Cet article décrit le fonctionnement des panneaux photovoltaïques et leur environnement en plusieurs points :
Les composants d'une installation photovoltaïque
Une installation photovoltaïque est composée de panneaux solaires qui convertissent l'énergie solaire en courant électrique continu. Les onduleurs adaptent ensuite le courant au réseau (fréquence, tension). Différents câblages connectent ces éléments qui forment la centrale solaire et permettent de la raccorder au point de consommation et éventuellement au réseau public d'électricité.
Le principe sur lequel reposent les modules photovoltaïques : l'effet photoélectrique
Une centrale solaire photovoltaïque repose sur un élément central que sont les modules photovoltaïques qui convertissent les photons lumineux issus du rayonnement solaire en courant électrique continu.
Ces modules sont constitués de cellules, superposition de semi-conducteurs dopé P et N qui créent un courant électrique lors de l’arrivée des photons lumineux.
A ce jour, il existe plusieurs technologies de modules photovoltaïques :
Les modules monocristallins qui sont composés de tranche de silicium découpées dans un lingot qui contient un grand cristal. Ils ont les rendements les plus importants (entre 19 et 23%).
Les modules polycristallins qui sont fabriqués à l’aide d’un lingot de silicium constitué de réseaux cristallins hétérogènes. Ils ont des rendements plus faible (entre 16 et 20 %).
Les modules à couche mince qui utilisent du silicium amorphe qui ont des rendements très faibles (entre 6 et 9%).
Concrètement, le marché s’est stabilisé sur la technologie monocristalline qui présente les meilleurs rendements à des coûts raisonnables. Ces modules ont des puissances crêtes (puissance qu’ils peuvent délivrer dans de bonnes conditions météorologiques) qui avoisinent les 400 Wc pour des surfaces d’environ 2 m².
La production des modules photovoltaïques est impactée par plusieurs paramètres : la position géographique (+40% de production dans le sud de la France par rapport au Nord), l'orientation (optimale vers le sud), l'inclinaison (optimale autour de 30°) et ombrage porté. Cette production se dégrade au cours de la vie de la centrale à raison d’environ 0,5% par an.
Ces panneaux photovoltaïques peuvent être ancrés sur différents supports :
Pour un projet au sol, les modules sont posés sur des structures métalliques ancrées dans le sol au moyen de pieux vissés ou battus ou au moyen de longrines en béton
Pour un projet sur un parking, les modules reposent sur des ombrières en métal ou en bois
Pour un projet sur toiture, les modules sont le plus souvent en surimposition fixés sur des rails eux-mêmes ancrés dans la couverture
Convertir l'énergie électrique issue des panneaux avec les onduleurs
Les onduleurs permettent de convertir le courant continu issu des modules photovoltaïques en courant alternatif. Deux types sont couramment utilisés :
Les micro-onduleurs positionnés sous les panneaux : solution plus onéreuse mais plus simple d’installation et plus efficace. Ils se justifient pour des projets de petite taille.
Les onduleurs de chaîne qui ont des puissances entre quelques kVA et quelques centaines de kVa qui sont utilisés sur tous les projets de puissance plus importante.
Généralement placées dans des coffrets à proximité des panneaux photovoltaïques, des onduleurs et du point de raccordement, les protections assurent la sécurité de l’installation et des personnes. Ces protections sont variables en fonction du type de bâtiments (ERP, ICPE…), des installations déjà présentes à proximité (paratonnerres, groupe électrogène…) et de l’architecture électrique du site (type de transformateur, MALT…).
Raccorder l'installation photovoltaïque au réseau
Dans le cas d’un projet en vente totale, la centrale est généralement directement raccordée au réseau Enedis. Il est nécessaire d’élever la tension de sortie des onduleurs de l’ordre de plusieurs centaines de volts à la tension du réseau de distribution de l’ordre de 15 ou 20 kV. Ce rôle est joué par des postes de transformation. Un poste de livraison situé en bord de site assure le couplage avec le réseau Enedis.
Dans le cas d’un projet en autoconsommation, le raccordement se fera généralement directement sur le TGBT du site ou sur une boucle HTA et pourra également nécessiter la mise en place de nouveaux transformateurs sur le site.