L'effet photovoltaïque a été découvert par Alexandre Edmond Becquerel en 1839. L'effet photovoltaïque est obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors une tension électrique. Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire, qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou recharger une batterie.
Comment ça marche ? La lumière du soleil se compose de photons contenant une énergie correspondant aux différentes longueurs d'onde du spectre solaire. Quand un photon heurte une cellule photovoltaïque, son énergie peut être transférée à un électron dans le matériau semi-conducteur de la cellule. Avec cette énergie supplémentaire, l'électron peut alors s'échapper de sa position normale dans l'atome créant un « trou », qui deviendra une partie d'un courant dans un circuit électrique. C'est ce qu'on appelle la paire électron-trou.
Une cellule photovoltaïque est une diode, formée de deux couches de matériaux de semi-conducteur dopées de sorte que l'une conduise les charges négatives et l'autre, les charges positives. Ce phénomène crée un champ électrique permanent dans la cellule.
Grâce à cet effet diode et lorsque la paire électron-trou a été crée, les charges négatives vont être séparées des charges positives. Il se crée donc une différence de potentiel entre les couches N et P de la cellule. Un courant circule si une résistance (ampoule par exemple) est placée entre ces contacts. |
Produisez votre propre énergie photovoltaique:
Trois éléments sont nécessaires à la production d'électricité :
des panneaux solaires, un onduleur, un compteur de production.
Constitués de silicium, vos panneaux solaires photovoltaïques vont convertir directement la lumière en courant électrique continu.
Votre onduleur permet ensuite de transformer ce courant en courant alternatif compatible avec le réseau Ores.
On considère en Région wallonne qu'une installation photovoltaïque fixe d'une puissance de 1 kWc produira environ 850 kWh par an, dans des conditions optimales. Cependant, la production d'électricité d'origine photovoltaïque dépendra principalement de certains paramètres comme l'orientation, l'inclinaison et les conditions d'ombrage.
Pour des projets de grande ampleur, une analyse plus approfondie de la ressource solaire est nécessaire afin de mieux évaluer la production d'électricité.
Cette analyse approfondie doit tenir compte des variations saisonnières qui modifient les valeurs mensuelles moyennes d'ensoleillement. Les variations saisonnières traduisent principalement les mécanismes suivants :
- l'inclinaison des rayons du soleil liés à la hauteur du soleil par rapport à l'horizontale (ensoleillement direct et diffus)
- la réverbération du sol (albedo)
- les effets climatiques (vent, couverture nuageuse)
- atténuation des rayons lumineux par l'atmosphère (latitude, altitude)
- la température extérieure
La température:
La température joue également un rôle important dans la performance des cellules photovoltaïques. Sans entrer dans la physique d'une cellule, on retiendra qu'une augmentation de la température diminue ses performances et qu'une diminution les augmente. C'est pour cette raison qu'il faut prévoir une bonne ventilation des modules par l'arrière pour éviter l'augmentation de la température durant les mois les plus ensoleillés et souvent les plus chauds. L'absence de ventilation peut réduire de façon importante la production d'électricité.
Il n'est pas rare d'ailleurs de constater que le record de puissance d'un système photovoltaïque soit atteint durant les mois d'hiver, par une belle journée ensoleillée. L'effet peut être encore plus surprenant avec la réflexion du soleil sur un sol enneigé, ce qui accroit encore la production d'électricité.
Une étude néerlandaise (source: http://www.eabbaltus.nl/, cf. bas de la page) a comparé la production annuelle d'électricité de plusieurs installations photovoltaïques présentant des caractéristiques différentes au niveau de la ventilation des modules. On retiendra qu'un système à l'air libre posé sur le sol perd environ 0,5% de la production annuelle à cause de l'augmentation de la température des cellules. Un système en surimposition de toiture perd environ 3% et un système intégré non-ventilé perd jusqu'à 5% de la production annuelle d'électricité.
Les autres paramètres:
Outre les ressources solaires, limitées par les effets d'ombrage, de nombreux autres paramètres peuvent influencer la productivité d'un système photovoltaïque.
De façon générale, on retiendra les éléments suivants :
- la surface des modules doit être maintenue propre des poussières, déjections d'oiseaux, mousses, etc. Généralement, il n'y a pas besoin de s'en préoccuper car la pluie nettoie suffisamment la surface des modules, (une inclinaison des modules de 15° est suffisante pour obtenir un auto-nettoyage efficace du verre), mais une vérification périodique est conseillée.
- l'onduleur doit être en parfaite adéquation avec les caractéristiques de l'installation photovoltaïque. Un sous ou surdimensionnement de l'onduleur peut diminuer fortement les performances de l'ensemble du système.
- on évitera toute utilisation additionnelle d'énergie pour faire fonctionner le système photovoltaïque (gadgets en tout genre).
- Par ailleurs, on privilégiera l'installation d'un système photovoltaïque à un endroit accessible pour la vérification périodique de la propreté des modules et pour toute réparation ultérieure
Durée de vie d'un système photovoltaïque:
L'investissement dans un système photovoltaïque est un investissement sur le long terme puisque sa durée de vie est généralement supérieure à 25 ans et peut même atteindre 40 ans.
Modules photovoltaïques
Il faut d'ailleurs savoir que la plupart de fabricants de modules proposent une garantie des performances sur une durée de 20 à 25 ans. En général, ils garantissent que le module aura toujours 80% de sa puissance crête après ce laps de temps. La garantie mécanique (résistance à la grêle, au transport, ...) est généralement comprise entre 2 et 5 ans.
Si les fabricants garantissent les performances d'un module après 25 ans, c'est qu'ils pensent que la performance sera toujours valable après 40 ans. Cependant, avec des garanties si longues, il est important de bien choisir son fournisseur de matériel pour être sûr qu'il sera encore là dans 20 ans.
Autres composants
Pour les autres composants d'un système photovoltaïque, on peut considérer que les onduleurs auront une durée de vie de 10-15 ans et qu'un parc de batteries devra être remplacé tous les 10 ans.
Néanmoins, les évolutions technologiques sont nombreuses et ces composants se spécialisent de plus en plus pour des applications photovoltaïques. Certains constructeurs annoncent des durées de vie de 20 ans pour des batteries à usage photovoltaïque et de plus de 20 ans pour des onduleurs. Les fabricants proposent d'ailleurs souvent des formules payante permettant d'étendre dans le temps la garantie de ces composants.
