Pour une connaissance plus approfondie des sujets de cette rubrique, voir les ouvrages :
Conversion de l’énergie solaire
Des grains d’énergie…
La lumière est composée de photons, porteurs d’énergie, pouvant extraire des charges électriques des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium. Ainsi, et contrairement aux capteurs thermiques qui produisent de la chaleur (chauffe-eau, capteur plan, capteur tubulaire…), les panneaux solaires photovoltaïques produisent du courant électrique quand ils sont exposés à la lumière, par cette conversion photovoltaïque.
Silicium amorphe /cristallin / autres matériaux
Pourquoi le sable aime le soleil…
Le matériau photovoltaïque le plus couramment utilisé aujourd’hui est le silcium cristallin, mono ou polycristallin, à cause de sa grande disponibilité sur terre (dans le sable), sa bonne qualité électronique et donc son bon rendement de conversion au soleil. Il est bien adapté aux produits de 20Wc et plus, pour des applications en extérieur par temps dégagé.
Le silicium amorphe quant à lui, présente des avantages spécifiques :
- Réponse à faible éclairement et sous ensoleillement diffus (sous éclairage artificiel, par temps couvert)
- Facilité de mise en oeuvre sur de petits formats, à toutes les tensions
- Quasi insensibilité à la hausse de température au soleil
- Couleur uniforme
Voir Cellules photovoltaïques amorphes
Comment calculer la production électrique d’un panneau solaire ?
On exprime souvent la puissance d’un panneau solaire en Watts-crete, ou Wc (Watts peak en anglais), cela correspond à la puissance en W qu’il peut délivrer à un instant donné sous un ensoleillement normalisé de 1000W/m² (spectre solaire AM 1.5 à 25°C) dit STC. Ensuite il convient de savoir combien d’heures cet éclairement va durer pour connaître l’énergie produite en Wh (Watts x heures). Comme cet ensoleillement n’est pas constant lors d’une journée normale, on se sert de l’énergie solaire globale journalière (intégrale de l’ensoleillement sur une journée). Cela revient à assimiler cette journée à n heures de soleil à 1000 W/m². Par ex., si l’énergie solaire journalière est de 3.5kWh/m² = 3500Wh/m², on considère que le panneau a été exposé pendant 3.5h à un ensoleillement de 1000W/m² (3500Wh/m² = 3.5h x 1000W/m²).
Dans ce cas un panneau 10 Wc produit théoriquement 3.5h x 10 Wc = 35Wh par jour.
C’est pourquoi dans le langage courant de la profession, on dit que dans une situation donnée, on a ’5 heures de soleil’ ou ’ 1/2 h de soleil’, à ne pas confondre avec la durée totale du jour, qui est nettement plus longue. Mais une journée de 8 h de jour ne correspond quasiment jamais à 8 h de plein soleil !
Et les faibles éclairements ?
Le calcul présenté ci-dessus est une approximation, il faut ensuite l’affiner en tenant compte de tous les phénomènes (température, salissures, pertes en ligne..) et en particulier des faibles éclairements. En effet, il fait une approximation de taille : il suppose que la puissance d’un panneau solaire est proportionnelle à l’éclairement, même lorsqu’il est faible. Ce qui est loin d’être le cas pour toutes les technologies ! Le silicium cristallin voit sa tension en particulier baisser fortement quand l’éclairement baisse et il ne peut guère produire en dessous de 100 W/m² (10000 lux). Le silicium amorphe, quant à lui, possède un moindre rendement au soleil, mais il est adapté à tous les éclairements, même dans une ambiance intérieure. Or dans ce cas, l’éclairement ne dépasse pas les 1000-3000 lux. Le silicium amorphe est donc bien souvent le meilleur choix pour produire tout au long de l’année, par tous les temps. C’est aujourd’hui prouvé.
Systèmes photovoltaïques autonomes
Composition
- Un système photovoltaïque autonome comprend :
- un (ou plusieurs) panneaux solaire(s) photovoltaïque(s) au silicium
- un régulateur de charge adaptée à la puissance
- une batterie au Plomb « ouverte » ou « étanche » selon la durée de vie attendue, la capacité requise et l’entretien que l’on peut effectuer
- des composants de conversion DC/DC ou DC/AC si nécessaire
Pourquoi un stockage sur batterie ?
Comme la conversion de lumière en électricité a lieu en temps réel, en l’absence d’une autre source d’énergie, il faut stocker l’électricité dès lors qu’on en a besoin en dehors des périodes d’éclairement, ou lorsque l’on consomme, à un instant donné, plus d’énergie qu’on n’en produit.
Fonctions de la batterie dans un système photovoltaïque
- Elle alimente les appareils durant la nuit,
- Elle absorbe les pics de consommation (démarrage d’un moteur par ex.)
- Elle assure le fonctionnement les jours de mauvais temps
- Éventuellement elle sert au stockage inter-saisonnier (en hiver)
Le rôle du régulateur
Le but des limiteurs et des régulateurs est avant tout de protéger la batterie contre les effets de surcharge et de décharge.
Un système photovoltaïque produit à certaines périodes de l’année plus d’énergie que nécessaire (l’été la plupart du temps). La batterie peut alors souffrir de surcharge.
- Il est donc indispensable de monter une limitation de surcharge dans la plupart des cas.
D’autre part, lorsqu’il arrive un incident qui déséquilibre le système (consommation excessive, ou panneau endommagé par ex.) la batterie peut se trouver en déficit, et se décharger trop profondément. Dans certains cas il est préférable d’arrêter l’utilisation plutôt que de mettre la batterie en décharge profonde, ce qui peut la détériorer définitivement. En règle générale, si le système est bien dimensionné, cela n’arrive pas, la protection décharge n’est qu’une sécurité.
- On placera une protection décharge quand il existe un risque de déséquilibre du système : dépassement de la consommation prévue, accident sur le panneau, ombrages incertains…
Dimensionnement
Trouver les bons composants n’est pas toujours chose aisée, même si déjà de nombreux logiciels voient le jour sur la toile. Pour alimenter vos équipements en toute sécurité, SOLEMS élabore les solutions techniques au cas par cas selon VOTRE cahier des charges, pour un maximum de fiabilité et un minimum de coût. Donc, faites appel à nous !