En France, le nombre de constructions photovoltaïques ne cesse de croître chaque année. Leur productivité globale et leur popularité augmentent encore plus rapidement. Pour comprendre pourquoi le solaire est en passe de devenir un concurrent sérieux aux combustibles fossiles, il est indispensable de comprendre son fonctionnement et dans quelle mesure son exploitation est rentable. Notre article est consacré à une analyse des questions sur les centrales solaires, leurs composants et cycles de vie.
Qu’est ce qu’une centrale solaire ?
Une station photovoltaïque est un ensemble spécialisé d’équipements capables de capter le rayonnement électromagnétique du soleil et de le convertir en énergie thermique ou électrique. Pour cela, diverses technologies ont été utilisées, qui ont été améliorées au fil des ans.
La première méthode connue permettait d’obtenir de l’énergie grâce aux différences de température dans une tour transparente scellée. Il était utilisé dans les fermes françaises dès le XIXe siècle. Par la suite, une autre méthode a fait son apparition. Il s’agissait d’un système de miroirs placés en cercles concentriques autour d’une haute tour centrale. Les faisceaux de focalisation de chaque miroir ont chauffé le réservoir à des températures comprises entre 500 et 700°C. Le liquide de refroidissement était transformé en vapeur surchauffée, qui était transférée aux aubes de turbine. Malheureusement, des installations efficaces de ce type nécessitaient de vastes surfaces. Il était alors impossible de monter de petites centrales solaires de cette manière.
Les centrales solaires modernes basées sur des panneaux solaires photovoltaïques sont beaucoup plus prometteuses. Aujourd’hui, l’efficacité théorique de telles installations peut atteindre 80%. Leurs tailles peuvent aller d’une batterie miniature à d’immenses fermes couvrant des centaines de kilomètres carrés.
Panneaux solaires
Chacun d’eux est un ensemble de cellules semi-conductrices empilées en rangées sur une base solide. Le dessus du module est recouvert d’un verre transparent extra résistant et le courant est transmis à travers des bandes conductrices.
Un panneau solaire pour une maison est généralement composé de plusieurs dizaines de cellules photovoltaïques, bien qu’il existe des options avec des centaines de cellules. Les cellules elles-mêmes sont créées à l’aide de diverses technologies liées aux caractéristiques des matériaux semi-conducteurs.
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Onduleurs
Le deuxième élément le plus important de toute centrale solaire est un appareil appelé onduleur. Sa présence dans le circuit est indispensable, car les batteries génèrent du courant continu et le courant alternatif est utilisé dans les réseaux électriques.
Selon le fonctionnement de la centrale solaire (de manière autonome, en tandem avec le réseau ou mixte), un onduleur correspondant doit être acheté. Le raccordement de l’appareil s’effectue dans le strict respect de la polarité entre le groupe de modules générateurs de courant d’un côté et tous les autres éléments du système de l’autre.
Le choix d’un onduleur est guidé par les caractéristiques suivantes :
- valeur de la tension d’entrée ;
- puissance maximale et nominale ;
- consommation de charge ;
- forme du courant de sortie (une sinusoïde pure est considérée comme idéale);
- masse de l’appareil ;
- présence ou non d’un ventilateur et sa fonctionnalité ;
- ensemble de mécanismes de défense ;
- Efficacité ;
- présence d’un mode veille ;
- plage de température de travail.
Contrôleurs de charge
Ils sont uniquement nécessaires dans les centrales solaires industrielles ou résidentielles utilisant des batteries rechargeables pour le stockage de la charge. Il existe une grande variété de contrôleurs sur le marché qui diffèrent considérablement en termes de fonctionnalité, de qualité et de durabilité.
Les plus courants sont :
- PWM (Pulse-Width Modulation) à largeur d’impulsion : modulant le courant avec une qualité suffisante et chargeant la batterie à 100 % ;
- MPPT intelligent : permet le suivi du point de puissance maximum pour les panneaux solaires photovoltaïques à faible puissance. Plus cher, mais payant dans les grandes stations en raison d’une efficacité 30 à 35 % plus élevée ;
- Hybride – principalement utilisé dans les stations où une installation solaire et un parc éolien fonctionnent en un seul tandem.
Le choix du contrôleur dépend principalement de la capacité globale, des performances et du coût de la centrale.
Quel est le cycle de vie des panneaux photovoltaïque ?
La grande majorité des personnes qui envisagent d’installer leur propre système solaire s’interrogent au sujet du cycle de vie des panneaux solaires. Combien de temps fonctionneront-ils ? Quelle est la garantie fonctionnement des modules ? Leur efficacité sera-t-elle atténuée chaque année ? Découvrez nos réponses à toutes vos questions.
1. Le type des panneaux
Présentation des différents panneaux photovoltaïques
Tout d’abord, l’un des facteurs importants dans le choix des modules est le type de cellule photovoltaïque. Le développement d’une centrale solaire et sa durée de vie en dépendent largement. Les types de panneaux solaires les plus courants sont tous à base de cellules solaires semi-conductrices, à savoir :
- Monocristal
- Polycristallin
- Amorphe (couche mince)
Premièrement, les plus durables sont les monocristallins. En effet, leur indice d’efficacité diminue de 2-3% après 25 ans de fonctionnement et la durée de vie totale peut atteindre jusqu’à 50 ans.
Deuxièmement, les polycristallins sont quasi-similaires aux monocristallins et peuvent servir pendant plus de 20 ans sans grandes pertes.
Pour finir, les modules en silicium amphore, qui se présentent sous la forme d’un film mince, diffèrent en termes de durée de vie selon le processus de production. Les panneaux de la première génération seront rapidement plus faibles que les indicateurs déclarés, et l’efficacité peut chuter à 15% après 5 à 7 ans de mise en service. Les panneaux de la deuxième génération quant à eux fonctionneront parfaitement jusqu’à 20 ans.
Garantie des panneaux
Il y a plusieurs années, le Laboratoire national des énergies renouvelables (NREL) a mené une étude du taux de « dégradation photovoltaïque » dans un échantillon de 2 000 centrales solaires. Selon l’étude, en moyenne, le panneau solaire perd environ 0,5% de son efficacité par an. Cela signifie qu’après la période de garantie de 25 ans, votre panneau solaire fonctionnera à un niveau d’efficacité toujours élevé, soit 88% de l’efficacité originale. Cependant, tous les panneaux ne perdront pas 0,5 % d’efficacité par an. Selon certains modules solaires qui fonctionnent au soleil depuis plus de 30 ans, leur efficacité dépasse celle indiquée dans leur documentation.
Les fabricants comprennent à quel point la durée de vie des panneaux solaires est importante. Par conséquent, les marques responsables travaillent en permanence pour augmenter cet indicateur en utilisant les nouvelles technologies. Par exemple, un fabricant allemand de systèmes photovoltaïques propose aujourd’hui une option unique – une garantie de 30 ans non seulement pour la capacité (jusqu’à 87,5%), mais aussi pour le produit (garantie de fabrication).
Alors que l’énergie solaire se développe de plus en plus dans le monde, il est probable que la garantie de 30 ans devienne bientôt la norme pour la plupart des entreprises de fabrication. Si cela se produit, le coût de sa production diminuera, selon les experts, d’environ 10 % pour l’installation. Pour les consommateurs, ce sont bien sûr de belles perspectives sur lesquelles les fabricants et les scientifiques travaillent aujourd’hui.
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L’efficacité des onduleurs
La situation avec l’onduleur, situé au niveau du compteur électrique qui convertit le courant continu des panneaux, est complètement différente. Aussi, la durée de fonctionnement moyenne de l’onduleur est en effet de 10 à 15 ans. Cela dit, son efficacité ne diminue pas progressivement, comme pour le panneau solaire. Par contre, son fonctionnement peut s’arrêter du jour au lendemain, du fait d’une obsolescence normale. C’est généralement le cas des onduleurs appelés “centraux”. Cependant, il existe en même temps une bonne alternative : les micro-onduleurs. En effet, ceux-ci sont installés sur chaque panneau solaire et leur durée de vie est supérieure à celle des onduleurs traditionnels (jusqu’à 25 ans).
2. Le temps
Ensuite, une station photovoltaïque peut fonctionner efficacement pendant de nombreuses décennies. Cette durabilité est due au fait que les panneaux solaires n’ont pas de pièces mobiles – ils se cassent rarement de l’intérieur et, en règle générale, des dommages mineurs ne peuvent survenir qu’en raison de conditions météorologiques extrêmes.
En effet, un panneau solaire soumis à de violentes tempêtes ou à des chutes de neige constantes d’année en année peut perdre une partie de son intégrité structurelle.
3. La propreté
Enfin, la saleté est le facteur qui affecte la durée de vie d’un panneau solaire le plus courant. Cela est dû au fait que de minuscules particules de poussière commencent à s’accumuler à la surface du panneau solaire, réduisant ainsi la quantité de lumière solaire que les cellules solaires reçoivent. Afin d’éviter une forte contamination des panneaux, il est nécessaire d’installer l’ensemble du système loin des arbres et à un angle pour éviter les accumulations de poussière.
En conséquence, les panneaux solaires continuent de fonctionner pendant de nombreuses décennies, et avec des soins appropriés et un climat favorable, ils ne sont pas affectés par les conditions météorologiques ou d’autres facteurs, ainsi, ils ne perdent pas en efficacité.