Energie PHOTOVOLTAÏQUE
L'énergie photovoltaïque est l'énergie électrique produite à partir de l'énergie solaire ; cette énergie est captée par des installations appelées modules photovoltaïques (ou plus communément panneaux photovoltaïques, ou solaires).
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Carte de la puissance énergétique perçue par surface (We=Watts électriques)
1. Qu'est-ce que l'énergie photovoltaïque ?
Le principe de l'effet photoélectrique est la transformation directe d'énergie portée par la lumière en électricité. Différents éléments, et actuellement le silicium, se sont montrés aptes à la production des premières cellules photovoltaïques ; la recherche porte également aujourd’hui sur des polymères et matériaux organiques, susceptibles de remplacer le silicium, qui permettraient un rendement meilleur et des coûts moindres.
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Le fonctionnement d’une installation photovoltaïque est simple : un panneau photovoltaïque est composé de plusieurs cellules en silicium, montées en série, qui captent le rayonnement solaire. Les photons contenus dans la lumière, passent dans la cellule et arrachent les électrons, ce qui produit un champ électrique interne. Le mouvement de ces électrons produit alors du courant continu. Il est ensuite acheminé vers un onduleur qui le transforme en courant alternatif à 50 Hz et 220 V.
Le rendement d’un panneau photovoltaïque dépend du type de panneau et correspond à la part d’énergie solaire transformée en électricité. En effet, il en existe plusieurs types : amorphe, polycristallin et monocristallin : le silicium mono-cristallin a le rendement le plus élevé (14,5 %), mais c'est aussi le plus coûteux ; le silicium poly-cristallin est le plus utilisé sur le marché photovoltaïque, son rendement est de 11,5% ; le silicium amorphe a un rendement s'élevant à 6 %, c'est aussi le moins cher des trois, proportionnellement.
Pour optimiser la production, plusieurs critères doivent être pris en compte : l'ensoleillement (voir carte ci-dessus), l'orientation, l’inclinaison et la température du panneau.
Recyclage
Le recyclage des modules à base de silicium cristallin consiste en un simple traitement thermique servant à séparer les différents éléments du module photovoltaïque et permet de récupérer les cellules photovoltaïques, le verre et les métaux (aluminium, cuivre et argent). Le silicium, sous forme de plaquettes, peut alors être soit intégrées dans le processus de fabrication de cellules et utilisées pour la fabrication de nouveaux modules, soit fondues et intégrées dans le processus de fabrication des lingots de silicium
vidéo sur la fabrication des panneaux photovoltaïques :
2. Centrale photovotaïque
Une centrale solaire photovoltaïque est constituée de modules solaires photovoltaïques reliés entre eux (série et parallèle) et utilise des onduleurs pour être raccordée au réseau. Les centrales solaires sont de plus en plus puissantes (jusqu'à 80 MWc en 2011). Les systèmes solaires photovoltaïques autonomes sont destinés à l'alimentation en électricité de bâtiments ou d'installations isolées, ils ont des puissances généralement inférieures à 100 kWc.
Après avoir été transformée par un onduleur, de courant continu de tension variable fourni par les panneaux, en courant alternatif 220 V et 50 Hz, l'électricité produite par les panneaux solaires photovoltaïques est injectée dans le réseau de distribution électrique et peut ainsi être consommée immédiatement, l’énergie solaire photovoltaïque obtenue est consommée par les utilisateurs les plus proches et avec peu de pertes réseau, sans qu'il y ait besoin de dispositif de stockage (batteries). On se trouve ainsi en présence d'une centrale électrique dont la fonction est comparable à celle d'une centrale électrique industrielle. La production d'une centrale photovoltaïque est cyclique et varie en fonction de l'heure du jour et de la saison.
De nos jours, en vue du développement durable, il serait intéressant d'envisager des installations photovoltaïques sous les Tropiques où l'ensoleillement est plus grand (voir carte). Notamment pour les Antilles, la Réunion et les régions dépendantes du pétrole (ou des énergies fossiles en général) pour leur alimentation en électricité. De telles installations nécessitent un amortissement sur le long terme : plus de 15 ans. Cependant les aides mises en place par les États européens pour subventionner les installations et le tarif d'achat de l'électricité dite « verte » permettent à un système photovoltaïque raccordé au réseau d'être amorti en une dizaine d'années et permettront à la recherche et à l'industrie de développer des modules photovoltaïques moins chers et avec un meilleur rendement.
Exemples de centrales solaires photovoltaïques
Les plus grandes centrales solaires photovoltaïque au monde actuellement en service (en 2011) sont celles de Sarnia au Canada et d’Okhotnykovo en Ukraine (80 MW de puissance), suivies de la centrale de Rovigo (72MW) en Italie, opérationnelle depuis fin 2010.
Centrale photovoltaïque de Sarnia :
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Centrale photovoltaïque de Rovigo :
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