Panneaux solaires voltaïques

Courant continu – courant alternatif

Il faut en premier comprendre que les panneaux solaires voltaïques délivrent du courant continu alors que les réseaux électriques actuels sont des réseaux qui délivrent du courant alternatif (à la fréquence de 60 Hz aux USA et de 50 Hz en Europe). Un organe important, l’onduleur, assure la transformation continu > alternatif de telle sorte que l’énergie délivrée par le panneau puisse alimenter le réseau. Ceci également de telle sorte que l’électricité produite par les panneaux voltaïques puisse être autoconsommée sur place par le propriétaire des panneaux la plupart des « moteurs » électriques existant sur le marché étant des moteurs à courant alternatif. Concernant les coûts, l’évolution vers le haut du prix de revient de l’électricité d’origine nucléaire comparativement à celui de l’électricité solaire qui évolue régulièrement à la baisse, va faire que dans un avenir relativement proche les constructeurs vont s’orienter vers la génération voltaïque de l’électricité. Il n’est même pas impossible qu’à plus long terme la France s’implique dans la création de composants utilisant directement le courant continu délivré par les panneaux. Ceci par exemple de telle sorte que le compresseur des pompes à chaleur soit entraîné par des moteurs à courant continu à vitesse variable.

Source EDF et cours des comptes

Le tarif conventionnel de l’énergie électrique pour les particuliers est encore calculé en France sur la base du prix de revient de l’énergie électrique d’origine nucléaire. La complexité de la chaîne énergétique utilisant le nucléaire pour produire l’électricité fait que le prix de vente à l’utilisateur français augmente sensiblement de 5% par an en France alors qu’il est déjà très élevé (15 /MWh ou 15 cts d’ kWh). Ceci alors que le prix de revient de l’électricité solaire diminue régulièrement. Nous avons déjà passé en 2021 la croisée des chemins ce qui explique. Alors que l’Allemagne vient de réaliser qu’elle en a fait un peu trop avec l’éolien, la France ferait bien de prendre en compte qu’elle n’en a pas fait assez avec le voltaïque.

Voir à ce sujet les dernières pages du fichier sur les méthodes de production de l’électricité

A close up of a map

Description automatically generated

Il s’agit cette fois du Monde et non de la Fance. On remarque ce qui est logique que l’augmentation mondial de la production électrique solaire et le « temps qui passe » diminue assez régulièrement le prix de revient du kWh électrique

 

Le calcul de la production annuelle des panneaux voltaïque est parfois basé sur une production à puissance constante optimum. Ceci en liaison avec une puissance crête qui serait constante et s'établirait sur une période limitée à 1000 heures. Dans la pratique la puissance de sortie du panneau solaire est très dépendante de la saison (Voir page 614). Ce raisonnement un peu abrupt pourrait consister à dire sans autre forme de procès que les installations individuelles les plus courantes étant de 1,5 à 3 kWc, leur production est respectivement pour chacune de ces deux surfaces de 1500 et 3000 kWh.

Lorsque l’on tente de définir la production à partir de la surface des panneaux en évaluant celle-ci en fonction de leur surface il faut connaître la correspondance entre la puissance crête et la surface des panneaux. Si la puissance crête définie au contrat est de 3kWc avec une production annuelle de 3000 kWh et que la surface des panneaux correspondante est de 20m² leur production annuelle est « tout simplement » de 3000/20=150 kWh/m². 

 

Le raisonnement pourrait conduire l’utilisateur à être trop dépendant des constructeurs en ce qui concerne l’évaluation de la performance attendue. Il est aussi possible d’évalue dans un premier temps l’énergie électrique E produite annuellement en kWh par ses panneaux sans faire appel dans un premier temps aux structures Reconnues Garantes de l’Environnement (RGE).

Ceci  à partir de la formule suivante :

 

E = S x r x H x Cp

Avec :
S   surface du panneau solaire en m²
r    rendement du panneau voltaïque * (environ 14% avec les technologies actuelles)
H   ensoleillement optimum sur la surface inclinée en kWh/m²/an selon la région
(voir carte ci-dessous pour l’hexagone et la Corse)

Cp  coefficient de perte (compris entre 0,9 et …très faible) une valeur fréquente étant 0,75. Dans ce coefficient est inclus :

-         les pertes dans l’onduleur (environ 12%),

-         la diminution de performance due à l’orientation et à l’inclinaison du panneau (0 à 55%). Ceci par rapport à l’orientation idéale vers le sud avec 30° d’inclinaison,

-         l’influence de la température du panneau** sur ses performances (température optimum 25°C)

Source Ademe  (Accès à la dernière carte SUN)

Exemple
Energie électrique produite annuellement par un panneau voltaïque de 20 m² avec r = 14% installé en région parisienne avec
H = 1250 kWh/m²/an et un coefficient de perte de 0,75

E = 20 x 0,14 x 1250 x 0,75 = 2 625 kWh

*Le rendement des cellules photovoltaïques à base de silicium peut varier dans la pratique selon la société SUN du simple au triple.

Les cellules photovoltaïques à base de silicium amorphe fonctionnent avec un éclairement relativement faible ou diffus, sont un peu moins chères et ont un rendement faible compris entre 5 à 7%.

Les cellules à base de silicium polycristallin sont d’un aspect bleu non uniforme, ont un rendement de 14 à 18%.

Enfin, celles à base de silicium monocristallin sont d’une couleur bleu uniforme et bénéficient du meilleur rendement possible qui est compris entre 18 à 24%.
On cherche à réduire l’épaisseur de silicium purifiée à 0,1 mm pour baisser les prix.

 

**Selon la société SUN, l’onduleur, qui converti le courant continu délivré par le panneau en courant alternatif peut contrôler la puissance électrique délivrée pour qu’elle soit conforme au besoin.
Cela sous-entend que si le besoin est inférieur à la puissance délivrée par le panneau il s’en suit un échauffement du panneau !
Cette remarque met en évidence l’importance de l’autoconsommation et à terme du stockage de l’énergie électrique grâce à la « Solar Water Economy » de l’hydrogène en liaison avec celle de l’enthalpie.