Les panneaux solaires

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Contenus Articles Panneau solaire

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Panneau solaire aérothermique

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Module solaire photovoltaïque

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Références Sources et contributeurs de l’article

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Source des images, licences et contributeurs

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Licence des articles Licence

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Panneau solaire

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Panneau solaire Un panneau solaire est un dispositif destiné à récupérer le rayonnement solaire pour le convertir en énergie électrique ou en énergie thermique[1] ) utilisable par l'homme.

Présentation On distingue trois types de panneaux solaires (le troisième étant plus récent) : • les panneaux solaires thermiques, appelés capteurs solaires thermiques ou simplement capteurs solaires, qui piègent la chaleur des rayonnements solaires et la transfèrent à un fluide caloporteur ;

Capteurs solaires (thermiques à gauche) et panneaux solaires (photovoltaïques, à droite).

• les panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques ou simplement panneaux solaires, qui convertissent la lumière en électricité. Le solaire photovoltaïque est communément appelé PV ; • les Panneaux photovoltaïques thermiques qui à la fois produisent de l'électricité et de la chaleur.

Dans les trois cas, les panneaux sont habituellement plats, d'une surface approchant plus ou moins le m² pour faciliter et optimiser la pose. Les panneaux solaires sont les composants de base de la plupart des équipements de production d'énergie solaire.

Panneaux photovoltaïques, ile de Hjelm. Noter la position verticale (sud) et les protections anti-oiseaux.

Les panneaux solaires thermiques sont actuellement plus efficients et rentables que les modules photovoltaïques grâce à un prix beaucoup moins élevé et un rendement (sur l'installation totale) avoisinant les 50 % (voir capteur solaire thermique), même si l'énergie qu'ils permettent de récupérer est obtenue sous une forme de moindre valeur (eau chaude à température sanitaire au lieu d'électricité). Les capteurs thermiques sont tout aussi rentables sous des latitudes élevées (nord de la France, Belgique, Canada,....) que dans les zones ensoleillées. A l'inverse, les panneaux solaires (photovoltaïques) ne sont actuellement rentables qu'en l'absence de réseau électrique, à moins qu'une subvention sous une forme ou une autre ne vienne compenser les surcoûts. A titre de comparaison, seulement 10% du rayonnement solaire est transformée en un vecteur d'énergie exploitable (électricité).

Pour estimer le potentiel de l'énergie solaire, il faut savoir que l'énergie émise par le soleil et reçue par la terre en environ une heure devrait permettre, si elle était récupérée en totalité, de pourvoir aux besoins énergétiques de l'humanité pendant un an. En théorie, un carré de panneaux solaires de 344 km de côté (120000 km²) pourrait couvrir la totalité des besoins mondiaux en électricité : le rendement d'une installation photovoltaïque étant estimé entre 15-17 % (en 2007 en Europe) soit 160 kWh/an/m² (ou 160 GWh/an/km²[2] ) avec des besoins mondiaux estimés à 19000 TWh (chiffre 2006; 16000 TWh en 2004[3] ). Dans le cas de l'Europe des 27 (3000 TWh), une surface de 137 km de côté (19000 km²) suffirait, tandis que dans le cas de la France (500 TWh), il faudrait qu'elle ait 56 km de côté (3100 km²).

D'une manière générale, on considère que la totalité de la surface des toitures existantes, correctement exposées et couvertes de panneaux, pourrait suffire à satisfaire la totalité des besoins mondiaux en électricité[réf. nécessaire]. En effet, l'Île-de-France a elle seule fait 12011 km² dont 20% d'espaces construits, soit 2400 km² ou 75% de la surface nécessaire pour couvrir les besoins de la France.

Panneau solaire

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Les panneaux solaires peuvent être inclinés jusqu'à 60 degrés pour permettre à la neige de glisser. De plus, la surface chaude du capteur solaire suffira à faire fondre les amoncellements qui pourraient rester accrochés au panneau.

Les capteurs solaires (panneaux solaires thermiques) Il existe deux grands types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et les systèmes aérothermiques (capteurs à air et systèmes pariétodynamiques plus ou moins passifs).

• Dans les capteurs thermiques « à eau », l'eau ou plus souvent un liquide caloporteur, (cf chauffe-eau solaire) circule dans des tubes en circuit fermé. Pour obtenir un meilleur rendement, les tubes peuvent être "sous-vide" c'est-à-dire que la surface des tubes est double et qu'entre ces deux couches est fait le vide. Ceci permet d'obtenir un effet de serre.[4] Les panneaux solaire thermique chauffe-eau solaire. peuvent également se résumer à une simple surface vitrée sous laquelle circule le liquide caloporteur dans un circuit fermé. Ce système représente la première technologie de capteurs, la moins performante actuellement. L'absorbeur est alors placé à l'intérieur du tube ou sous la plaque vitrée, il est chauffé par le rayonnement solaire et transmet la chaleur au liquide caloporteur qui circule dans les tubes. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour produire de l'eau chaude sanitaire (ECS) dans un chauffe eau solaire individuel (CESI). C'est actuellement la solution la plus rentable pour l'utilisation de l'énergie solaire. Les systèmes solaires combinés (SSC) commencent à se développer.

Ils ont pour objectif de produire de l'eau chaude sanitaire et de l'eau chaude destinée à participer au chauffage du logement. Ces systèmes permettent d'économiser de l'ordre de 350 kWh par an et par m² de capteurs[5] .

• Dans les capteurs thermiques « à air », de l'air circule et s'échauffe au contact des absorbeurs ou dans une zone d'effet de serre. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats, généralement pour le chauffage et parfois pour des usages industriels ou agricoles (séchage des productions).

En France le « Plan Soleil », lancé en 2000 par l'Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie (ADEME) pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'État, des Régions, de certains Départements et de certains regroupements communaux[6] .

Panneaux solaires photovoltaïques Les panneaux solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série et en parallèle.

Ils peuvent s'installer sur des supports fixes au sol ou sur des systèmes mobiles de poursuite du soleil appelés trackers, dans ce dernier cas la production électrique augmente d'environ 30 % par rapport à une installation fixe. En dehors de centrales solaires, les installations fixes se font actuellement plutôt sur les toits des logements ou des bâtiments, soit en intégration de toiture, soit en surimposition. Dans certains cas, on pose des panneaux verticaux en façade d'immeuble, cette inclinaison n'est pas optimale pour la production d'électricité, mais comme ces panneaux remplacent le revêtement de façade, l'économie réalisée sur le revêtement compense une production plus faible.

Production mondiale

Panneau solaire à Marla dans le cirque de Mafate, à la Réunion.

Panneau solaire La production mondiale de panneaux est principalement répartie entre la Chine, l'Allemagne et les États Unis. Il s'agit majoritairement d'assemblage (encapsulement / mise en place du cadre / boîtier de protection /...) car 80% de la production mondiale de cellules photovoltaïques vient de Chine. Aujourd'hui de grandes marques internationales font produire leurs modules en Asie et parfois réalisent une étape de transformation sur le produit. D'autres grandes entreprises sous-traitent simplement leur production.

Aspects environnementaux Comme beaucoup de processus industriels, la fabrication des panneaux solaires présente des risques pour l'environnement, notamment en matière de réchauffement climatique[7] Cette fabrication (plus transport, pose, etc.) nécessite en outre de l'énergie. Mesurée en nombre d'année de production par le panneau, en 2004, le Département américain de l'énergie estimait cette durée à 4 ans maximum[8] .

Les fabricants cherchent à minimiser les coûts et les besoins en matériau (silicium notamment), ce qui a incidemment pour effet de réduire la consommation d'énergie sur le cycle de vie du panneau, réduisant la durée de remboursement de l'énergie investie.

Du point de vue du bilan en dioxyde de carbone, sur un cycle de vie de 20 ans, l'émission de CO2 par kWh électrique produit par un panneau photovoltaïque représente selon le type considéré de 7 à 37% des émissions par kWh produit par une centrale thermique classique[9] ,[10] .

Notes et références [1] Pour les applications thermiques, le terme officiel agréé est « capteur solaire » et l'usage du terme « panneau solaire » est déconseillé. Cette recommandation par la norme ISO 9488 Énergie solaire - Vocabulaire, qui a été reprise par le Comité européen de normalisation sous la désignation EN ISO 9488, vise à éviter toute confusion avec les applications photovoltaïques. Éviter en outre la locution « capteur solaire thermique » qui relève du pléonasme, car le terme de « capteur » ne s'applique pas au photovoltaïque. Il faut également bannir la locution « collecteur solaire », qui est un anglicisme ou un germanisme, afin d'éviter la confusion avec le collecteur, tube qui, dans de nombreux capteurs solaires, collecte le fluide chauffé à la sortie des ailettes de l'absorbeur montées hydrauliquement en parallèle.

[2] Soit une moyenne de 18 MW, à comparer à une centrale nucléaire typique qui fournit en permanence 1000 MW et dont l'équivalent demanderait 55km²; un parc équivalent à 50 centrales demanderait 2750 km² [3] Key World Energy Statistics, International Energy Agency.

[4] Fonctionnement solaire thermique (http:/ / www. imex-cgi. fr/ nos-produits/ le-solaire-thermique/ presentation/ fonctionnement) [5] Etude qualitative et quantitative du fonctionnement de systèmes solaires combinés en usage réel (http:/ / www2. ademe. fr/ servlet/ getDoc?cid=96& m=3& id=40819& ref=& p1=111) [6] Les avantages fiscaux accordés par l'État en matière d' installation solaire sont nombreux (http:/ / sodeeravantages. blogspot. com/ ) [7] certains s'inquiètent notamment de l'usage de NF3 (http:/ / fr. wikipedia. org/ wiki/ Trifluorure_d'azote), en montant en épingle son effet de serre beaucoup plus élevé que celui du CO2 (17000 fois plus fort) ; néanmoins, ce gaz, même si sa présence augmente de 11 % par an selon un article du site lemonde.fr, 23 décembre 2008, reste négligeable en termes de contribution au réchauffement, et n'est pas réglementé par le protocole de Kyoto [8] http:/ / www. nrel. gov/ docs/ fy04osti/ 35489. pdf [9] http:/ / cat. inist. fr/ ?aModele=afficheN& cpsidt=15358748 [10] Frédéric Bordage, « Combien de CO2 dégage un 1 kWh électrique ? (http:/ / www. greenit. fr/ article/ energie/ combien-de-co2-degage-un-1-kwh-electrique#comment-1355) », GreenIT.fr. Mis en ligne le 24 avril 2009, consulté le 28 juin 2009

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Panneau solaire aérothermique

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Panneau solaire aérothermique Les panneaux solaires aérothermiques sont des systèmes passifs ou actifs utilisant les propriétés thermodynamiques de l'air pour chauffer l'intérieur d'un bâtiment. Constitués d'une double paroi exposée au soleil, les panneaux chauffent l'air emprisonné qui remonte par convection.

Fonctionnement Les panneaux solaires aérothermiques sont constitués d'une double paroi emprisonnant de l'air et orientée au sud. L'air emprisonné est chauffé par le soleil et remonte par convection ou par une ventilation mécanique. Une aération permet à l'air frais d'être puisé en bas, tandis que l'air chaud en haut est incorporé au circuit de ventilation du bâtiment.

Fonctionnement des panneaux solaires aérothermiques

Systèmes similaires

Avant (sans panneaux solaires aérothermiques)

Après (avec panneaux solaires aérothermiques)

Panneau solaire aérothermique

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Fenêtre « pariéto-dynamique » Elles ont été développées dans les années 1970 suite au choc pétrolier, suivant le principe de la paroi pariétodynamique[1] , appliquée au vitrage pour une échange contrôlé (mais le plus passif possible) de calories entre l'extérieur et l'intérieur. C'est un des systèmes de systèmes de chauffage/rafraîchissement à basse consommation d’énergie[2] Principe : L'air neuf extérieur pénètre par des ouvertures situées en partie haute puis il circule entre des parois de verre et - par effet de serre- se réchauffe entre deux ou trois lames d’air réalisées grâce à un triple vitrages. Elle joue le rôle d’échangeur thermique entre l’intérieur et extérieur ; si la fenêtre est au soleil et que l'air passe de l'extérieur à l'intérieur, par "effet de serre" l'air intérieur est réchauffé, et inversement il est rafraichi si le flux est inversé. La nuit ou en l'absence de soleil l'air entrant récupère une partie des calories de l'air sortant ou inversement selon la direction du flux (généralement contrôlée par un système domotique relié à un thermostat).

Remarques : L'illumination de la surface par la lumière et les ultraviolets solaires naturels (aux vertus désinfectantes) diminue le risque sanitaire lié aux bactéries et spores de champignons (notamment par rapport aux échangeurs double-flux intégrés dans des réseaux de gaines sous-plafond). De même le système étant à tout moment « transparent », toute trace de poussière, d'insecte, etc. est visible. Le renouvellement d'air se fait tout en atténuant fortement le bruit extérieur.

Détail du haut d'un panneaux montrant l'ouverture par laquelle l'air entre dans la pièce

On distingue en bas de la fenêtre le verre intermédiaire, sous lequel l'air passe avant de remonter pour entrer dans la pièce

Nettoyage : Dans un environnement poussiéreux, les faces internes peuvent se salir par la circulation de l’air. Ces fenêtres sont conçues pour qu'un nettoyage soit possible une à deux fois par an (dans le cas de fenêtre à triple paroi, il s'agit souvent de simples châssis de survitrage encadrant des verres simples de 4 mm d'épaisseur). Le fonctionnement permanent de la ventilation (passive ou assistée selon les cas) permet d'éviter toute condensation.

Coût : Le surcoût apparent par rapport à une menuiserie classique est modeste et est largement remboursé par les économies faites.*

Système de microcharnières permettant d'ouvrir des panneaux doublement survitrés

Calcul des économies d'énergie : depuis septembre 2009, une méthode a été retenue (par décret[3] ) pour calculer la part de ces fenêtres dans les modélisations et calculs des bilans apports solaires/déperdition de calories, dans le cadre de la réglementation thermique 2005 (RT 2005).

Intérêts : dans un habitat presque passif et sans ventilation mécanique contrôlée de type double-flux, la fenêtre pourra jouer le même rôle que l'échangeur des systèmes double-flux (bien plus lourds et encombrants), en contribuant au renouvellement de l'air, tout en

Panneau solaire aérothermique

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réchauffant ou rafraichissant l'air intérieur, selon que l'intérieur sera en très légère dépression ou surpression par rapport à l'extérieur (une différence de 4 pascals suffit). Le calcul de la surface vitrée et du débit minimum et maximum nécessaires est plus complexe que pour la VMC classique et nécessite des compétences poussées de thermicien et hydraulicien.

Mur Trombe En l'absence de rayonnement solaire, le flux convectif s'inverse provoquant un refroidissement accéléré de la pièce. Pour éviter cela, il est alors nécessaire de disposer des clapets de fermeture. L’avantage est qu’il restitue la chaleur emmagasinée durant la journée pendant la nuit (inutile pour les bâtiments commerciaux inoccupés en règle générale la nuit).

Vue de dessus

Quelques statistiques • Diminution des factures de chauffage de 30 % à 50 %.

Exemple de vitrages survitrés dits pariétodynamiques (EHPAD de Trith-Saint-Léger, construit par Jean-Luc Collet

• La quantité d'énergie produite se situe au-dessus des 350 kWh/m2/an.

• Chaque m2 de façade équipé de panneaux aérothermiques permet l’économie de 3 tonnes de rejet de CO2 dans l’atmosphère (en comparaison avec l’utilisation d’une énergie fossile).

Références [1] Page consacrée à la climatisation par parois pariétodynamiques (http:/ / www2. ademe. fr/ servlet/ KBaseShow?sort=-1& cid=96& m=3& catid=15036#1) (par l'ADEME, consulté 2010/01/30) [2] Document (PPT) ADEME intitulé Systèmes de chauffage/rafraîchissement à basse consommation d’énergie (http:/ / www. arpe-paca. org/ docs/ infos/ docs/ s1c316h25b. pdf) (consulté sur le site de l'ARPE au 2020/30/01 [3] Arrêté du 11 septembre 2009 relatif à l'agrément de la demande de titre V relative à la prise en compte des fenêtres pariétodynamiques, dans la réglementation thermique 2005 NOR: DEVU0918568A (http:/ / textes. droit. org/ JORF/ 2009/ 10/ 16/ 0240/ 0003/ ) (consulté 2010/01/30)

Module solaire photovoltaïque

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Module solaire photovoltaïque Un module solaire photovoltaïque (ou panneau solaire photovoltaïque) est un générateur électrique de courant continu constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement, qui sert de module de base pour les installations photovoltaïques et notamment les centrales solaires photovoltaïques.

Caractéristiques

Module solaire photovoltaïque

Les panneaux sont généralement des parallélépipèdes rectangles rigides minces (quelques centimètres d’épaisseur), dont la longueur et la largeur sont de l’ordre du mètre, pour une surface de l’ordre du m², et une masse de l’ordre de la dizaine de kg. Divers éléments (branchements électriques, fixations, éventuel cadre pour assurer une étanchéité) sont inclus.

Il existe également des modules sous forme de membranes souples et résistantes, ainsi que des panneaux à concentration, plus complexes mais exploitant mieux l’élément le plus cher du panneau, la cellule photovoltaïque.

Leur rendement est un peu plus faible que celui des cellules qui les constituent, du fait des pertes électriques internes et des surfaces non couvertes, mais reste d’environ 10 à 15%. La Module PV vu de près puissance crête[1] d’un panneau photovoltaïque est de l’ordre de 100 à 200 watts par mètre carré (soit un rendement de 10 à 20%, les fabricants annonçant environ 15 % pour leurs meilleurs panneaux), ce qui donne une puissance crête de 50 à 250 W par panneau, selon ses caractéristiques, notamment sa taille. Cette puissance est livrée sous forme de courant continu, ce qui est parfait pour un branchement sur une batterie et pour de nombreuses applications, mais implique une transformation en courant alternatif par un onduleur s’il s’agit de l’injecter dans un réseau de distribution. La tension délivrée dépend du type des panneaux et du branchement des cellules. Elle est de l’ordre de 10 à 100 volts.

Outre sa puissance et sa surface, un panneau a trois caractéristiques importantes : • l’écart à la puissance nominale, de l’ordre de +/- 5% • la variation de puissance avec la température (plus de détails dans le paragraphe "pertes de production") • la stabilité dans le temps des performances (les fabricants garantissent généralement au moins 80% de la puissance de départ au bout de 20 à 25 ans) Le prix pour de tels panneaux est d’environ 4 €/Wc (watt crête) (ce prix baisse régulièrement, la cible étant de 1 €/Wc, prix où l’énergie photovoltaïque devient compétitive avec les ressources fossiles[2] ) L’énergie réellement captée par un module dépend de la surface et de la puissance nominale du panneau mais aussi de l’ensoleillement, variable selon la latitude, la saison, l’heure de la journée, la météo, le masquage subi, etc. En Europe, chaque Wc permet la production d’environ 1kWh d’énergie sur l’année, le double dans des zones bien ensoleillées et avec un héliostat.

Un module photovoltaïque ne génère aucun déchet en fonctionnement, son coût de démantèlement est très faible et ses coûts d’exploitation sont quasi nuls. Étanche, il peut servir de couverture à un toit, sous réserve de bien maîtriser

Module solaire photovoltaïque l’écoulement d’eau aux bords avec un montage adapté. La durée de vie d’un tel module est supérieure à 20 ans.

Technologie Ce sont les cellules à base de silicium qui sont actuellement les plus utilisées, les autres types étant encore soit en phase de recherche/développement, soit trop chers et réservés à des usages où leur prix n'est pas un obstacle. On distingue en outre, en fonction des techniques utilisées : • silicium monocristallin : les capteurs photovoltaïques sont à base de cristaux de silicium encapsulés dans une enveloppe plastique.

• silicium polycristallin : Les capteurs photovoltaïques sont à base de polycristaux de silicium, notablement moins coûteux à fabriquer que le silicium monocristallin, mais qui ont aussi un rendement un peu plus faible. Ces polycristaux sont obtenus par fusion des rebuts du silicium de qualité électronique.

• silicium amorphe : les panneaux « étalés » sont réalisés avec du silicium amorphe au fort pouvoir énergisant et présentés en bandes souples permettant une parfaite intégration architecturale.

La technologie évolue rapidement, le prix du kWc (kilo-watt crête) étant plus important que le rendement du panneau : un rendement deux fois plus faible signifie seulement qu'il faudra équiper deux fois plus de surface pour collecter la même énergie, ce qui n'est gênant que si la surface disponible est limitée par rapport à la puissance nécessaire (sur un satellite, par exemple...). Par conséquent, si une nouvelle technique permettait de produire des panneaux de faible rendement, mais bon marché, elle aurait de bonnes chances de s'imposer. Le rendement reste néanmoins une composante du prix, ne serait-ce que pour les frais de manutention et d'installation, d'autant plus faible que le module est petit et léger.

Parmi les fabricants les plus importants de modules solaires, on peut citer : Centrosolar (GER) , Sharp (JPN), Kyocera (JPN), Sunpower (États-Unis), Sanyo (JPN), Cuantum Solar (SPA), Solon (GER)

Production et pertes Les principales sources de pertes énergétiques sont : • Pertes par ombrage partiel : l’environnement d’un module photovoltaïque peut inclure des arbres, montagnes, murs, bâtiments, etc. Il peut provoquer des ombrages sur le module ce qui affecte directement l’énergie collectée.

• Pertes par ombrage total ( poussière ou saletés ) : leur dépôt occasionne une réduction du courant et de la tension produite par le générateur photovoltaïque.(~3-6%)[3] • Pertes par dispersion de puissance nominale : les modules photovoltaïques issus du processus de fabrication industrielle ne sont pas tous identiques. Les fabricants garantissent des déviations inférieures de 3% à 10% autour de la puissance nominale. En pratique, le module solaire photovoltaïque fonctionne en fonction des performances du pire panneau : la puissance nominale est donc généralement inférieure à celle prescrite par le fabricant[4] ,[5] .

• Pertes de connexions : La connexion entre modules de puissance légèrement différentes occasionne un fonctionnement à puissance légèrement réduite. Elles augmentent avec le nombre de modules en série et en parallèle.(~3%) • Pertes angulaires ou spectrales : Les modules photovoltaïques sont spectralement sélectifs, la variation du spectre solaire affecte le courant généré par ceux-ci. Les pertes angulaires augmentent avec l’angle d’incidence des rayons et le degré de saleté de la surface.

• Pertes par chutes ohmiques : Les chutes ohmiques se caractérisent par les chutes de tensions dues au passage du courant dans un conducteur de matériau et de section donnés. Ces pertes peuvent être minimisées avec un dimensionnement correct de ces paramètres.

• Pertes par température : En général, les modules perdent 0,4 % par degré supérieur à sa température standard (25 °C en conditions standard de mesures STC). La température d’opération des modules dépend de l’irradiation

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Module solaire photovoltaïque incidente, la température ambiante et la vitesse du vent (5 % à 14 %).

• Pertes par rendement DC/AC de l'onduleur : l'onduleur peut se caractériser par une courbe de rendement en fonction de la puissance d’opération.(~6 %)[6] • Pertes par suivi du point de puissance maximum : l'onduleur dispose d’un dispositif électronique qui calcule en temps réel le point de fonctionnement de puissance maximum (3 %).

L’analyse de 172 installations du programme pionnier en Europe « 1000 toits allemands » a montré des productions de 0,43 kWh/Wc/an à 0,875 kWh/Wc/an avec une moyenne de 0,68 kWh/Wc/an[7] . Une autre analyse de l’Agence Internationale de l’Energie (IEA) montre des valeurs typiques variant entre 0,7 kWh/Wc/an en Allemagne et en Hollande, 0,83 kWh/Wc en Suisse avec une dispersion considérable de 0,4-0,95 kWh/Wc (Allemagne) et 0,5-1,4 kWh/Wc (Suisse)[8] . En outre, des installations avec des caractéristiques similaires installées dans des endroits très proches l’un de l’autre peuvent conduire à des productions très éloignées.

En conclusion, les valeurs moyennes du coefficient de performance PR oscillent entre 0,7 et 0,75. L’analyse de l’Agence Internationale pour l’énergie montre que les PR varient considérablement de 0,25 à 0,9 avec une valeur moyenne de 0,72.

Les kWh/Wc produits par un dispositif photovoltaïque peuvent alors s’exprimer comme le produit de trois facteurs indépendants :

P* : Puissance nominale produite en conditions STC (W). : Irradiation annuelle effective incidente sur le module (kWh/m2).

G* : Irradiance STC (1 000 W/m2).

FO : Facteur prenant en compte les pertes par ombrage[9] . À partir de là, il est possible d’estimer une productivité électrique annuelle. Les valeurs qui suivent sont indicatives et approximatives, car ce type de mesure est très sensible aux conditions et conventions adoptées : avec ou sans héliostat, avec ou sans les pertes de l’onduleur, en moyenne sur une région ou sur un lieu-dit particulièrement propice, etc. en kWh/Wc/an[10] ; ici le coefficient de performance PR (Performance Ratio) adopté est de 0,75 et pour une surface inclinée optimalement.

• • • • • •

Sud de l’Allemagne : ~0,9 Espagne : ~1,4 Îles Canaries : ~2,0 Île d’Hawaii : ~2,1 Déserts (Sahara, Moyen-Orient, Australie, etc.) : ~2,3 Maximum pratique terrestre : ~2,4 (Désert d'Atacama, proche de l’équateur et particulièrement sec)

Toutefois, les valeurs réelles peuvent être bien plus faibles.

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Module solaire photovoltaïque

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Applications Les modules solaires photovoltaïques se sont d'abord développés dans des applications très variées non connectées au réseau électrique, soit parce qu'il n'y a aucun réseau disponible (satellites, mer, montagne, désert..), soit parce que le raccordement reviendrait trop cher par rapport à la puissance nécessaire (balises, horodateur, abris-bus, téléphone mobile ...) ; dans ce cas, on utilise des appareils électriques adaptés au courant continu livrés par les modules.

Pour alimenter en électricité une habitation ou un réseau public de distribution, on intercale un onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif adapté aux appareils classiques. Plusieurs modules sont intégrés dans une centrale solaire photovoltaïque qui peut être soit un système photovoltaïque autonome soit un système photovoltaïque raccordé au réseau. Ce type d'application n'est rendue possible que par des subventions massives existant dans certains états, car l'énergie ainsi produite reste encore environ 10 fois plus chère que l'électricité nucléaire ou à partir d'hydrocarbures fossiles : la source solaire est certes gratuite, mais l'investissement requis est très élevé.

Économie

Horodateur alimenté par un panneau solaire photovoltaïque

Les six plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60 % du marché mondial. Il s'agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises anglo-américaines BP Solar et Astropower, de l'allemande RWE Schott Solar et du groupe italien Kerself SpA. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, mais c'est en Chine que la grande majorité des panneaux sont assemblés.

Le Japon est lui-même un des plus grands consommateurs de panneaux solaires, mais largement dépassé par l'Allemagne[2] .

Prix hors taxes des équipements d'une installation photovoltaïque Les chiffres évoqués ci-dessous se réfèrent à l'année 2010.

• • • • • • • •

Modules polycristallins (fabrication) : ~ 1,2 €/Wc Modules polycristallins (du grossiste au détaillant) : ~ 2 €/Wc (140 Wc/m²) Système d'intégration (du grossiste au détaillant) : ~ 0,55 €/Wc Onduleur pour injection réseau : ~ 0,5 €/Wc Coffrets électriques CC et CA : ~ 0,12 €/Wc Câbles électriques : ~ 0,075 €/Wc Main d'œuvre (pose des modules + onduleurs + coffrets) : ~ 0,55 €/Wc Installation photovoltaïque clé en main : de 4 €/Wc à 6 €/Wc

Module solaire photovoltaïque

Prix du kWh Le prix du kWh produit par un équipement solaire, actualisé sur la durée de vie de l'équipement, peut s'estimer à partir de trois paramètres : • le prix d'achat de l'équipement, en euros par W de puissance crête (Wc) • la productivité (en kWh produit par Wc par an), en fonction de l'insolation du lieu • la dépréciation annuelle du capital. Pour ce paramètre, on utilisera 10% (correspondant, par exemple, à des frais de fonctionnement et maintenance de 1%, une actualisation financière de 4%, et un amortissement du matériel sur 20 ans soit 5%).

On obtient alors une formule assez simple, puisque une installation qui aurait coûté 1 € par Wc et produisant 1 kWh par an et par Wc aurait alors un coût de base de 0,1 € par kWh[11] , le prix du kWh étant ensuite proportionnel au prix d'achat (c.a.d., le triple si l'installation a coûté 3 € par Wc) et inversement proportionnelle à la productivité (par exemple, la moitié si l'installation produit 2 kWh par Wc et par an, le double si elle ne produit que 0,5 kWh par Wc et par an).

Ainsi, en Belgique où on peut tabler sur une installation à 4 € par Wc (installation domestique) et une productivité de 0,9 kWh par Wc (Cf. supra), le kWh photovoltaïque revient à 0,1 x 4 / 0,9 = 0,44 €. La même installation dans les meilleures conditions possibles (dans le désert d'Atacama) produirait un kWh à 0,17 €.

Prix de vente de l’électricité En France, l’arrêté du 10 mars 2011 fixe jusqu'au 30 juin 2011 « les conditions d'achat de l'électricité produite par les installations utilisant l'énergie radiative du soleil » [12] . Le tarif (en centimes €/kWh hors TVA) est calculé à partir d’autres variables. L’article 2 donne les principales caractéristiques du contrat d’achat : • • • • •

nombre et type de générateurs ; puissances (puissance crête installée et puissance électrique active maximale de fourniture) productibilité moyenne annuelle estimée ; fourniture moyenne annuelle estimée ; tension de livraison.

Bilan énergétique (de la fabrication au recyclage) D'après l'EPIA (Association Européenne de l'Industrie du Photovoltaïque), sous la latitude de Lyon, un panneau solaire restitue en deux ans et demi l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication.

Les régulations européennes imposent maintenant que les panneaux soient recyclés lorsqu'ils sont démantelés. Il existe plusieurs organisations qui préparent le recyclage des panneaux en fin de vie telles que le CERES [13] ou encore pvcycle [14].

Les panneaux ayant une durée de vie supérieure à vingt-cinq ans, la plupart des panneaux installés maintenant ne seront pas recyclés avant 2035.

On trouve des temps retours énergétiques entre 1,9 et 4,0 années[15]

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Module solaire photovoltaïque

Notes et références [1] puissance sous un ensoleillement de 1000 W/m², une température normalisée de 25 °C et une distribution spectrale AM 1,5 (conditions STC).

[2] [PDF] le rapport Trends in photovoltaic applications (http:/ / www. iea-pvps. org/ products/ download/ rep1_17. pdf), août 2008 et [PDF] une présentation (résumé) de ce rapport (http:/ / www. iea-pvps. org/ trends/ 6EP. 2. 2 [Kompatibilit-344tsmodus]. pdf) [3] Solar Energy Material Solar Cells (2001). Ruiz JM.,Martin N. [4] Quesada et al.(2011) Experimental results and simulation with TRNSYS of a 7.2 kWp grid-connected photovoltaic system. Applied Energy n°88 - ScienceDirect.com (http:/ / www. sciencedirect. com/ science?_ob=ArticleURL& _udi=B6V1T-51TN1R7-3& _user=2432700& _coverDate=05/ 31/ 2011& _rdoc=34& _fmt=high& _orig=browse& _origin=browse& _zone=rslt_list_item& _srch=doc-info(#toc#5683#2011#999119994#2892782#FLA#display#Volume)& _cdi=5683& _sort=d& _docanchor=& _ct=58& _acct=C000057263& _version=1& _urlVersion=0& _userid=2432700& md5=82fb289e4ea7128609202e7e1d6735d6& searchtype=a) [5] Lorenzo(2002) La electricidad que producen los sistemas fotovoltaicos conectados a la red. Era Solar, Nº107 - Disponible sur www.fotovoltaica.com (http:/ / www. fotovoltaica. com/ laenered. pdf) [6] Sistemas Fotovoltaicos (2005). Abella MA. [7] Performance of 172 grid connected PV plants in Northern Germany (Decker B, Jahn U 1994) [8] Analysis of Photovoltaic Systems. Rapport IEA-PVPS T2-01:2000 - Disponible sur : IEA-PVPS Task 2 (http:/ / www. task2. org) [9] Radiación solar y dispositivos fotovoltaicos (2006) E.Lorenzo.

[10] Voir par exemple PVGIS (http:/ / re. jrc. ec. europa. eu/ pvgis/ index. htm) qui donne ce genre de résultat en tout point voulu.

[11] la formule correspondante est usuelle, on la trouve notamment dans les tableurs sous le nom VPM (10%;X;1; ; ), X étant un nombre de période "grand" (X = 100 par exemple, soit un siècle ; le résultat ne varie plus si on prend X plus grand) [12] Tarif d'achat (http:/ / www. photovoltaique. info/ Le-tarif-d-achat. html) [13] http:/ / www. ceres-recycle. org [14] http:/ / www. pvcycle. org [15] D'autres info sur ce site : bilan (http:/ / www. outilssolaires. com/ pv/ prin-bilan. htm) sur outilssolaires.com.

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