Comment un Système PHOTOVOLTAÏQUE Produit-Il de L’Électricité?

En tant que professionnel du solaire, il est important de pouvoir expliquer le processus de production d’électricité d’un système solaire photovoltaïque. Ce processus semble mystérieux pour beaucoup et les idées fausses abondent parmi ceux qui ne connaissent pas l’énergie solaire. Dans cet article, nous revenons à l’essentiel avec un aperçu de la façon dont les installations solaires fournissent de l’électricité et du fonctionnement du processus pour le client.

Commençons par les fondements de la production d’énergie solaire, puis nous aborderons les spécificités des systèmes photovoltaïques.

Les bases d’un système solaire photovoltaïque

Les systèmes solaires photovoltaïques sont essentiellement toute combinaison de panneaux solaires, de matériel nécessaire pour aider l’énergie à circuler à travers les panneaux et d’onduleurs.

Selon le type de système, ils peuvent utiliser des onduleurs à chaîne, des micro-onduleurs ou des optimiseurs de puissance pour convertir l’énergie, mais la composition de base de la plupart des systèmes photovoltaïques est la même.

Comment fonctionne l’énergie solaire dans un système PHOTOVOLTAÏQUE?

Les panneaux solaires convertissent l’énergie des photons (particules lumineuses) en électricité (comme nous en discutons dans Le Guide du débutant sur l’énergie solaire). Ce processus s’appelle l’effet photovoltaïque.

Lorsqu’un photon frappe un dispositif photovoltaïque (PV), son énergie est transférée du photon aux électrons locaux du matériau. Ces électrons excités commencent à circuler, produisant un courant électrique.

Les cellules solaires (à l’intérieur des panneaux solaires) produisent de l’électricité en courant continu (CC), qui est généralement convertie en courant alternatif (CA) par un onduleur. Cela permet de le renvoyer au réseau électrique, qui fonctionne avec de l’électricité à courant alternatif, ainsi que de l’utiliser pour alimenter les appareils de la maison du client (ou du bâtiment commercial, dans le cas d’installations solaires commerciales).

C’est l’explication en profondeur. En résumé, le processus de fonctionnement des panneaux solaires comporte trois étapes principales:

1. Les cellules solaires dans les panneaux solaires absorbent la lumière du soleil, ce qui provoque la circulation d’un courant électrique.
2. Un onduleur convertit l’électricité en courant continu en courant alternatif.
3. Cette électricité est utilisée pour répondre aux besoins énergétiques actuels du bâtiment du client et l’électricité excédentaire au-delà de ce que le client peut utiliser est exportée vers le réseau.

Que se passe-t-il avec l’énergie produite par un système photovoltaïque?

La plupart des clients de l’énergie solaire aux États-Unis ont des installations solaires connectées au réseau. Leur maison est connectée au réseau électrique, ce qui leur permet d’utiliser l’énergie fournie par leur service d’électricité lorsqu’ils ont besoin de plus que ce que leur installation solaire produit (par exemple un jour de pluie ou la nuit).

Cela signifie également que chaque fois que leur système PHOTOVOLTAÏQUE produit plus que ce dont ils ont besoin, cet excès d’énergie peut être envoyé au réseau pour que d’autres l’utilisent.

Comptage net

Une politique appelée comptage net, courante aux États-Unis, compense les clients du secteur solaire pour cet excès d’énergie, afin qu’ils puissent compenser le coût de l’électricité future qu’ils utilisent sur le réseau.

La mesure nette a joué un rôle important dans la rentabilité de l’énergie solaire. Cependant, dans tout le pays, nous commençons à voir des changements dans la façon dont les entreprises de services publics mettent en œuvre le comptage net, dont beaucoup réduisent la valeur que les clients de l’énergie solaire reçoivent de leurs installations solaires.

Tarifs de rachat

Les tarifs de rachat sont un autre moyen de compenser les clients de l’énergie solaire pour l’électricité qu’ils envoient au réseau dans certaines régions.

Quelles sont les parties d’un système photovoltaïque ?

Un système PV simple contient deux types de composants de base:

• Modules solaires: Les modules solaires contiennent des cellules solaires qui convertissent la lumière du soleil en électricité.
• Onduleur (s): Un onduleur convertit le courant continu en courant alternatif. Il peut également remplir d’autres fonctions bénéfiques pour le réseau électrique (voir notre article sur les onduleurs intelligents, désormais requis en Californie).

Schéma d’un système PHOTOVOLTAÏQUE simple. Source: Aurora Solaire.

Composants BOS

Il est courant de désigner tous les composants d’un système photovoltaïque en plus des modules comme composants d’équilibre du système (BOS). Des exemples de composants BOS incluent les onduleurs, les déconnexions, les rayonnages et le câblage.

Bien sûr, il ne s’agit que d’un aperçu de base des pièces d’une installation solaire et de leur assemblage. Explorez certains de nos articles connexes pour une plongée plus approfondie dans les façons dont les panneaux solaires et les onduleurs peuvent être câblés ensemble (cordage) et quelques alternatives aux onduleurs traditionnels, connus sous le nom d’électronique de puissance au niveau du module (MLPE).

Quels facteurs Affectent l’efficacité du système solaire photovoltaïque

Il est important de noter que le processus de production d’électricité à partir de l’énergie solaire n’est pas efficace à 100%. Les facteurs environnementaux — tels que la température, la saleté et l’ombrage — ainsi que les pertes dans les composants électriques peuvent affecter l’efficacité d’un système PHOTOVOLTAÏQUE. Les catégories de pertes typiques comprennent:

• Température: L’efficacité du panneau solaire varie avec la température. Les températures élevées ont un impact négatif sur les performances.
• Salissures: Le matériau qui s’accumule à la surface des panneaux photovoltaïques peut empêcher la lumière d’atteindre les cellules solaires, réduisant ainsi la puissance générée. La perte de puissance due à la saleté est très variable, selon le type de saleté (comme la poussière ou la neige) et la fréquence à laquelle le panneau est nettoyé.

Les salissures, telles que la poussière, sur les modules PV réduisent la puissance de sortie.

• Ombrage: L’ombrage est l’obstruction de l’irradiance due aux arbres, aux bâtiments, au terrain et à d’autres objets dans l’environnement. L’effet de l’ombrage sur la puissance de sortie d’une installation solaire est très variable. (Pour en savoir plus sur les causes et les conséquences de l’ombrage, cet article et cette section de notre série de pertes de systèmes photovoltaïques sont d’excellentes ressources.)
• Câblage et connexions: La résistance des connexions électriques d’une installation solaire entraîne généralement des pertes d’énergie de quelques pour cent.
• Non-concordance: En raison des variations de fabrication, les modules du même type peuvent avoir des caractéristiques électriques légèrement différentes. Cette inadéquation entre les modules peut entraîner une perte de performances.
• Efficacité de l’onduleur: La conversion du courant continu en courant alternatif via un onduleur est généralement efficace d’environ 96 à 97%. Les onduleurs ont généralement un rendement plus élevé lorsque la puissance d’entrée CC est élevée. L’efficacité de conversion prend un grand coup lorsque la puissance d’entrée est bien inférieure à la puissance nominale de l’onduleur.
• Âge : Les panneaux solaires produisent moins d’énergie à mesure qu’ils vieillissent. En règle générale, la diminution de la performance est supposée être d’environ 0,5% par an.

Pour une plongée en profondeur sur ces pertes, consultez notre série de pertes du système PV.

Valeurs d’efficacité solaire typiques pour différents types de perte de système PV.

Facteur de déclassement du système

Les facteurs ci-dessus sont combinés dans un coefficient appelé facteur de déclassement du système pour représenter les pertes globales d’une installation solaire. Par exemple, PVWatts, un calculateur de production d’énergie du système PV pris en charge par NREL, utilise un facteur de dératisation du système par défaut de 86%.

Cependant, selon la conception du système ou les conditions environnementales, cette valeur peut être supérieure ou inférieure. Un logiciel de conception solaire avancé comme Aurora peut vous assurer de déterminer avec précision les pertes du système photovoltaïque et la quantité d’énergie produite par votre système PHOTOVOLTAÏQUE.

L’efficacité du panneau solaire (module) indique quelle partie de l’irradiance un module convertit en électricité dans des conditions d’essai standard (STC; irradiance de 1000W / m2, température ambiante de 25 ° C). En règle générale, vous pouvez estimer l’efficacité d’un système photovoltaïque dans la conversion de l’irradiance en électricité (sous STC) en utilisant la formule suivante:

$$\text {Efficacité globale du système} = \text {Efficacité du module}\times\text { Facteur de réduction}$$

Il est important de noter qu’il ne s’agit que de calculs à l’envers. Pour obtenir une analyse complète de la production d’énergie, vous avez besoin d’une application logicielle, telle qu’Aurora, qui intègre toutes les caractéristiques environnementales, mécaniques et électriques d’un système photovoltaïque.

À propos de Solar PV Education 101

Comment un système Photovoltaïque produit de l’électricité fait partie de Solar PV Education 101, une série de six articles qui sert d’introduction aux principes fondamentaux du solaire PV pour les débutants.

Article 1: Le Guide du Débutant sur l’Énergie Solaire
Article 2: Comment un Système Photovoltaïque Produit de l’Électricité
Article 3: Lire votre Facture d’Électricité: Un Guide du Débutant
Article 4: Comment Dimensionner un Système Photovoltaïque à partir d’une Facture d’Électricité
Article 5: Pertes d’ombre pour les Systèmes Photovoltaïques et Techniques pour les Atténuer
Article 6: Les Principes de Base qui Guident Les Coûts des Systèmes PV

Christian Brun