté dans le réseau électrique. C’est le rôle des onduleurs. Ils jouent un rôle crucial dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque, et leur qualité et performance peuvent grandement affecter l’efficacité globale du système.
Système de montage :
Les modules photovoltaïques sont montés sur des structures spécifiques qui peuvent être fixes ou mobiles. La faisabilité technique des structures de montage peut empêcher la pose de certains systèmes. Les coûts étant très variables, il est important d’en juger la rentabilité et le fondement technique.
Batteries de stockage (OPTIONNEL) :
Au-delà des composants directement impliqués dans la conversion de l’énergie solaire en électricité, un autre élément majeur entre en jeu : le système de stockage d’énergie. Le rôle des batteries de stockage dans une centrale photovoltaïque est de conserver l’énergie produite non utilisée immédiatement pour la restituer à un moment choisi.

Chacun de ces composants joue un rôle essentiel dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque.
Une bonne compréhension de leur fonctionnement est essentielle pour assurer une production d’énergie efficace de la centrale. Dans un projet, l’évaluation technique et économique de chaque élément permet de pérenniser et de rentabiliser sur le long terme.

1. PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES

Les panneaux photovoltaïques sont l’un des éléments centraux de toute installation photovoltaïque. Ces panneaux sont en fait composés d’un ensemble de cellules photovoltaïques qui convertissent la lumière du soleil en électricité, grâce à un processus appelé effet photovoltaïque. En moyenne, les panneaux solaires actuels présentent un rendement se situant entre 16 et 20 %, ce qui signifie qu’ils peuvent convertir entre 16 et 20 % de l’énergie solaire qu’ils reçoivent en électricité.

Plusieurs facteurs peuvent influencer le rendement des panneaux photovoltaïques :

La température :
Plus le panneau est chaud, moins son rendement est bon. En effet, les cellules photovoltaïques voient leur efficacité diminuer avec l’augmentation de la température. Il est donc important d’assurer une bonne ventilation derrière les panneaux pour évacuer la chaleur.
L’encrassement :
Un panneau sale ou encombré de poussière peut voir son rendement baisser significativement. Il est donc important de veiller à leur entretien régulier, en particulier dans les environnements agricoles où l’exposition à la poussière peut être importante.
La vétusté :
Avec le temps, les panneaux photovoltaïques voient leur rendement diminuer. Cependant, la plupart des fabricants garantissent une efficacité minimale de 80 % après 25 ans d’utilisation.
L’orientation et l’inclinaison :
Pour une performance optimale, les panneaux doivent être orientés plein sud et inclinés à un angle optimal qui dépend de la latitude du lieu d’installation. Cependant, des orientations Est ou Ouest peuvent également être envisagées, en fonction des contraintes du site.

Chaque panneau solaire est classé en fonction de sa puissance crête (exprimée en kWc), qui est la puissance que le panneau produit dans des conditions normatives standard d’ensoleillement, de température et de vent. Cette caractéristique est un facteur clé pour comparer différents panneaux ou installations entre elles a surface égale. Plus la puissance crête par m² est élevée, plus la puissance installable pourra être importante et donc la production d’électricité. Il est important de comparer les panneaux sur une même base de caractéristiques technique de production surfacique et de longévité pour en détecter la cohérence avec le prix.

2. ONDULEURS

Au cœur du système d’une centrale photovoltaïque, l’onduleur joue un rôle crucial en transformant le courant continu (DC) produit par les panneaux solaires en courant alternatif (AC), utilisable dans le réseau électrique domestique ou pour l’injection sur le réseau public. Sa qualité et sa performance ont un impact direct sur l’efficacité globale de l’installation photovoltaïque.

L’onduleur est souvent considéré comme un élément consommable dans le projet photovoltaïque. En effet, sa durée de vie moyenne est généralement d’environ 10 ans, bien que certains installateurs ou fabricants puissent offrir des garanties allant jusqu’à 20 ans. Il est important de noter que la durée de vie de l’onduleur peut varier en fonction de plusieurs facteurs, tels que les conditions environnementales, la qualité de la fabrication, ou encore la fréquence et la qualité de l’entretien.

Pour assurer le bon fonctionnement et la longévité de l’onduleur, un local dédié est souvent nécessaire pour son installation. Ce local doit être bien ventilé pour éviter une surchauffe de l’équipement, à l’abri de l’eau et de la poussière, deux éléments qui pourraient compromettre le fonctionnement de l’onduleur.

Concernant l’injection électrique photovoltaïque sur le réseau de distribution, l’onduleur peut être monophasé ou triphasé en fonction de la puissance produite et des besoins spécifiques. Un onduleur convertit le courant continu (DC) en courant alternatif (AC) selon les normes réseau pour être valorisable par le producteur. Lors de l’élaboration du projet photovoltaïque, il convient de tenir compte du coût de remplacement de l’onduleur et de sa durée de vie pour prévoir cette dépense dans le plan financier global de l’installation.

En outre, avec les progrès technologiques constants dans le domaine, les nouveaux onduleurs peuvent offrir des performances supérieures et des fonctionnalités avancées, comme la gestion de l’énergie ou l’intégration à des systèmes de stockage d’énergie, ce qui peut renforcer l’efficacité globale de l’installation au moment du remplacement ou flexibiliser les usages.

3. SYSTEME DE MONTAGE ET DE SUIVI DU SOLEIL

Le système de montage et de suivi du soleil est une composante essentielle d’une centrale photovoltaïque, visant à optimiser la capture de l’énergie solaire tout au long de la journée. Les panneaux photovoltaïques sont montés sur des structures spécifiques, qui peuvent être fixes ou mobiles, en fonction de la configuration choisie.

Les structures de montage fixes sont généralement utilisées dans les projets avec des toitures déjà existantes ou en construction. Ces supports sont positionnés à un angle fixe à une inclinaison la plus proche de l’optimal technico économique correspondant à la latitude du lieu d’installation. Cette configuration est simple, économique et ne nécessite aucune pièce mécanique mobiles mais présente l’inconvénient de ne pas suivre parfaitement la trajectoire du soleil tout au long de la journée et des saisons.

En revanche, les systèmes de suivi du soleil offrent une solution plus avancée en ajustant dynamiquement l’orientation des panneaux pour suivre la course du soleil du lever au coucher. Les panneaux sont montés sur des structures motorisées qui les inclinent en fonction de la position du soleil dans le ciel. Cela permet d’optimiser la quantité de lumière solaire captée à tout moment, augmentant ainsi l’énergie globale de la centrale photovoltaïque au détriment d’un surcout élevé et de maintenance plus complexe

Les systèmes de suivi du soleil peuvent être classés en deux catégories principales : les systèmes à un axe et les systèmes à deux axes. Les systèmes à un axe ne permettent que l’orientation horizontale ou verticale des panneaux, tandis que les systèmes à deux axes permettent des mouvements dans les deux directions, assurant une meilleure adaptation aux variations saisonnières et aux changements d’angle du soleil.

L’efficacité accrue offerte par les systèmes de suivi du soleil présente cependant quelques inconvénients. Ces systèmes sont plus complexes et coûteux à installer et à entretenir par rapport aux structures fixes. De plus, leur mouvement continu nécessite une consommation supplémentaire d’énergie, ce qui peut réduire légèrement le rendement global de la centrale. Pour cette raison, le choix entre une structure fixe et un système de suivi du soleil dépend souvent de facteurs tels que la localisation géographique, l’inclinaison du terrain, les contraintes budgétaires et les objectifs de rendement de l’installation.

Le système de montage et de suivi du soleil est un élément permettant potentiellement d’améliorer l’utilisation de l’énergie solaire dans une centrale photovoltaïque. En utilisant des systèmes de suivi sophistiqués ou des structures fixes, il est possible d’optimiser l’efficacité du captage de l’énergie solaire et de contribuer ainsi à la transition vers des sources d’énergie renouvelables plus durables et respectueuses de l’environnement.

4. STOCKAGE BATTERIE

La capacité de stocker l’énergie produite par une installation photovoltaïque est une possibilité qui offre une plus grande flexibilité en permettant d’utiliser l’électricité produite lorsque le soleil ne brille pas. Dans le contexte du photovoltaïque, le stockage d’énergie se fait généralement via des batteries, qui emmagasinent l’électricité générée pendant les périodes d’ensoleillement pour une utilisation ultérieure.

Le principal avantage du stockage par batterie est de maximiser l’autoconsommation de l’électricité produite localement. Cela permet de réduire la dépendance vis-à-vis du réseau électrique et d’éviter d’acheter de l’électricité lorsque les prix sont élevés. De plus, dans certains cas, un système de stockage peut offrir une solution de secours en cas de coupure du réseau électrique.

Cependant, il est important de garder à l’esprit que l’utilisation de batteries implique aussi des défis. Le principal d’entre eux est l’impact environnemental lié à la fabrication et au recyclage des batteries. La production de batteries, en particulier de batteries lithium-ion, nécessite l’extraction de minerais qui sont souvent limités et dont l’extraction peut avoir des conséquences environnementales et sociales importantes. D’un point de vue économique, le coût des batteries peut également être un obstacle. Même si les prix ont tendance à baisser avec le développement de nouvelles technologies et l’augmentation des volumes de production, l’investissement initial reste élevé. De plus, la durée de vie des batteries, bien qu’elle s’améliore, reste limitée, ce qui peut affecter la rentabilité globale du système photovoltaïque.

En conclusion, si le stockage par batteries peut offrir des avantages importants, il convient de l’aborder avec une certaine prudence, en prenant en compte à la fois les bénéfices potentiels et les défis environnementaux et économiques. Une évaluation précise des besoins et une analyse détaillée du retour sur investissement sont essentielles avant de décider d’intégrer un système de stockage à une installation photovoltaïque.