Le solaire photovoltaïque

 

Source : Sunswitch

> Introduction

> Conditions de fonctionnement

> Le photovoltaïque, comment ça marche ?

> Primes et incitants financiers

> En pratique

> Conclusion

 

Introduction

Les systèmes photovoltaïques produisent de l’énergie sous forme durable en convertissant la lumière en électricité. Ils utilisent une énergie gratuite présente partout en grande quantité.
L’intensité du rayonnement solaire varie selon le lieu, l’heure du jour, les saisons, il est donc indispensable de prévoir un système de stockage de l’énergie produite ou une connexion au réseau.

Pour leur fonctionnement, les cellules solaires photovoltaïques ont recours aux rayons solaires directs mais aussi à la lumière solaire diffuse. Cette lumière solaire diffuse (indirecte, cette lumière atteint la terre après différentes réflexions) assure la lumière du jour même par une journée très nuageuse.
(L’offre en hiver est 10 fois inférieure à l’offre en été, au mois de juin, le rayonnement est d’environ 5 kWh/m2 par jour alors qu’en décembre il est de 0,5 kWh/m2.
Le rayonnement moyen atteint en Belgique sur un an est d’ environ 1000 kWh/m2/an.)

La productivité moyenne des capteurs étant de 100 kWh/m2/an, un ménage moyen consommant 2200kWh par an devrait alors installer 20m2 de capteurs !
Couvrir 100% paraît difficile tant au point de vue prix que surface, il est donc conseillé de considérer une couverture partielle des besoins.

 

1. Conditions de fonctionnement

 

Pour assurer un bon fonctionnement, les cellules solaires doivent être bien disposées :

- Les cellules solaires sont connectées en série entre elles, ce qui demande une production équivalente de chacune d’entre elles, il faut donc éviter que des cellules ne soient entièrement ou en partie à l’ombre !
Il est également important de laisser un espace de 5 cm minimum sous le capteur, en effet, le rendement diminue si les cellules sont chaudes (contrairement aux capteurs solaires thermiques pour la production d’eau chaude sanitaire).
- L’angle d’inclinaison est également important : dans nos régions, le soleil ne se situe pas perpendiculairement par rapport à la terre. La hauteur du soleil diffère d’une saison à l’autre, en hiver l’angle d’inclinaison optimal est de 60°C et en été il est de 30°C. Si l’installation est raccordée au réseau, il sera plus utile de profiter au maximum des rayons puissants de l’été c’est à dire une inclinaison des panneaux entre 30° et 40°.
- L’orientation est importante, les cellules doivent être idéalement dirigées vers le sud (les orientations sud-est et sud-ouest conviennent également).

 

2. Le photovoltaïque, comment ça marche ?

 

Source : Apere, Renouvelle n°15

 

• Au sein d’une cellule solaire s’effectue une conversion directe de la lumière en électricité.

La cellule solaire :
Une cellule solaire est une plaquette ronde ou carrée fabriquée en un matériau semi- conducteur, en général le silicium. Sur la face supérieure de la plaquette, on observe une série de fines lignes grises qui ensemble forment le contact avant. Le fond de la plaquette est recouvert d’une fine couche de métal qui constitue le contact arrière.
Les contacts avant et arrière assurent le transport de l’électricité produite.

Il existe trois types de cellules solaires :
- Au silicium monocristallin (en panneaux), c’est le plus utilisé aujourd’hui et le plus efficace. Monocristallin signifie que les atomes de silicium sont tous soigneusement rangés dans un grand cristal.
- Au silicium amorphe (en rouleaux), il a un rendement nettement inférieur au silicium cristallin et une durée de vie moins longue. Amorphe signifie qu’il n’existe pas d’ordre dans les atomes et donc pas de cristaux. Les cellules solaires en silicium amorphe sont surtout utilisées à grande échelle pour les montres et calculatrices.
- Au silicium en couches minces, c’est le plus efficace mais il n’est pas encore utilisé dans des applications courantes.

- Un autre type de panneaux photovoltaïques commence à être utilisé en Belgique, ce sont des panneaux issus de la technologie "thin film" en Cuivre-Indium-Selenium (CIS), ils présentent l'avantage d'être moins altérés par l'ombre des obstacles et par les hautes températures. Ils présentent également l'avantage d'être plus esthétiques.

Comment le courant électrique est généré ?
Entre le contact avant et arrière se situe une fine plaquette de silicium (c’est le cœur de la cellule solaire et fait mesure entre 0,2 et 0,4 mm), celle-ci est traitée de telle sorte qu’il existe un champ électrique interne entre la face avant et la face arrière.
Sous l’incidence de la lumière, il se crée dans le silicium un processus de séparation des charges négatives et positives, une couche de séparation sépare ces couples, il se crée ainsi une différence de tension entre la face avant et la face arrière de la cellule solaire.

 

Source : Electrabel, Le fonctionnement d’une cellule solaire

 

Dès que le contact avant (-) et le contact arrière (+) sont interconnectés via un utilisateur, un courant électrique est généré. Les contacts avant et arrière fournissent un courant électrique comme les deux pôles d’une batterie.

Ces différentes cellules solaires sont réunies dans un module, le panneau solaire est formé d’une série de modules.
Afin d’augmenter la puissance, une série de cellules solaires sont placées l’une derrière l’autre dans ce qu’on appelle un module. En couplant les cellules en série on augmente la tension, en les couplant en parallèle on augmente l’intensité de courant, dans ces deux cas la puissance augmente proportionnellement avec le nombre de cellules car la puissance=tension x courant.
Lorsque les cellules sont placées en série, l’intensité du courant est équivalente à celle de la cellule solaire qui a le courant le plus faible dans la série c’est pour cela qu’il faut éviter qu’une partie soit à l’ombre.

 

• Les systèmes autonomes et les systèmes raccordés au réseau

1)Les systèmes autonomes

Ce sont des systèmes non raccordés au réseau, le surplus d’énergie est stocké dans un accumulateur afin de couvrir les besoins à d’autres moments.
Ces systèmes autonomes conviennent si le raccordement au réseau est impossible et si le besoin en énergie est réduit.
Les composantes essentielles pour ce système sont : l’accumulateur et le régulateur de charge. Le régulateur de charge assure le contrôle du chargement et du déchargement de l’accumulateur et maximalise ainsi sa longévité. L’accumulateur quant à lui est en général une batterie au plomb, son point faible est que sa longévité est jusqu’à 3 fois inférieure à celle des modules. Notez que les batteries peuvent compenser quelques jours sans soleil mais ça s’arrête là !

2)Les systèmes raccordés au réseau

Les systèmes raccordés au réseau fournissent leur énergie à l’utilisateur sans intervention d’une batterie. Un onduleur fournit le surplus éventuel au réseau public.
L’onduleur est une composante indispensable, il transforme le courant continu en courant alternatif, il assure également un point optimal de fonctionnement des cellules solaires ainsi qu’un raccordement sécurisé au réseau public d’électricité.
Pour ce raccord au réseau, il est indispensable de respecter des conditions de sécurité : prescriptions techniques C10/11 de Synegrid (fédération des gestionnaires de réseau électricité et gaz en Belgique).

 

• En pratique, il faut :

→ Un générateur (l’ensemble de modules photovoltaïques)
→ Un onduleur de type solaire autorisé à âtre raccordé au réseau, il se présente comme un boîtier auquel on branche 2 câbles en continu venant du capteur et un câble en alternatif allant vers le compteur. Notez que la distance entre l’onduleur et les capteurs ne peut dépasser 6 m afin de limiter les pertes de câblage.
→ Dans un premier temps prévoir deux compteurs (bientôt il sera possible d’utiliser un seul compteur pouvant tourner à l’envers), l’un mesurant ce qui est consommé et l’autre mesurant ce qui est fourni au réseau.
→ Un disjoncteur et une mise à terre.
Le tout est relié par un câblage électrique tout à fait classique.

L’unité de puissance électrique maximale que fournit le capteur est exprimée en Wattcrête (Wc), cette unité a été définie sous un ensoleillement standard.
Plus précisément, les conditions standard sont : une irradiation de 1000W/m2, un rayon incident à 90°C, une température de 25°C.
Ces conditions standard sont rarement réunies. En Belgique, l’énergie moyenne fournie annuellement par un système de 1kWc est de 800kWh.

 

3. Primes et incitants financiers

- Prime Energie

Plus d’info

- Réduction d’impôts

Elle s’élève à 40 % de l’investissement avec un plafond de 3380 € (année 2008)

- Certificats verts

Pour inciter les producteurs à se tourner vers la production d’électricité verte, les autorités bruxelloises ont mis sur pied un mécanisme de certificats verts (via l’ordonnance du 19 juillet 2001).
Des certificats verts sont octroyés en Région de Bruxelles-Capitale, la certification est gratuite, les formulaires sont accessibles sur le site de brugel .
La gestion des certificats verts est informatisée et confiée au Service régulation de l’IBGE qui en comptabilise les crédits et débits à chaque octroi, achat ou restitution dans une base de données.
Le principe est de d’octroyer à une installation certifiée 1 certificat vert pour 217 kg de CO2 évités.
Actuellement, l’IBGE octroie 7,27 certificats verts par MWh (1MWh=1000kWh) d’électricité produite par l’installation photovoltaïque durant les 10 années qui suivent sa mise en service.
L’octroi des certificats verts se fait à la fin de chaque trimestre, la communication des données se fait donc à la fin de chaque trimestre.

Il y a deux manières de valoriser les certificats verts :

1. Rachat des certificats (CV) par ELIA (gestionnaire du réseau de transport d’électricité belge) à 150 €/MWh soit 20,63 €/CV
   Transaction simple mais pour un prix nettement moins avantageux.
2. Vente des CV à un fournisseur d’électricité. Cette vente se fait au prix du marché du certificat vert, c’est au producteur et au fournisseur à se mettre d’accord sur le prix qui avoisine généralement 92€/CV soit 670 €/MWh.
   La valeur du CV dépend du montant de l’amende imposée aux fournisseurs par l’IBGE*

* Les fournisseurs sont soumis à un quota de certificats verts en Région Bruxelloise. Si les fournisseurs ne sont pas eux-mêmes producteurs d’électricité verte ils devront en acheter à un autre producteur. S’ils ne respectent pas le quota qui leur est imposé annuellement, ils s’exposent à des amendes administratives. L’amende étant fixée à 100€, c’est donc la valeur approximative maximum d’un CV.

4. En pratique

Calcul du temps de retour

Si on tient compte de la prime énergie, de la réduction d’impôts et de l’octroi de certificats verts, on peut faire un petit calcul de temps de retour pour l’installation de panneaux photovoltaïques.

Si on considère que le prix de l’installation de panneaux photovoltaïques tourne autour des 900 €/m2 et qu’on installe 10m2 (pour produire 1000kWh, installation de 1,25kWc).
On calcule un temps de retour de moins de 3 ans! *

* Le temps de retour = investissement réalisé /gains annuels
→ investissement réalisé : 9000 € (panneaux) – 3750€ (prime énergie) – 3380 € (réduction d’impôts) = 1870 €
→ gains annuels : 1000 kWh x 0,17 €/KWh (prix approximatif de l’énergie) = 170 €/an
et 1000kWh → 7,27 CV (si 1CV=90€)→654€/MWh
temps de retour : 1870 € /(170+654) = 2,2 ans

 

Permis d’urbanisme :

(arrêté du Gouvernement de la Région de Bruxelles-Capitale du 13 novembre 2008 paru au Moniteur Belge du 2 décembre 2008)

De manière générale, il faut toujours un permis pour

- les travaux effectués à un bien faisant l'objet de mesures de protection
- les travaux qui dérogent à un plan d'affectation du sol, à un règlement d'urbanisme ou à un permis de lotir.

Pour les panneaux solaires, il faut toujours un permis :
- S’ils sont placés ailleurs qu’en toiture et visibles depuis l'espace public.

S’ils sont placés en toiture, il faut parfois un permis :
- Quand les panneaux ne sont pas incorporés au plan de toiture
- Quand, fixés parallèlement au plan de celle-ci, les panneaux présentent une saillie de plus de 0,3 m ou un débordement par rapport aux limites de la toiture.

 

Notez que demander un permis n’est pas synonyme de refus!

5. En Conclusion

 

Il est important, avant de penser à installer des panneaux solaires photovoltaïques, de rationaliser sa consommation électrique.
La consommation annuelle en électricité d’un ménage moyen tourne autour des 3000kWh par an, en prenant des mesures simples et en agissant sur le comportement cette consommation peut atteindre 2200kWh.

Voici quelques mesures simples et efficaces à prendre avant l’installation de panneaux solaires photovoltaïques :

• Remplacez vos ampoules à incandescence et vos halogènes par des lampes économiques (ampoules fluo compactes).

Plus d’info

 

• Avant l’achat d’appareils électroménagers, repérez les labels énergétiques et évitez de surdimensionner vos appareils.

Plus d’info

 

• Surveillez les veilles, elles consomment beaucoup car elles sont allumées en permanence !

Consultez le tableau des consommations

 

• Evitez de chauffer l’eau à l’électricité !

Plus d’info

Plus d’info sur le solaire thermique pour le chauffage de l’eau sanitaire

 

Sources :

- www.bruxellesenvironnement.be
- www.apere.org
- www.ademe.fr