Panneaux solaires voltaïques

Il est possible d’évalue dans un premier temps l’énergie électrique E produite annuellement en kWh par ses panneaux sans faire appel 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 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 1^er 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)?

En France, mieux ensoleillée que la Belgique mais moins que l'Espagne, une installation d’1 kWc produit en moyenne 1000 kWh par an en conditions optimales (contre 900 kWh en Belgique et 1 250 kWh en Espagne)

Si l’on raisonne en GWc cela équivaut sensiblement en 2050, une échéance bien éloignée, à la production annuelle de 11 centrales nucléaires de 1000 mégawatt ce qui est certes loin d'être négligeable mais bien faible par rapport au potentiel qu'offre le voltaïque

(voltaïque en kWh : 1 000 x 100 000 000 kWh alors que nucléaire : une CN de 1000 MW en supposant qu'elle fonctionne en permanence produit à l'année 1 000 x 1000 x 8760 kWh.

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.