Panneaux solaires voltaïques
On a pu jusqu’à maintenant évaluer l’énergie
électrique E produite annuellement en kWh par ses panneaux sans faire
appel aux structures associées à notre Environnement (RGE). De nouvelles technologies
qui améliorent considérablement la production d’énergie électrique sont en
passe de se mettre en place.
Dans l’immédiat et
avec les technologies actuelles on peut utiliser 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 carte SUN à la carte ECODEM
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 (131 kWh/m2)
Une autre façon de raisonner
est en train de prendre place qui estime que selon l’ensoleillement du
lieu où se situe le panneau dans le monde l’installation voltaïque individuelle de 1 kWc peut produire
entre 900 et 1400 kWh/an.
À l'échelle d'une collectivité la
quantité d'énergie développée sur une année par des panneaux voltaïques
développant une puissance crête de 1 000 kW est comprise entre 900 000 et 1 400 000 MWh selon son emplacement et suffit
au besoin de 1000 individus.
Avec
sa population voisine de 1 million d'habitant la ville de Marseille pourrait
avantageusement tirer profit de son généreux ensoleillement.
Production française
La France est en retard par rapport aux autres pays européens en ce qui
concerne le voltaïque. Elle produit paradoxalement environ deux fois plus
d'électricité dite verte avec l'éolien qu'avec le voltaïque alors que ce
devrait être l'inverse. La création d’une filiale « SNCF
renouvelables » qui ambitionne de produire dès 2030 autant d’électricité
qu’un réacteur nucléaire grâce à un investissement d’un milliard d’€ dans le
voltaïque pourrait toutefois commencer à remettre la France sur des rails. Ceci
pour notre plus grand bien vu que le prix de mise en œuvre d’un réacteur
nucléaire de puissance comparable est sensiblement 8 fois plus important et son
temps de fabrication environ trois fois plus long (25 ans)
On a du mal à comprendre quels sont quantitativement les objectifs visés
lorsque faisant suite au 1er vote du triptyque
renouvelable-nucléaire-synthèse prévu le pendant le premier semestre 2023
notre président et la presse raisonne en puissance en fixant comme objectif de
dépasser les 100 GW en ce qui concerne le voltaïque (plus 40 GW pour l'éolien
en mer) en 2050. On sait qu’un GW c'est un million de kW mais s'agit-il de GWc. (gigawatt crête)? Ces
incertitudes vont heureusement être levées depuis l’arrivée en France du couple
Barnier Macron en ce qui concerne le mode de production de l’énergie
électrique avec un constat : ce sera probablement la cohabitation plutôt
que la collaboration entre les deux hommes. Avec l’arrivée du nouveau premier
ministre on peut heureusement espérer, vu le potentiel et les avantages
qu'offre le voltaïque, que le projet de construction de 11 centrales nucléaires
de 1000 mégawatt sera drastiquement revu à la baisse.
Production à l’international
Aux
Indes, les centrales électriques d’énergie renouvelable côté solaire voltaïque
sont, avec un accroissement annuel actuel proche de 20% construites à un rythme effréné. Côté vent la progression est
peut-être moindre mais selon
les chiffres du gouvernement indien serait passée, au cours de
la dernière décennie de 76 GW à 203 GW
Outre le fait que la sécurité routière serait améliorée lorsqu'il
pleut l'Académie universitaire chinoise estime que si toutes les
autoroutes du monde étaient équipées de toits photovoltaïques, la production
mondiale annuelle électrique pourrait atteindre 17 580 TWh (terrawattheures),
soit, vu que nous sommes sensiblement 7 milliards d'individus sur terre et
qu'un TWh équivaut à 109 kWh une quantité annuelle
d'énergie pour chacun d'entre nous sensiblement égale à 2500 kWh ((17 500
x 1 000 000 000) / 7 000 000 000) correspondant sensiblement à ce qui pourrait
être le nouveau
besoin de l'habitat si nous vivions dans un monde moins
énergivore (voir la page 41)
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 électriques à
courant continu à vitesse variable. Ce type de moteur existe déjà dans
l’industrie. Pour exemple la société OILGEAR spécialisée dans les
systèmes électrohydrauliques a subi la concurrence de ce type de moteur dans
les machines sidérurgiques de coupe à la volée.
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
Il s’agit cette fois du Monde et
non de la France. 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. 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.
Les panneaux solaires ne sont pas toujours rajoutés sur une
toiture existante. Ceci dans la mesure où ils peuvent constituer la toiture
elle-même. On parle alors de panneaux solaires intégrés (BIPV où Building
Integrated PhotoVoltaïque) ayant des performances
plus importantes
Immeuble sur l’ile de Taiwan avec panneaux solaires intégrés
Surface panneaux 4000 m2…émettant.250 kWh au m2
*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.