​ DONNEES TECHNIQUES

Le Photovoltaïque, c'est quoi ?

L'effet photovoltaïque est la capacité de certains matériaux à transformer l'énergie solaire (photons) en un courant électrique continu.
Découvert en 1839 par le physicien français Antoine Becquerel.
Première application créée en 1954
Développement industriel à partir des années 1980.

Une cellule photovoltaïque

C'est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère une tension électrique (volt) suivant l'effet photovoltaïque.

Le courant obtenu est un courant continu et la tension obtenue est de l'ordre de 0,5 V par cellule.
Les cellules photovoltaïques sont constituées de semi-conducteurs généralement à base de silicium (Si). Elles se présentent sous la forme de deux fines plaques en contact étroit.
Ce semi-conducteur est pris en sandwich entre deux électrodes métalliques et le tout est protégé par une vitre.

Un panneau photovoltaïque est un assemblage de plusieurs cellules (56, 60, 72...).

Panneau PV

Un panneau solaire photovoltaïque ou panneau PV est constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement. Il est généralement noir (cellules monocristallines) ou bleu foncé (cellules polycristallines).

La puissance crête (Wc) d'un panneau photovoltaïque a été inventée pour pouvoir comparer les différentes technologies et type de panneaux photovoltaïques. La puissance crête se définie par la puissance électrique mesurée aux bornes du panneau PV dans les conditions d'ensoleillement standard dites STC (1000W/m², spectre AM 1.5, température de cellules à 25°C).
La puissance des panneaux va généralement de 5 à 330 Wc (Les panneaux les plus standard font 250 Wc en 2015).
On en déduit alors les rendements qui se situent entre 10% et 20%.
Un panneau photovoltaïque ne génère aucun déchet en fonctionnement, son coût de démantèlement est très faible et ses coûts d'exploitation sont quasi nuls. Sa durée de vie est supérieure à 30 ans.

Caractéristiques d'un panneau PV :

  • Puissance crête (Wc) : C'est le nombre de Watt que le panneau produit dans les conditions normalisées (1000W/m² de lumière à 25° à une pression atmosphérique ....). Fonction du rendement et de la taille.
  • Rendement : Exprimé en général en % (de l'énergie reçue dans des conditions standards de 1Kw/m2 à 25°C). Plus le chiffre est haut et plus la "cellule" est efficace. En général, le prix du panneaux est fonction de ce rendement.
  • Taille : Autrement dit ces dimensions, permettant ainsi de calculer le nombre de m2 qu'il occupe.

L'onduleur

C'est un appareil électrique qui transforme l'électricité continue provenant des panneaux PV, en courant alternatif 230V/50Hz ou triphasé correspondant au réseau électrique.
Du fait de sa relation directe avec le réseau, il doit répondre à des impératifs concernant la qualité du courant généré (tension, fréquence, phase), la sécurité et la fiabilité.
Caractéristiques principales :

  • Adapté à la puissance de l'installation
  • Rendement >90% à 10% de la charge nominale
  • Rendement maxi le plus proche de 100%
  • Paramètres internes réglables
  • Protection contre les surtensions réseau (foudre)

La protection électrique

Le câblage électrique entre l'onduleur et le coffret doit être réalisé suivant les préconisations du guide pratique UTE C 15-712-1 Installations photovoltaïques.
On veillera notamment à installer les différents appareils et dispositifs nécessaires à la protection contre les chocs électriques, les surtensions et les surintensités si nécessaires :

  • Disjoncteurs
  • Disjoncteurs différentiels
  • Parafoudres

Le Comptage de la Production

Le nombre de kWh produit est indiqué sur le compteur de production installé par ERDF ou la régie d'électricité.
Le raccordement électrique comprend aussi un compteur de non consommation et un disjoncteur différentiel qui représente la limite Privé/Public.

Ensoleillement d'un lieu

L'irradiation annuelle est la quantité d'énergie solaire moyenne reçue par une surface en un an. Elle dépend du lieux (Plus le lieu est au nord et moins l'énergie solaire reçu par la terre est importante) mais aussi de l'inclinaison et de l'orientation de la surface. Elle s'exprime en kWh / m² / an.

Par exemple sur une surface horizontale la terre reçoit en moyenne annuelle à :

  • Dunkerque 1011 kWh/m²/an
  • Voiron 1318 kWh/m²/an
  • Aix en Provence 1533 kWh/m²/an
  • Sud de l'Espagne 1700 kWh/m²/an

Cette quantité d'énergie reçue est très variable en fonction des mois de l'année, de l'inclinaison du soleil, de la météo...

L'exposition solaire étant variable, l'énergie solaire reçu par un système PV est donc aussi variable. Dans l'industrie PV on prend comme valeur de référence pour les tests et calculs la valeur moyenne de 1000W/m² à 25°C.

Irradiation moyenne = 1kW/m²

La donnée A sur la carte donne l'irradiation annuelle (quantité d'énergie solaire reçu en un lieu sur une année) pour des panneaux solaires positionnés avec une inclinaison optimale comprise entre 33 et 37° (en fonction des régions et des lieux). L'irradiation annuelle ce donne en kWh/m²/an.

En France, l'irradiation annuelle à l'angle optimal est comprise entre 1000 et 1900 kWh/m²/an.

Kilowatt crête (kWc) ou kilowatt peak (kWp):
Le kWc ou kilowatt crête encore nommé kWp ou kilowatt peak est la puissance électrique maximum fournie par une installation solaire exposée à l'énergie solaire moyenne (1kW/m²). C'est l'unité de référence des panneaux solaires PV (Ex : Panneau de 1.5 x 1.0 m de 200 Wc).

Relation entre Irradiation d'un lieu, son inclinaison et son orientation

Une installation PV n'est qu'exceptionnellement exactement face au plein soleil puisque :

  • La terre tourne sans arrêt et que l'inclinaison du soleil par rapport au panneau évolue en permanence.
  • Au cours d'une journée sans nuage la production électrique du panneau varie également en permanence en fonction de la position du soleil et n'est jamais à son maximum sauf au bref passage du plein midi.
  • Par temps couvert, donc en l'absence de soleil, la luminosité ambiante, alors que le soleil est caché, permet quand même une toute petite production électrique,

La production en fin de journée sera donc une somme de productions partielles.

Horizontale : Par rapport au sol
Angle optimal = Iopt : Inclinaison optimal (par rapport à l'horizontal et pour un lieux) qui donne la meilleur irradiation. C'est une moyenne annuelle car cette angle varie en fonction des mois (en Isère cet angle varie de 12 à 65°)
Verticale : Par rapport au sol (Ex : un mur)

Le tableau ci-après indique les irradiations moyennes (Orientation plein sud) pour les villes suivantes de la région Rhône-Alpes :

Masques et ombrages

Les arbres, bâtiments, montagnes... peuvent arriver à masquer une installation PV de la lumière directe du soleil à certaines saisons et certaines heures de la journée. Ils sont alors appelés masques .
Lorsqu'un projet PV présente des masques, des ombrages vont être générées sur les panneaux PV. Celles-ci vont réduire la production électrique du système PV.
Il est donc très important de simuler ceux-ci afin d'obtenir un estimation de production électrique la plus juste possible.
ATTENTION : Un masque mal placé (ex : cheminée ou arbres en plein Sud) peut arriver à réduire la production dans des proportion importantes.

Simulation

LUMENSOL utilise le logiciel PVSol afin de simuler au mieux les paramètres :

  • panneaux PV
  • onduleur
  • câblage électrique
  • lieux et paramètres météorologiques
  • inclinaison
  • orientation
  • masques

et de fournir une estimation de production électrique la plus proche de la réalité.