De la lumière à l‘électricité

Les cellules photovoltaïques sont constituées de matériaux semi-conducteurs qui convertissent directement l‘énergie solaire en électricité, sous forme de courant continu.
Lorsque les particules de lumière (photons) viennent heurter la surface d’une cellule, une tension électrique apparaît entre son côté positif et son côté négatif. Dès que le circuit électrique est fermé à l’aide d’une lampe, d’un moteur, etc.., le courant peut circuler. La tension est peu variable alors que le courant est proportionnel à la lumière reçue. La majorité des cellules sont actuellement à base de silicium cristallin et ont un rendement de conversion de la lumière en électricité compris entre 12 et 20 %.De nombreuses autres technologies existent, qu’elles soient déjà industrialisées comme les couches minces ou en phase de recherche comme les cellules à concentration.
Une fois soudées entres elles les cellules sont « encapsulées » : prises en sandwich entre un fond rigide et du verre. Un cadre métallique vient renforcer le tout. Le modules photovoltaïques sont prêts. On peut trouver des modules d‘à peine 10 Watts crête, comme des modules de près de 200 Watts crête, pour répondre à toutes sortes d’applications.

Qu’est-ce que le « Watt crête » (Wc) ?

Le dimensionnement des centrales photovoltaïques ne se mesure pas en m² mais en Watt-crête. En effet, selon les technologies utilisées, il faut des centrales de surfaces différentes, pour obtenir la même production d‘électricité.
Le watt-crête est une unité représentant la puissance électrique maximale délivrée par une installation électrique solaire pour un ensoleillement standard de 1000 W/m² à 25°C.

Les centrales photovoltaïques produisent une quantité d‘électricité, mesurée en kiloWattheure (kWh), qui peut soit être injectée dans le réseau, soit stockée dans des batteries.

Un kiloWatt crête (kWc) représente en Ardèche :

• de 7 à 16 m² de surface
• 1200 kWh/an de production électrique dans les conditions optimales (plein sud, incliné à 35°), soit la moitié de la consommation électrique spécifique d’un foyer,
• de 1600 à 1800 kWh/an avec un système de suivi du soleil,
• de 100 à 450 kg CO2 « évités »/an selon les modes de calculs,

• de 6500 à 8000 € TTC posé pour les installations domestiques.

Les technologies

Il existe plusieurs technologies de cellules photovoltaïques :

• La technologie monocristalline : Cellules d’aspect uni, de ton bleu nuit à noir, très performante. Une surface de 7 m² représente une puissance d’ 1 kWc. Cette technologie est à privilégier lorsque les conditions d’orientation et d’inclinaison idéales se présentent (plein sud, toiture à 35°) et lorsque l’on souhaite privilégier une puissance maximale pour une surface donnée.

• La technologie polycristalline : Cellules d’aspect nacré, de ton bleu. C’est la technologie la plus installée car elle présente un bon rapport coût/puissance installée. Elle est un peu moins performante que la technologie monocristalline (9m² pour 1 kWc). On l’utilise pour une orientation générale au sud.

• La technologie des couches minces  : Une seule cellule pour des modules entièrement unis de tons rouges à gris. Elle se présente sous la forme de films souples ou de modules rigides. Le rendement est moins bon (au moins 15 m² pour une puissance d’ 1 kWc). Plutôt réservée aux projets de grandes envergures, on l’utilise dans des orientations est/ouest et pour l‘étanchéité en élastomère souple de toitures terrasses et industrielles. Elle est privilégiée pour les projets qui cherchent la surface maximale couverte pour un budget donné.

Les usages : raccordé au réseau ou site isolé

• L’alimentation de site isolé :

L‘électricité photovoltaïque est produite sans combustible. Elle est donc une source d‘énergie privilégiée dans les applications où «faire le plein » est difficile, voire impossible (dans l’espace, les zones escarpées, les déserts). Pour fournir de l‘électricité à toute heure, un système photovoltaïque autonome comprend un parc de batteries stationnaires pour stocker l‘énergie produite. Un onduleur permet au besoin de convertir l‘électricité en courant continu des batteries en courant alternatif.

• L’injection au réseau :

L‘électricité solaire peut également être injectée au réseau de distribution électrique traditionnel grâce à un onduleur spécifique. Dans la majorité des cas, un compteur dédié valorisera la totalité de l‘électricité solaire.
Une fois raccordée au réseau, l‘électricité produite est toujours consommée au point de consommation le plus proche.

Bilan énergétique et recyclage

L‘énergie nécessaire à la fabrication d’une centrale photovoltaïque (« l‘énergie grise »), est compensée en 1 à 5 ans par l’énergie qu’elle produit, selon l’ensoleillement pendant près de 30 ans. En Ardèche, les temps de retour énergétiques inférieurs à 2,5 ans sont possibles.
Source : Etude de l’Agence Internationale de l’Energie disponible sur www.photovoltaique.info
Il faut aussi prendre en compte les émissions de CO2 de cette « énergie grise » lorsque le module est produit, cela peut être un critère pour choisir la provenance des modules.
Le recyclage des modules est possible techniquement. Le cadre en aluminium et le verre sont récupérés, les cellules décapées et fondues pour créer de nouvelles cellules qui produiront à nouveau pendant des décennies, avec un bilan énergétique minimal.
Depuis 2003, l’usine de recyclage de l’entreprise allemande Deutsche Solar, filiale de Solarworld, traite les modules photovoltaïques en fin de vie. Les principaux industriels européens ont créé en 2007 l’association PVCYCLE pour structurer la filière de recyclage des modules photovoltaïques et la mise en place de démarches volontaires de récupération. L’objectif de PVCYCLE est de parvenir à un recyclage de 85 % des modules en fin de vie à l’horizon 2015.
source : www.photovoltaique.info et www.pvcycle.org