Un système de panneaux photovoltaïque (PV) est composé d’un ou plusieurs panneaux solaires combinés à un onduleur et à d’autres équipements électriques et mécaniques qui utilisent l’énergie du soleil pour produire de l’électricité. La taille des systèmes photovoltaïques peut varier considérablement, allant de petits systèmes de toit ou portables à d’énormes centrales de production d’électricité à l’échelle d’un service public. Bien que les systèmes PV puissent fonctionner seuls comme des systèmes PV hors réseau, cet article se concentre sur les systèmes connectés au réseau de distribution d’électricité, ou les systèmes PV connectés au réseau.
Comment ces systèmes fonctionnent-ils ?
La lumière du Soleil, composée de paquets d’énergie appelés photons, tombe sur un panneau solaire et crée un courant électrique par un processus appelé effet photovoltaïque. Chaque panneau produit une quantité d’énergie relativement faible, mais peut être relié à d’autres panneaux pour produire des quantités d’énergie plus importantes sous forme de panneau solaire. L’électricité produite par un panneau (ou une matrice) solaire est sous forme de courant continu (CC). Bien que de nombreux appareils électroniques utilisent du courant continu, y compris votre téléphone ou votre ordinateur portable, ils sont conçus pour fonctionner en utilisant le réseau électrique qui fournit (et nécessite) du courant alternatif (CA). Par conséquent, pour que l’électricité solaire soit utile, elle doit d’abord être convertie du courant continu au courant alternatif à l’aide d’un onduleur. Le courant alternatif produit par l’onduleur peut ensuite être utilisé pour alimenter l’électronique locale, ou être envoyé sur le réseau électrique pour être utilisé ailleurs.
Composants du système
En plus des panneaux solaires, il existe d’autres composants importants d’un système photovoltaïque qui sont communément appelés BOS. Ces composants (qui représentent généralement plus de la moitié du coût du système et la majeure partie de la maintenance) peuvent comprendre des onduleurs, des racks, des câblages, des combinateurs, des déconnecteurs, des disjoncteurs et des compteurs électriques.
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Un panneau solaire est constitué de nombreuses cellules solaires aux propriétés semi-conductrices encapsulées dans un matériau pour le protéger de l’environnement. Ces propriétés permettent à la cellule de capter la lumière, ou plus précisément les photons du soleil, et de convertir leur énergie en électricité utile grâce à un processus appelé effet photovoltaïque. De chaque côté du semi-conducteur se trouve une couche de matériau conducteur qui recueille l’électricité produite. La face éclairée du panneau contient également un revêtement anti-reflets pour minimiser les pertes dues à la réflexion. La majorité des panneaux solaires produits dans le monde sont fabriqués à partir de silicium cristallin, qui a une limite d’efficacité théorique de 33% pour convertir l’énergie du soleil en électricité. De nombreux autres matériaux semi-conducteurs et technologies de cellules solaires ont été développés, qui fonctionnent à des rendements plus élevés, mais leur fabrication est plus coûteuse.
Onduleurs
Un onduleur est un appareil électrique qui accepte le courant électrique sous forme de courant continu (CC) et le convertit en courant alternatif (CA). Pour les systèmes d’énergie solaire, cela signifie que le courant continu du champ solaire est alimenté par un onduleur qui le convertit en courant alternatif. Cette conversion est nécessaire pour faire fonctionner la plupart des appareils électriques ou pour assurer l’interface avec le réseau électrique. Les onduleurs sont importants pour presque tous les systèmes d’énergie solaire et sont généralement le composant le plus coûteux après les panneaux solaires eux-mêmes.
La plupart des onduleurs ont un rendement de conversion de 90 % ou plus et comportent d’importantes caractéristiques de sécurité, notamment l’interruption du circuit de défaut à la terre et l’anti-îlotage. Ces dispositifs arrêtent le système photovoltaïque en cas de perte de puissance du réseau.
Le rayonnage désigne l’appareil de montage qui fixe le champ solaire au sol ou sur le toit. Généralement construits en acier ou en aluminium, ces appareils fixent mécaniquement les panneaux solaires en place avec un haut niveau de précision. Les systèmes de rayonnage doivent être conçus pour résister à des événements météorologiques extrêmes tels que la vitesse du vent au niveau d’un ouragan ou d’une tornade et/ou de fortes accumulations de neige. Une autre caractéristique importante des systèmes de rayonnage est de relier électriquement et de mettre à la terre le panneau solaire pour éviter l’électrocution.
Les systèmes de rayonnages pour toits se déclinent généralement en deux variantes, à savoir les systèmes pour toits plats et les systèmes pour toits en pente. Pour les toits plats, il est courant que le système de rayonnage comprenne un ballast lesté pour maintenir l’installation sur le toit par gravité. Sur les toits inclinés, le système de rayonnage doit être ancré mécaniquement à la structure du toit. Les systèmes photovoltaïques au sol, comme le montre la figure 4, peuvent également utiliser des ballasts ou des ancrages mécaniques pour fixer l’installation au sol. Certains systèmes de rayonnages au sol intègrent également des systèmes de poursuite qui utilisent des moteurs et des capteurs pour suivre le Soleil dans le ciel, ce qui augmente la quantité d’énergie produite à un coût d’équipement et de maintenance plus élevé.
