Pôle d Innovation national de l Artisanat Efficacité énergétique et énergies renouvelables

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1 Introduction : L électricité photovoltaïque est un procédé résultant de la transformation du rayonnement solaire en énergie électrique par le biais de cellules photovoltaïques. A l origine, les cellules photovoltaïques ont été développées pour électrifier les appareils scientifiques lointains tels que les satellites, stations spatiales etc Par la suite, les systèmes photovoltaïques sont venus équiper en électricité nos installations hors du réseau de distribution électrique tels que chalets d altitudes, bouées en mer, protection cathodiques des oléoducs.. Enfin le photovoltaïque s est développé très rapidement ces derniers temps dans le but de réduire la consommation des énergies fossiles et polluantes et de laisser la place aux énergies propres et. Les unités utilisées : La puissance d un élément photovoltaïque s exprime en watt crête (Wc). Elle équivaut à la puissance électrique fournie pour un ensoleillement de 1000 W/m² et une température ambiante de 25 C. Multiple : kilowatt crête (kwc) = Wc. La puissance d un panneau photovoltaïque correspond au produit de la tension générée - exprimée en Volts (V) - par l intensité du courant générée- exprimée en Ampères (A). En première approximation, un module photovoltaïque de 1 m² délivre une puissance de 100 Wc. L énergie électrique fournie par un élément photovoltaïque s exprime en kilowattheure (kwh). Elle correspond au produit de la puissance par la durée de fonctionnement à cette puissance. Ainsi, 1 kwh équivaut à une puissance de 1 kw fournie pendant 1 heure. Il existe un moyen de comparer toutes les installations entre elles même si elles n ont pas la même puissance. Il suffit pour cela de faire le rapport KWh/KWc, ce qui correspond pour une installation de 4500KWh de production d une puissance de 5KWc à un rapport de 900KWh/KWc. Cette opération est à réaliser pour toutes les installations à comparer. Le rayonnement solaire en France En France métropolitaine, la puissance de rayonnement solaire perçu par une surface horizontale d un m² s élève à 1000W environ. Le rayonnement global perçu par cette même surface d un m², c'est-à-dire la quantité d énergie du rayonnement solaire cumulée sur l année diffère selon les régions, mais est globalement comprise entre 1000KWh/m².an à Paris et 1200KWh/m² dans le Sud. Plus généralement, le rayonnement est plus important dans le Sud de la France que dans le Nord. Il y a cependant des régions Nordiques qui bénéficient d un ensoleillement plus élevé que la moyenne sur le territoire Français. Dans la moitié Nord de la France, une installation photovoltaïque réalisée dans les règles de l art avec une orientation et inclinaison optimale devrait produire au moins 900KWh/KWc par an, alors que la même installation située dans des lieux plus ensoleillés devrait quant à elle produire environ 1000KWh/KWc par an et jusqu à 1200KWh/KWc dans des lieux très ensoleillés COLMAR Cedex

2 Les données annoncées ci-dessus se rapportent à des moyennes effectuées sur plusieurs années. Plus concrètement, la production annuelle d une installation photovoltaïque peut varier de plus ou moins 10% par rapport aux valeurs annoncées. Les productions annuelles des installations solaires comportent également des disparités saisonnières. Les trois quarts de la production annuelle est produite durant les six mois les plus chauds de l année et seulement un quart de la production est réalisée durant les six derniers mois de l année (mois les plus froids). Principe de fonctionnement : Les cellules photovoltaïques sont composées de plusieurs couches. La couche supérieure est composée de silicium dopé par un élément contenant plus d électrons que lui. Cette couche contient donc plus d électrons qu une couche de silicium pur, cette couche est appelée, semi-conducteur de type N. La couche inférieure est composée de silicium dopé par un élément contenant moins d électrons que lui. La couche contient donc moins d électrons qu une couche de silicium pur, elle est appelée semiconducteur de type P. La mise en contact de ces deux couches met en place une jonction PN qui permet le passage des électrons d une couche à l autre. Lorsque la lumière (les photons plus particulièrement) arrive sur le module photovoltaïque, il se créé un apport d énergie qui vient arracher un électron de la couche N, qui vient ensuite se placer dans la couche P. En conséquence de cela, les charges à l intérieur de la cellule sont modifiées. Des électrodes sont placées sur les couches, la cathode (pôle positif) est située au dessus de la couche N et l anode au dessous de la couche P. : il y a création d une différence de potentiel électrique (tension) et formation d un courant électrique. 2

3 Les différentes cellules photovoltaïques : Actuellement, il existe différents types de cellules photovoltaïques permettant de générer de l électricité à partir du rayonnement solaire. Chaque type de cellule possède des particularités bien spécifique tant à la fabrication qu à l utilisation. Les cellules monocristallines : sont les photopiles de la première génération, elles ont un rendement de 12 à 16%, mais la méthode de production est laborieuse et difficile, et donc, très couteuse car il faut une grande quantité d'énergie pour obtenir du cristal pur. Les cellules sont soit rondes ou presque carrées et, vues de près, elles ont une couleur uniforme. Les cellules polycristallines sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Vues de près, on peut apercevoir les orientations différentes des cristaux (tonalités différentes). Ces cellules ont un rendement de 11 à 13%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines. Les cellules amorphes sont nettement moins couteuses à la production. Cependant, leur rendement n est que de 6 à 9% seulement selon les marques. Cette technologie permet d'utiliser des couches très minces de silicium. On peut donc appliquer des couches très fines de silicium amorphe sur des vitres, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide. C'est le silicium amorphe qu'on trouve le plus souvent dans les petits 3

4 produits de consommation comme les calculatrices et les montres, mais aussi plus récemment pour la couverture des toits sur les grandes surfaces. D'autres technologies à couches minces, comme le CIS (cuivre-indium-sélénium) ou CdTe (tellure de cadmium) permettent le captage de différentes fréquences du spectre lumineux et ainsi augmenter le rendement jusqu'à 12%. Durée de vie des modules et systèmes photovoltaïques : Comme tout produit, les modules photovoltaïques ont une durée de vie qui dépend de plusieurs facteurs comme la qualité des matériaux le constituant, l utilisation et l environnement dans lequel il est installé. Les modules photovoltaïques bénéficient de garanties comprises entre 2 et 5 ans selon les fabricants. Cependant, une grande majorité de fabricants garantissent 90% de la puissance initiale des modules au bout de 10 ans et 80% au bout de 20 à 25 ans. Néanmoins, sans imprévu, un module photovoltaïque devrait fonctionner avec au moins 80% de sa puissance initiale pendant plus de 20 ans. Par contre, la durée de vie des onduleurs (convertisseur continu/alternatif) est d environ 10 ans. La garantie fabricant est de 5 ans avec une extension possible (payante) de 5 ans supplémentaire. Donc, lors d une étude financière d un projet photovoltaïque, il faut prévoir le changement d un ou plusieurs onduleurs au cours de la vie du système. Les différents systèmes photovoltaïques : Actuellement, nous pouvons distinguer trois systèmes photovoltaïques qui présentent chacun des particularités bien spécifiques. Tout d abord, l électrification de site isolé, en effet certains sites, habitations ou autres ne sont pas ou ne peuvent pas être raccordés au réseau public de distribution électrique car il est techniquement ou économiquement impossible. Dans ce cas, un système solaire photovoltaïque composé de panneaux solaires, régulateur, onduleur, batteries peut assurer le fonctionnement de certains appareils peu gourmands en énergie comme par exemple des luminaires, un réfrigérateur, un téléviseur. Schéma de principe du photovoltaïque sur site isolé : 4

5 Ensuite, le photovoltaïque raccordé réseau avec revente de surplus. Pour une installation disposant du réseau de distribution électrique, il est également possible de consommer l énergie solaire créée par son installation photovoltaïque. Par contre, contrairement au site isolé, l utilisation de batteries ne sera pas nécessaire étant donné que le réseau fera office de stockage d énergie en cas de surplus et de générateur en cas de manque d énergie électrique. C est pour cela qu une telle installation comportera deux compteurs électrique en série, un compteur de production (revente de l énergie à EDF) et un compteur de consommation. Schéma de principe du photovoltaïque raccordé réseau avec revente de surplus : Enfin, le photovoltaïque raccordé réseau avec revente totale de la production. Actuellement, le prix de vente de l électricité photovoltaïque est supérieur au prix d achat de l'électricité du réseau. Donc, un particulier avec une installation photovoltaïque raccordée au réseau a tout intérêt à revendre la totalité de sa production, et à acheter l'électricité dont il a besoin. De ce fait, le retour sur investissement sera plus intéressant qu une installation avec revente de surplus. Schéma de principe du photovoltaïque raccordé réseau avec revente totale : 5

6 Les différents tarifs (2010) de rachat de l énergie électrique générée par des champs photovoltaïques : C est l arrêté du 10 juillet 2006, qui fixe les conditions de rachat de l électricité produite par des capteurs photovoltaïques. Celle-ci peut être revendue à un tarif bonifié et variable selon l implantation des capteurs : - tarif de base de 31,502 c /kwh (chiffre 2010) pour tous les maîtres d ouvrage. - prime supplémentaire de 26,251 c /kwh pour les installations «intégrées au bâti», soit un tarif de 57,753 c /kwh (chiffre 2010) - depuis 2010, un nouveau tarif de 45 c /kwh est envisagé. Ce tarif s appliquera (dès la sortie de l arrêté) pour les installations supérieures à 3kWc et à condition que l installation des modules soit parallèle à la toiture sur laquelle elle repose. - le tarif est revalorisé chaque année en fonction de l inflation, aussi bien pour les contrats en cours que pour les nouveaux contrats. - le contrat d achat passé entre le producteur et la société achetant les kwh, est valable pour une durée de 20 ans. Les aides pour le photovoltaïque : L'aide financière principale pour l'installation de générateurs photovoltaïques connectés au réseau électrique français est le crédit d'impôt. Celui-ci représente 50 % du montant de l'investissement en fournitures du système photovoltaïque, qui sera plafonné à pour un couple. Ce montant est majoré de 400 par personne à charge, de plus certaines régions et communes proposent des aides supplémentaires. Afin de bénéficier du crédit d impôt, il faut répondre à au moins une des deux conditions suivantes : Soit l installation photovoltaïque est inferieure à 3KWc Soit pour une installation supérieure à 3KWc, la consommation électrique de l habitation principale est supérieure à la moitié de la capacité de production du système photovoltaïque. D autre part, la TVA à taux réduit (5,5 %) sur un logement de plus de 2 ans s'appliquera aux installations photovoltaïques raccordées au réseau d une puissance inférieure ou égale à 3kWc. Concernant les installations photovoltaïques supérieures à 3KWc, aucun crédit d impôt n est accordé et la TVA est fixée à 19.6% dans tous les cas. Seules des aides de certaines régions et de l Ademe peuvent être perçues suivant certaines conditions. Différentes sources : ADEME Photovoltaïque info 6

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