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LE PHOTOVOLTAIQUE

Mise au point:
" Il n'y a pas assez de soleil chez nous ! " Les gens se demandent souvent si dans une région froide, on peut parler d'Énergie solaire. Ils seront surpris d'apprendre que le potentiel solaire du Québec, par exemple, équivaut et même dépasse celui de certaines régions d'Europe (Espagne, France) ou des Etats-unis (Californie) . L'explication de ce phénomène est fort simple: le potentiel solaire ne dépend pas de la température mais de l'ensoleillement.
Sur une base annuelle et malgré son climat froid, le nombre des journées ensoleillées au Québec est assez important. De plus, le photovoltaïque marche aussi par temps couvert et à la lumière diffuse.

Autre mythe:
Il faut des surfaces trop importantes pour que l'énergie solaire puisse satisfaire les besoins de la société moderne. En éliminant le gaspillage, un ménage de quatre personnes en Europe peut couvrir ses besoins avec 10 - 20 m² de panneaux photovoltaïque. Si la superficie de l'île de Manhattan dans la ville de New York était couverte de panneaux photovoltaiques, on pourrait satisfaire l'ensemble des besoins des Etats-Unis!

Les avantages:
Le rayonnement solaire constitue une source d'énergie gratuite et non polluante. Les végétaux en tirent leur énergie. C'est grâce à la lumière, que par photosynthèse, ils fabriquent des molécules combustibles. Elle peut même se transformer en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque, découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel.
Quand les photons heurtent certains matériaux, comme le silicium, ils délogent et mettent en mouvement les electrons qui le composent, créant ainsi un courant électrique. Le rendement de conversion peut atteindre 30% (alors qu'il n'est que de 1% pour la photosynthèse).
Aujourd'hui, l'énergie solaire est entrée dans sa phase de maturité. Elle offre une réponse particulièrement bien adaptée aux pays en voie de développement.

Quatre atouts majeurs militent en sa faveur:
1 - autonomie et indépendance énergétique
2 - facilité d'emploi et d'exploitation
3 - modularité et extension facile des générateurs
4 - investissements raisonnables

Le photovoltaïque est une technologie qui a fait ses preuves:
Elle existe et fonctionne déjà de façon fiable dans toutes les parties du monde.
L'électricité est produite entièrement silencieusement, et le matériel nécéssaire ne nécessite que très peu d'entretien, il est simple et fiable. On peut produire le courant là où l'on en a besoin, de façon décentralisée, nous le répétons sans investissements gigantesques et sans mesures de sécurité draconiennes contrairement au nucléaire.

La centrale photovoltaïque:
Il suffit de quelques mois pour construire une centrale photovoltaïque, alors qu'il faut une dizaine d'années, voire plus pour réaliser un projet de centrale conventionelle.
Les panneaux photovoltaïques sont idéaux pour de petites installations et ils ont une longue durée de vie (30 ans).
On élimine les frais (et les risques) de transport associés avec le pétrole, le charbon, l'uranium et le plutonium.Enfin, Le prix du photovoltaïque a baissé de 90% en 10 ans !

Et ce n'est pas fini !
Plus qu'une alternative, l'énergie solaire est une solution à grande échelle. La moitié de la population mondiale est située à l'écart des réseaux électriques et le restera probablement longtemps encore, notamment dans les régions faiblement peuplées. En Inde, par exemple, seule une personne sur quatre a l'électricité. Dans les pays industrialisés, certaines zones isolées, montagneuses, par exemple sont également coupées du réseau traditionnel. On utilise souvent des groupes électrogènes comme seule source d'énergie là où le courant n'est pas disponible, mais ce sont des sources de bruit et d'émissions malordorantes qui tombent souvent en panne.
Le solaire est très intéressant dans de tels cas, même si on doit utiliser un générateur pour dépanner - production d'énergie silencieuse - pas de frais de transport - nettement moins d'entretien - on peut agrandir plus facilement (un générateur doit être remplacé) - l'on évite le gaspillage d'un générateur qui doit marcher à plein régime pour une ampoule - on ne dépend pas de livraisons dans les régions très isolées.
Plus qu'une alternative technologique, l'énergie solaire photovoltaïque constitue bien souvent la seule possibilité d'électrification de ces sites.
On peut facilement les installer sur des toits et sur des façades bien exposés au soleil (sans ombres) orientés du sud-ouest au sud-est, même sur des bâtiments existants. ainsi, les panneaux photovoltaiques livrent de l'électricité solaire au réseau d'électricité public automatiquement . De nombreux particuliers gèrent déjà leur générateur photovoltaique privé...

Couplage / Stockage:
Conçus à partir du silicium, comme nous l'avons vu, (le même matériaux qui sert à fabriquer les composants de nos appareils électroniques), des panneaux permettent de transformer directement le rayonnement solaire en courant électrique basse tension, qui peut être stocké et transformé, comme pour les éoliennes avec lesquelles il est possible de faire un couplage.
La présence du vent et du soleil étant souvent complémentaires, l'éolienne et les photopiles pourront débiter dans les mêmes batteries de stockage, le courant stocké sera ensuite utilisé directement par des appareils basse tension ou converti en courant alternatif 220V par un onduleur. Différents types de matériaux sont proposés dans le commerce, et il faudra prendre en compte la puissance fournie et pas simplement la surface de captage. Le rendement est de l'ordre de 10% ce qui signifie qu'avec 10m2 de capteurs, la puissance fournie sera de 1 KW.
Le dimensionnement des installations doit cependant se faire en fonction de la quantité d'énergie consommée par jour (qui s'exprime en kilowatt.heure) et non en fonction de la puissance maximale appelée. Mis à part les cas d'utilisations ponctuelles (usage de vacances seul…) ou des cas de faibles besoins (recharge d'une batterie…), l'usage de photopiles seules pour la production d'électricité permet très difficilement l'autonomie complète d'une maison d'habitation, à moins d'accepter un mode de vie économe et d'avoir des appareils électroménagers eux aussi économes, d'où l'intérêt du couplage avec l'éolien.

Rendement:
Le silicium amorphe qu'on trouve le plus souvent dans les petits produits de consommation comme les calculatrices, les montres etc Un mètre carré de panneaux solaires peut produire jusqu'à 150 watts de puissance. Ils fonctionnent même par temps couvert avec une lumière diffuse, mais pas avec la même puissance. Les panneaux photovoltaïques ont une tension qui reste plus ou moins stable quelles que soient les conditions météo. (Un panneau de 12 Volts donnera toujours 12 Volts même dans des conditions météo extrêment défavorables), alors que le courant et la puissance vont varier.

La variable la plus importante à prendre en compte dans la planification d'une installation photovoltaïque sera le rendement en puissance.

Le rendement en puissance dépendra essentiellment de quatre facteurs:
1 - La puissance maximale du panneau ( en watt-crête)
2 - L'intensité de l'ensoleillement
3 - Le nombre d'heures d'exposition au soleil
4 - L'angle d'exposition au soleil

Il est toujours préférable d'orienter les panneaux plein sud avec l'angle d'incidence idéale pour la latitude et l'époque de l'année. (N.B. Le sud magnétique indiqué par une boussole se trouve à 16° à l'ouest du vrai sud.)
Les rayons devraient être perpendiculaires aux panneaux solaires.
L'idéal en Europe c'est un toit orienté sud avec une pente entre 40 et 60 degrés, ou encore mieux, un toit (ou une surface) plat sur lequel on peut orienter les panneaux à son gré.
Une belle couche de neige est la bienvenue pendant les mois d'hiver puisqu'elle peut augmenter la lumière diffuse de façon importante !

Les installations autonomes:
La production individuelle d'électricité peut être subventionnée par la communauté européenne dans le cadre du projet Phebus.
Le principe est d'avoir une installation de production électrique photovoltaïque couplée directement au réseau EDF 220V par un compteur réversible. Lorsque vous produisez plus d'énergie que vous n'en consommez, le surplus est injecté sur le réseau EDF et le compteur tourne à l'envers (vous devenez créditeur), lorsque vous produisez moins que ce que vous consommez, votre compteur tourne à l'endroit (vous devenez débiteur).
Au final, vous payez chaque mois la différence entre ce que vous avez consommé et ce que vous avez produit. Si vous avez un solde créditeur, vous aurez (en général) un avoir à reporter sur le mois suivant, mais cela semble être au bon vouloir de agences locales EDF. Les installations mises en œuvre sont en moyenne de 10m2 de capteurs, ce qui représente une puissance de 1kw et une productivité de 900 à 1200 kwh/an.
L'ordre de grandeur de l'investissement est de 40 KF (compte tenu de la subvention européenne) et les panneaux sont garantis 20 ans.
Certaines régions assurent un financement complémentaire de l'ordre de 15KF. Le gros avantage du système Phebus couplé au réseau EDF est l'absence de batteries de stockage (qui restent chères et doivent être remplacées régulièrement) puisque c'est le réseau lui même qui fait office de stockage.

Le compteur réversible et l'onduleur associé sont un matériel très particulier et il vous faudra obligatoirement passer par une association Phebus pour réaliser une installation et pour obtenir les subventions.
En dehors de ce système, il existe peu d'installations autonomes qui n'ont pas besoin de stocker de l'énergie. Une batterie s'impose dans la majorité des cas.
La batterie est le composant le plus vulnérable d'une installation autonome et elle coûte extrêment cher dans le prix global. Une batterie dont on prend bien soin peut durer jusqu'à cinq ans.
Comparez avec les 20-30 ans de fiabilité d'un panneau solaire! En gros, il faut toujours veiller à ce que les batteries à plomb ne soient jamais surchargées ou trop déchargées.
Dans la plupart des cas, il faut utiliser un petit appareil qui s'appelle un "régulateur de charge" qui protège la batterie en réduisant le courant de charge selon l'état de la batterie L'électricité produite par les panneaux PV est du courant continu (CC), en général du 12 volts.
On peut trouver un très grand nombre d'appareils qui fonctionnent avec du "CC," mais si vous choissisez d'utiliser des appareils conventionels qui fonctionnent sur le secteur, il vous faudra un "onduleur" qui transforme le courant continu à 12 volts en courant alterné (CA) à 220 volts pour l'Europe (110 V aux Etats-Unis).
En cas de besoins exceptionnels ou pendant les longues périodes peu ensoleillées (hiver), on peut avoir recours à un générateur dont on ne se servira qu'occasionellement pour dépanner.

Dans une maison privée de l'électricité du réseau, il coûtera bien moins cher de planifier une installation sans considérer les besoins des machines très gourmandes qui ne sont utilisées que de temps en temps (machine à laver, outils de construction) ou pour des périodes exceptionelles (des invités pour les fêtes de fin d'année).

Chauffage:
L'énergie solaire active utilise des capteurs plans pour concentrer la chaleur de la lumière pour chauffer un liquide. Quiconque a bu l'eau d'un tuyau d'arrosage exposé au soleil, ou est monté en été dans une voiture brûlante comprend de quoi il s'agit.
L'essentiel, c'est de "piéger" cette chaleur en créant un petit "effet de serre."
Les installations les plus simples de ce type chauffent l'eau pour les besoins en eau chaude des ménages. Cette technique permet aussi de chauffer une maison en faisant circuler l'eau chaude dans les mursou sous le plancher (le plancher solaire direct ou PSD).

Les photopiles:
Les photopiles de la technologie photovoltaïque n'ont rien à voir avec l'énergie solaire thermique. Elles n'utilisent pas la chaleur, mais transforment l'énergie des photons directement en électricité grâce à des cellules solaires (ou photopiles) qui sont fabriqués avec des matériaux semi-conducteurs comme les "puces" de l'informatique. Le secteur du bâtiment est propice à ce type de démarche pour plusieurs raisons. Techniquement, des surfaces importantes (toitures, murs) peuvent être utilisées pour le captage solaire ; économiquement, les surcoûts peuvent être réduits (voire nuls),en utilisant en même temps, par exemple, des matériaux isolants et transparents qui permettent de capter le rayonnement avec un minimum de pertes thermiques.

Sans entrer dans des calculs complexes, nous pouvons exprimer les objectifs suivants:
Le nombre d'heures d'ensoleillement est plus élevé dans le sud que dans le nord ce qui fait que vous pourrez par exemple couvrir 70% de vos besoins en chauffage dans le sud alors que dans le nord vous ne couvrirez que 40% de vos besoins, mais les besoins sont eux complètement différents. Là où il faut de 6 à 8 mois de chauffage dans le nord, il n'en faut que 2 à 3 mois dans le sud. La quantité d'énergie que vous économisez dans le nord est donc de 40% d'une longue période de chauffage, ce qui représente plus que les 70% d'une petite période de chauffage que vous économisez dans le sud.

Les pays d'Europe du nord ne s'y sont pas trompés, ce sont eux qui développent le plus le chauffage solaire.