Tout ce que vous avez toujours voulu savoir sur l'énergie solaire.

L'énergie solaire photovoltaïque convertit directement le rayonnement lumineux (solaire ou autre) en électricité. Elle utilise pour ce faire des modules photovoltaïques composés de cellules solaires ou de photopile.

Un dispositif photovoltaïque (généralement appelé cellule solaire) consiste en plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs présentant diverses propriétés électroniques. Dans une cellule poly cristalline, le matériau est constitué principalement de silicium dopé avec une petite quantité de bore pour lui conférer un caractère positif de type p. Une fine couche à l’avant de la cellule est dopée au phosphore pour lui donner un caractère négatif de type n. L’interface entre ces deux couches renferme un champ électrique et est appelée jonction.

La lumière est constituée de particules appelées photons. Quand la lumière entre en contact avec la cellule solaire, un certain nombre de ces photons est absorbé dans la zone de jonction, libérant des électrons dans le cristal de silicium. Si des photons ont suffisamment d’énergie, les électrons seront à même de traverser le champ électrique à la jonction et de circuler à travers le silicium et dans un circuit externe, ils libèrent leur énergie sous forme de travail utile (mise en marche de moteurs, allumage de lampes, etc.) et reviennent dans la cellule solaire. Le processus photovoltaïque est entièrement intégré et autonome. Aucune pièce n’est en mouvement et aucun matériau n’est consommé ou émis.

Un panneau solaire photovoltaique correctement mis au point peut satisfaire pratiquement tous les besoins en électricité, notamment l’éclairage, l’alimentation de systèmes de pompage, de matériel de réfrigération, de transmission radio etc.
Le panneau solaire est un système de production d’energie solaire efficace et écologique qui permet de répondre aux différents besoins en électricité.

Bien que celui-ci dépende en grande partie de l’application, on peut en déterminer les grandes lignes. Les panneaux solaires photovoltaiques de 100 watts crêtes ou plus coûtent généralement entre 7 et 11 € par watt d’énergie solaire photovoltaique. Les systèmes solaires plus petits sont plus onéreux par watt produit. Les modules photovoltaïques représentent entre 1/3 et ½ du coût total du système. Chaque watt d’un réseau photovoltaïque produit généralement entre 2 et 6 watt/heure d’énergie par jour, selon la saison et l’emplacement. Dans des conditions de fonctionnement très sombres (au mois de décembre en Alaska, par exemple), le système produit moins d’énergie solaire et dans des conditions très ensoleillées, il en produit davantage.

En un mot, non. Bien que la fabrication des cellules et des modules photovoltaïques fasse appel à une technologie relativement complexe, leur emploi est très simple. Les modules photovoltaïques sont généralement des dispositifs courant continu basse tension (bien que des réseaux de modules photovoltaïques puissent être câbles pour produire une tension plus importante) ne comportant aucune pièce en mouvement ou soumise à l’usure. Une fois installé, un réseau photovoltaïque en site isolé ne requiert généralement aucun entretien autre qu’un nettoyage occasionnel (et même cela n’est pas impératif). La plupart des systèmes photovoltaïques (panneau solaire, batterie solaire, pompe solaire, ...) contiennent des accumulateurs pour lesquels il faudra ajouter de l’eau distillée et qu’il faudra entretenir de la même façon qu’une batterie automobile.

Les systèmes photovoltaïques, comme les panneaux solaires, constituent probablement la méthode la plus douce de production électrique. Ce sont des systèmes silencieux, ne produisant aucune émission et n’utilisant pas de carburant (autre que la lumière du soleil !). La production d’energie solaire des systèmes photovoltaïques (panneau solaire, batterie solaire, pompe solaire, ...)va naturellement varier d’un fabricant à l’autre. Bien que des matériaux dangereux (principalement des bases et de forts acides inorganiques) entrent dans la fabrication des cellules solaires, ces substances ne sont pas libérées dans l’environnement. La production d’energie solaire photovoltaique est basée sur le silicium, deuxième élément le plus communément trouvé sur la surface de la terre, qui est un produit non toxique tel qu’il est utilisé dan les modules photovoltaïques.

Faut-il un permis spécial pour installer un système d’energie solaire photovoltaique ? Le système sera-t-il couvert par mon assurance ?

Le gouvernement français encourage le développement de l'exploitation de l'énegie solaire. Pour un bâtiment existant, la pose de panneaux solaires n'est pas soumise à permis de construire. Pour un bâtiment neuf, il est préférable d'intégrer les panneaux solaires dans le permis de construire. Assurances multirisque habitation assure tous les équipements de la maison, y compris les panneaux solaires.

Les modules photovoltaïques sont classés en fonction d’un ensemble de conditions bien définies appelées Conditions de Test Standard (STC). Celles-ci comprennent la température des cellules solaires (25°C), l’intensité des rayonnements (1KW/m²) et la distribution spectrale de la lumière (masse de l’air 1,5 ou AM 1,5, correspondant au spectre de lumière solaire filtrée au travers de 1,5 épaisseur d’atmosphère terrestre). Ces conditions correspondent à midi par une journée ensoleillée, le soleil étant situé à environ 60° au-dessus de l’horizon, le système d’energie solaire photovoltaique placé directement face au soleil et la température de l’air de 0°C. En cours de production, les modules photovoltaïques sont testés dans une chambre appelée simulateur solaire contenant un flash à ampoule et un filtre conçus pour reproduire autant que possible la lumière solaire et offrant une précision d’environ + ou - 1%. Etant donné que le flash se produit seulement en l’espace de 50 millisecondes, les cellules n’ont pas le temps de chauffer de façon appréciable, ce qui permet de mesurer les caractéristiques électriques du module à une température (la température ambiante du module/usine) généralement de l’ordre de 25°C ; par la suite seuls quelques légers ajustements seront requis pour corriger les températures standard de 25°C.

Pour un module donné, la plupart des fabricants n’indiquent que la puissance nominale et une tolérance (généralement de l’ordre de + ou – 10%).

Un certain nombre de caractéristiques des modules photovoltaïques (sécurité, durabilité et puissance) est certifié par plusieurs organismes au monde, parmi lesquels U.L., F.M. et la Communautés européennes (C.E.).

Plus de 2 milliards de personnes dans le monde en développement n’ont pas accès à l’électricité. Pour ces personnes, l’énergie photovoltaïque constitue très certainement la ressource électrique la plus économique existant de nos jours pour les petites consommations.

Il est possible de produire de l'électricité de façon décentralisée, modulable et non polluante pour des raisons économiques (revendre au réseau) ou idéologique (participer à l'effort pour limiter les émissions de gaz à effet de serre) dans les lieux raccordés au réseau électrique.

Peut-elle chauffer l’eau d’usage ménager ?

Bien qu’il soit techniquement possible d’utiliser l’électricité produite par un système d’energie solaire photovoltaique pour chauffer l’eau, ce n’est généralement pas économique. Le solaire thermique transforme le rayonnement du soleil en chaleur. Il utilise des capteurs thermiques qui chauffent l'eau domestique. C'est un procédé intéressant pour les ensembles collectifs (hôpitaux, immeubles d'habitation, hôtels, maisons de retraits, etc.), mais aussi pour l'habitat individuel. On peut aussi l'utiliser pour le chauffage des habitations.

et aujourd'hui ?

La crise de l’énergie des années 70 (qui était en fait une crise de la production pétrolière) a encouragé la recherche d’autres options. A l’époque, le pétrole était cher (40 USD le baril). Ces facteurs entraînèrent d’importants investissements et une forte croissance de l’industrie photovoltaïque, ainsi que de l’industrie des systèmes thermodynamiques.

Au milieu des années 80, tous ces facteurs se trouvèrent inversés. Le prix du pétrole avait baissé (10 dollars le baril). Le nombre de systèmes baissa alors de façon dramatique et l’industrie s’en trouva naturellement touchée – 90% des fabricants de systèmes thermodynamiques durent ferme leur usines.

Parallèlement, les années 80 apportaient avec elles un intérêt renouvelé envers l’impact de la production d’énergie sur l’environnement. L’accident de Tchernobyl, en particulier, fit comprendre aux Européens la nécessité de mettre au point des formes plus sûres et plus propres de production d’énergie. Ces facteurs se sont combinés pour créer un marché en expansion et un intérêt renouvelé pour la technologie photovoltaïque. Aujourd'hui, le prix du pétrole entre 90 à 150 USD le baril, réchauffement climatique, urgence de la protection d'environnement entraînent un intérêt accru de la part des gouvernements des pays développés pour l'énergie solaire photovoltaïque.

Oui, et même très bien. Contrairement à ce qu’on pourrait croire, les systèmes photovoltaïques (panneaux solaire, batterie solaire, ...) produisent en fait davantage d’électricité sous des températures faibles, les autres facteurs demeurant inchangés. La raison en est que les systèmes photovoltaïques sont en fait des dispositifs électroniques qui produisent de l’électricité à partir de la lumière, et non pas à partir de la chaleur. Comme la plupart des dispositifs électroniques, les panneaux solaires et autres systèmes photovoltaïques fonctionnent mieux quand il fait plus froid.

Dans les climats tempérés, les systèmes photovoltaïques produiront moins d’énergie en hiver qu’en été, ceci étant dû au fait que les jours sont plus courts, l’angle des rayons solaires plus faible et la couverture nuageuse plus dense, et non pas à des températures plus fraîches.

Fonctionne-t-il l’intérieur d’un bâtiment ?

Les systèmes photovoltaïques produisent de l’électricité par temps nuageux, bien que leur production s’en trouve diminuée. En général, la production électrique varie de façon linéaire et sera d’environ 10% de celle produite dans des conditions d’intensité solaire normale. Etant donné que les systèmes photovoltaïques en plaque répondent à une fenêtre de 180°, ils n’ont pas besoins d’ensoleillement direct et peuvent même produire 50 à 70% de leur production nominale par temps couvert mais lumineux. Un temps couvert et sombre peut correspondre à 5 à 10% d’une intensité solaire normale et la production peut s’en trouver diminuée en conséquence.

Les niveaux d’éclairage naturel intérieur, même dans des bureaux bien exposés, sont bien moins élevés que ceux de l’extérieur, souvent dans une proportion de 1/100 et plus. Les systèmes photovoltaïques conçus pour une installation extérieure ne produiront généralement pas une alimentation suffisante à de tels niveaux d’éclairage, étant donné qu’ils sont conçus pour fonctionner de manière optimale à des intensités bien plus élevées.

D’un autre côté, les systèmes photovoltaïques conçus pour des niveaux d’éclairage moins importants, comme les cellules entrant dans la fabrication des calculatrices de poche, sont conçues pour ces conditions et fonctionneront moins bien en plein soleil.

Bien qu’un système photovoltaïque puisse être très simple et ne consister qu’en un seul panneau solaire et une seule charge (ventilateur à entraînement direct, par exemple), la plupart de systèmes photovoltaïques sont conçus pour produire de l’électricité à tout moment et doivent donc comprendre des batteries d’accumulateurs pour conserver l’énergie produite par le générateur photovoltaïque. Les systèmes munis de batteries devront également comporter des régulateur s de charge ou limiteur de charge pour en contrôler le chargement ou en limiter le déchargement. Etant donné que les systèmes photovoltaïques et les batteries sont essentiellement des dispositifs courant continu (12 ou 24V), les systèmes plus importants comporterons généralement des convertisseurs de courant continu en courant alternatif pour assurer une alimentation en courant alternatif, sous des tensions et des fréquences standard et permettre ainsi de brancher des appareils standard sur le système. En ce qui concerne le branchement électrique, des dispositifs de protection (diodes, fusibles, coupe-circuits, disjoncteurs et mises à la terre) sont nécessaires pour satisfaire aux normes des codes de sécurité réglementaire. En général, il faudra aussi prévoir du matériel de montage pour l’installation et la mise en place des modules photovoltaïques, ainsi qu’un branchement électrique pour le raccordement des modules et autres composants.

C’est une question de comparaison. Les cellules solaires modernes mono-jonction ont un rendement d’environ 13%, soit un peu plus du tiers du rendement maximal théorique pour de tels dispositifs. Les cellules multi jonctions pourraient théoriquement atteindre un rendement maximal de 50% et en laboratoire de plus de 30%. Le problème est de parvenir à augmenter le rendement des systèmes à energie solaire tout en réduisant le coût de la production.

Étant donné que le « carburant » est gratuit, le rendement n’est pas le principal facteur imposant actuellement des limites aux systèmes photovoltaïques. La surface nécessaire à la production requise est généralement plus que suffisante. C’est le coût qui constitue de nos jours un facteur limitatif.

Si l’on compare les systèmes photovoltaïques(panneaux solaires, batterie solaire, pompe solaire, ...) à d’autres méthodes de production d’énergie, il est important de partir du même point. Etant donné que tous les combustibles fossiles ont tiré à l’origine leur énergie du soleil, si l’on devait mesurer la production électrique tirée de combustibles fossiles à la source d’énergie solaire d’origine, leur rendement serait d’une fraction d’un pour cent ! Avec une telle comparaison, il ne fait aucun doute que c’est l’énergie solaire qui l’emporte.

le rendement de mon système d’energie solaire photovoltaique ?

L’emploi de réflecteurs est-il conseillé pour concentrer davantage de lumière sur les modules ?

Le rendement de système de poursuite dépend énormément du climat et de l’application. Dans les régions très brumeuses ou nuageuses, les suiveurs ne serviront pas à grand-chose puisque la lumière est disséminée. Ce sera également le cas pour des applications où la consommation est la même tous les mois, parce qu’ils n’améliorent pas beaucoup le rendement du système dans les pires conditions (en hiver généralement). Dans des conditions idéales, les systèmes de poursuite permettent d’améliorer la production d’energie solaire photovoltaique d’un maximum de 40% par jour mais ils rendent le système plus complexe et plus cher et ne sont généralement pas aussi solides que des systèmes fixes. Leur emploi se limite généralement à des applications pour lesquelles l’augmentation de production correspond à une augmentation de la demande (répartition d’eau dans les points d’élevage de bétail, par exemple) ou dans des régions plus arides ou l’ensoleillement direct est élevé.

Les réflecteurs peuvent quelque peu augmenter la production des réseaux photovoltaïques bien que leur effet ne soit pas linéaire, l’augmentation de l’intensité lumineuse entraînant des températures de fonctionnement du module plus élevées, ce qui réduit son efficacité.

Qui plus est, une élévation des températures du module et de l’intensité lumineuses peut entraîner une défaillance prématurée du module. C’est la raison pour laquelle l’emploi de réflecteurs n’est pas préconisé et annule même la garantie qui couvre le système.

pour les applications résidentielles ?

Cela dépend de l’application et de l’emplacement. En général, si vous disposez d’une source d’alimentation électrique bon marché, comme celle d’EDF un système photovoltaïque(panneau solaire, batterie solaire, pompe solaire, ...) n’est pas directement concurrentiel. Par exemple, il ne serait pas rentable pour un propriétaire résident en région parisienne d’installer un système photovoltaïque pour alimenter toute la maison et de ne plus se raccorder sur le réseau EDF (bien que cela soit techniquement faisable et ait été accompli par les individus motivés par des considérations d’ordre écologique). D’un autre côté, si vous n’êtes pas branché sur le réseau existant, un système photovoltaïque peut être rentable, même si vous n’êtes pas éloigné d’un point de raccordement. Dans le cas où il n’y a pas de réseau d’alimentation de la résidence (bungalows isolés, etc.), un système photovoltaïque (panneau solaire, batterie solaire, pompe solaire, ...) peut pourvoir aux besoins électriques les plus courants (à l’exception du chauffage, pour lequel il vaut mieux avoir recours au gaz, au bois ou à un système thermodynamique) et est très concurrentiel par rapport à d’autres sources d’électricité.

Les modules photovoltaïques perdent-ils de leur puissance au bout d’un certain temps ?

En général, les modules photovoltaïques sont les composants du système qui vont durer le plus longtemps. Des modules de très haute qualité, comme ceux de la série KC de KYOCERA fournis par ECOSOLAIRE, sont conçus pour durer au moins 30 ans et bénéficient d’une garantie de 25 ans. Ils sont conçus pour résister à toutes les rigueurs de l’environnement : froid arctique, chaleur désertique, humidité tropicale, vents de plus de 200 Km/h et impact de grêlons d’un diamètre de 25mm à vitesse finale.

Les batteries dureront un maximum de 7 ans (pour des batteries de qualité industrielle). Les unités étanches plus petites dureront en général 3 à 5 ans. L’efficacité de batteries automobiles sur un système d’énergie solaire photovoltaique (panneau solaire, batterie solaire, pompe solaire, ...)est très médiocre ; elles ne dureront que 12 à 18 mois.

Les modules photovoltaïques les plus fiables et les plus durables sont revêtus d’une couche de verre. Pour les modules fournis par ECOSOLAIRE, il s’agit d’un verre trempé à faible teneur en fer, avec une encapsulation faite de couche de plastique. Cette construction est très durable, mais peut se briser si l’impact est suffisant. Si le verre est brisé ou percé, le module va tôt ou tard tomber en panne (et ne plus produire d’électricité) si l’eau pénètre dans les cellules solaires et entraîne une corrosion, ce qui peut prendre plusieurs années. D’un autre côté, si le module est endommagé au point où les deux connexions électriques reliant n’importe quelle paire de cellules sont toutes deux coupées, le courant ne pourra pas passer et le module cessera de produire de l’électricité.

En résumé, si l’impact est suffisamment important, tout peut se briser. La meilleure protection contre le vandalisme, le vol et autres catastrophes est une assurance contre les accidents.

avant d’acheter un module photovoltaïque ?

Un acheteur avisé va prendre en considération un certain nombre de facteurs. D’abord, demandez au vendeur auprès de quels organismes le module à été testé, qualifié ou agrée. En Europe, vérifiez l’agrément de la communautés européennes (C.E.).

Inspectez ensuite le module. Prenez-le dans vos mains. Donne-t-il une impression de solidité ou est-ce que son cadre se tord aisément ? Examinez la boîte de jonction. Est-elle solidement attachée ? Peut-elle recevoir des raccords électriques standards ? Les raccordements de modules peuvent-ils y être logés ? Peut-elle loger éventuellement des diodes et des régulateurs de tension ?

Inspectez les cellules solaires. Sont-elles très rapprochées du cadre du module (ce qui peut entraîner une défaillance électrique et une panne prématurée) ? Les connexions électriques du module sont-elles ouvertes et bien isolées ou sont-elles repliées derrière les cellules là où elles peuvent entraîner une délamination ou un court-circuit électrique ?

Enfin, considérez le fabricant. Depuis combien de temps construit-il des systèmes photovoltaïques ? Est-il susceptible de fermer ses portes dans les dix ans à venir ? Quelle est sa réputation ? Ses produits sont-ils fiables depuis de nombreuses années ? Dispose-t-il d’un personnel formé à la vente et d’un réseau de distributeurs agréé pour assurer le service après-vente sur place ?