Photovoltaïque

 

Cellule photovoltaïque

Composant électronique généralement constitué de semi-conducteurs principalement à base de silicium (Si) qui produit de l'électricité lorsqu'il est exposé à la lumière (effet photovoltaïque). La cellule photovoltaïque est composée d'une fine plaque de 125 mm² ou de 156 mm² et de deux collecteurs permettant le raccordement électrique des cellules photovoltaïques. Son épaisseur est de l'ordre du dixième de millimètre. La cellule photovoltaïque est un générateur électrique élémentaire qui transforme directement l'énergie solaire en électricité. Les cellules photovoltaïques sont généralement regroupées dans des panneaux solaires photovoltaïques.

Compteur

Le compteur est l'équipement qui permet de mesurer l'énergie consommée ou produite. Ils sont de deux types :

  1. Les compteurs électromécaniques (le comptage s'effecte à partir de cercles chiffrés)
  2. Les compteurs électroniques Les compteurs électriques sont monophasés ou triphasés (cela dépend de la nature du branchement électrique).

Les compteurs monophasés sont raccordés par 2 fils, les compteurs triphasés sont quant à eux reliés par 3 (triphasé) ou 4 fils (tétraphasé). Une installation photovoltaïque requiert un compteur de production qui mesure la production de l'installation. La production prise en compte est égale à la production moins la consommation (très faible) de l'installation.

Courant alternatif

Egalement appelé courant AC (" Alternating Current " en anglais). Courant électrique représenté par une sinusoïdale et dont le sens change périodiquement. Il est notamment caractérisé par sa fréquence exprimée en hertz (Hz).

Courant continu

Egalement appelé courant DC (" Direct Current " en anglais). Courant électrique dû au mouvement de charges électriques qui circulent toujours dans une même direction.

Développement durable

Cette notion est apparue en 1987 dans un rapport de la Commission mondiale sur l'environnement présidée par Gro Harlem Brundtlan. Elle y est définie comme " un développement qui répond aux besoins des générations du présent sans compromettre la capacité des générations futures à répondre aux leurs ".

Effet photovoltaïque

L'effet photovoltaïque est obtenu par absortion des photons dans un matériau semi-conducteur. Les photons absorbés arrachent des électrons chargés négativement, créant au passage des " trous " (ou trou d'électron) chargés positivement. Les électrons et les trous se dirigent chacun vers une face opposée du matériau créant ainsi une différence de potentiel entre les deux faces. L'effet photovoltaïque permet la conversion de l'énergie solaire (photons) en énergie électrique (électrons). La quantité d'énergie électrique produite est proportionnelle à l'intensité de la source lumineuse.

Electricité photovoltaïque

Il s'agit de l'électricité produite à l'aide de cellules photovoltaïques. Le courant photovoltaïque est un courant continu.

Empreinte écologique

L'empreinte écologique est un indicateur chiffré qui rend compte de l'impact de l'activité humaine sur l'environnement. Elle mesure la superficie de terres cultivées pour assurer à un individu la production des ressources énergétiques et alimentaires dont il dispose et pour absorber les déchets qu'il génère. Cette surface est exprimée en hectares globaux (hag). Un hectare global est un hectare ayant la capacité de production de ressources et d'absorption de déchets correspondant à la moyenne mondiale. Cette surface virtuelle aide à mieux comprendre que l'humanité consomme actuellement au-delà des ressources disponibles. La biocapacité disponible par personne en 2006 était de 1,8 hag, alors que l'empreinte écologique d'un homme moyen était au même moment de 2,6 hag. Le dépassement était donc de 40 % à ce moment-là.

Energie photovoltaïque

Elle désigne l'énergie récupérée par des panneaux solaires photovoltaïques et transformée en électricité.

Energie positive

Un bâtiment à énergie positive est un bâtiment qui produit plus d'énergie qu'il n'en consomme pour son fonctionnement.

Energie solaire

C'est l'énergie transmise par le soleil sous forme de lumière. C'est une énergie renouvelable et totalement non polluante. L'énergie solaire est exploitable de plusieurs façons :

  1. Directement pour s'éclairer (fenêtres, puits de lumière) et se chauffer.
  2. En utilisant des installations solaires photovoltaïques (production d'électricité)
  3. En utilisant des installations solaires thermiques basse température (production d'eau chaude et de chaleur).
  4. En utilisant des installations solaires thermiques haute température (production d'électricité).

Energie verte

Une énergie propre ou énergie verte est une source d'énergie dont l'exploitation produit une quantité faible de polluants. Le concept d'énergie propre est distinct de celui d'énergie renouvelable.

Energies renouvelables

Les énergies renouvelables sont des énergies inépuisables, elles se constituent ou se reconstituent plus rapidement qu'elles ne sont utilisées. Les énergies renouvelables sont de cinq types :

  1. L'énergie solaire fournie par le soleil
  2. L'énergie éolienne fournie le vent
  3. L'énergie hydraulique fournie par les chutes d'eau et les marées
  4. La biomasse fournie par la croissance des végétaux (photosynthèse)
  5. La géothermie fournie par la chaleur de la terre

Elles sont aujourd'hui sous-exploitées par rapport à leur potentiel (elles couvrent seulement 20 % de la consommation mondiale d'électricité). L'utilisation des énergies renouvelables contribue à lutter contre l'effet de serre en réduisant notamment les rejets de gaz carbonique dans l'atmosphère. En développement dans le monde entier, les énergies renouvelables permettent de gérer de façon intelligente les ressources locales et de créer des emplois.

Gaz à effet de serre

Les gaz à effet de serre sont des composants gazeux contenus dans l'atmosphère qui absorbent le rayonnement infrarouge émis par la surface terrestre et contribuent à l'effet de serre et au réchauffement climatique. Les émissions de CO2, dues à la consommation de combustibles fossiles, représentent la part la plus importante (plus des deux tiers) des émissions de gaz à effet de serre imputables aux activités humaines. Le protocole de Kyoto a donné la marche à suivre pour faire baisser ces émissions :

  1. Le remplacement, notamment pour la production d'électricité, du pétrole et du charbon par du gaz (qui génère moins de CO2).
  2. Une nette diminution de la consommation d'énergie dans l'ensemble des usages (industrie, résidentiel, tertiaire et transport).
  3. L'adoption de modes de vie plus sobres en énergie.

Gestionnaires de Réseau de Distribution (GRD)

Organismes en charge de la construction, de l'entretien et de la gestion du réseau de distribution électrique. Le Gestionnaire de Réseau de Distribution dans votre commune.

Installation solaire photovoltaïque

Les installations photovoltaïques produisent de l'électricité à partir de la lumière du soleil. Elles alimentent des sites isolés (habitations, entreprises, …) ou le réseau électrique (centrales photovolaïques). Elles sont principalement composées de panneaux solaires photovoltaïques qui produisent du courant continu et d'un onduleur qui converti le courant continu en courant alternatif.

Installation solaire thermique basse température

Les installations solaires thermiques basse température produisent de l'eau chaude sanitaire et peuvent également être utilisées pour le chauffage (idéalement par le sol). Plusieurs dizaines de millions de m² de capteurs sont installés dans le monde.

Installation solaire thermique haute température

Les installations solaires thermiques haute température produisent de l'électricité par vapeur interposée. Quelques grandes centrales de ce type existent dans le monde.

Irradiation solaire

Quantité d'énergie solaire reçue par une surface et exprimée en kWh/m². Elle est définie par la somme de trois composantes :

  1. Irradiation directe (provenant directement du soleil)
  2. Irradiation diffuse (diffusée par l'atmosphère)
  3. Irradiation réfléchie (en particulier par le sol dont le coefficient de réflexion est appelé " albedo ").

Kilowatt crête (kWc)

La puissance crête d'une installation photovoltaïque correspond à la puissance électrique délivrée par cette installation dans des conditions standards :

  1. Un ensoleillement (ou irradiance) de 1000 W/m²
  2. Une température des panneaux de 25°C
  3. Un air masse optique (AM) correspondant à AM1,5 (cela correspond sensiblement au zénith du soleil au début avril)

Pour la Belgique, la puissance crête correspond plus ou moins à la puissance maximale. Exemple : Un module de 250 Wc produira une puissance électrique de 250 W si on le place dans les conditions standards détaillées ci-dessus.

Kilowatt heure (kWh)

Le kilowatt-heure est une unité de mesure d'énergie correspondant à l'énergie consommée par un appareil d'une puissance de 1 kilowatt (1000 watts) qui a fonctionné pendant une heure (1 kilowatt x 1 heure = 1 kilowatt-heure). Il s'agit d'une unité pratique de mesure qui équivaut à 3,6 mégajoules. Exemple : une lampe de 60 watts consommera 60 Wh si elle reste allumée pendant une heure et 60 kWh si elle reste allumée pendant 1000 heures.

Ombrage

Un ombrage sur les capteurs photovoltaïques entraîne une perte de production. Cette perte de production sera d'autant plus élevée que la taille et la densité de l'obstacle est importante. Il est nécessaire d'estimer cette perte avant de poser des panneaux photovoltaïques.

On distingue deux types d'ombrage :

  1. L'ombrage partiel qui empêche les rayons directs d'atteindre la cellule photovoltaïque (bâtiment, arbre, cheminée, …)
  2. L'ombrage total qui empêche tout rayon d'atteindre la cellule photovoltaïque (branche cassée, saleté de toute nature, …)

Au niveau des panneaux, les cellules photovoltaïques sont connectées en série. La cellule la plus faible va donc limiter la puissance des autres cellules. L'ombrage total d'une rangée de cellules peut ainsi réduire la puissance du module photovoltaïque à zéro. Cependant, les panneaux photovoltaïques sont aujourd'hui équipés de diodes by-pass qui permettent de limiter l'impact d'une ombre sur une partie du panneau (les diodes by-pass divisent le panneau en zones pouvant être désactivées en présence d'ombrage et réactivées lorsque l'ombrage disparait). Par exemple, pour un panneau équipé de 3 diodes by-pass, si une ombre affecte une cellule alors la série de cellules branchée sur la même diode by-pass est court-circuitée et le reste du panneau continue de produire (la perte de puissance est limitée au tiers de la puissance du panneau). Au niveau de l'installation, les panneaux photovoltaïques sont connectés en séries appelées " chaîne " (ou " string " en anglais), c'est le panneau qui produit le moins qui définit la performance de la " chaîne " de panneaux.

Onduleur

Un onduleur permet de normaliser l'électricité photovoltaïque produite. Il transforme le courant continu produit par les installations photovoltaïques en courant alternatif qui peut ensuite être réinjecté sur le réseau de distribution électrique.

Panneaux photovoltaïques amorphes

Les panneaux photovoltaïques amorphes ont un rendement deux fois moins important que les panneaux photovoltaïques polycristallins mais ils sont plus actifs dans le diffus et sont moins chers. Leur utilisation est peu répendue car ils nécessitent de grandes surfaces et beaucoup de main d'œuvre.

Panneaux photovoltaïques en intégration

L'installation photovoltaïque est incorporée dans la toiture du bâtiment, les panneaux photovoltaïques remplacent directement les éléments de couverture de la toiture (les tuiles par exemple). L'étanchéité de la toiture est donc assurée uniquement par les panneaux photovoltaïques.

Panneaux photovoltaïques en semi-intégration

L'installation photovoltaïque est incorporée dans la toiture du bâtiment, les panneaux photovoltaïques associés à d'autres composants remplacent les éléments de couverture de la toiture (les tuiles par exemple). L'étanchéité de la toiture est donc assurée par l'association des panneaux photovoltaïques et d'un composant étanche.

Panneaux photovoltaïques monocristallins

Les panneaux photovoltaïques monocristallins présentent les rendements les plus élevés. Leur fabrication est relativement complexe, ce qui se traduit par un prix au kWc plutôt élevé.

Panneaux photovoltaïques polycristallins

Les panneaux photovoltaïques polycristallins présentent un excellent rapport qualité/prix. Leur fabrication est relativement simple, ce qui se traduit par un prix au kWc plutôt avantageux.

Panneaux solaires

Appareil utilisant la lumière du soleil pour produire de l'énergie électrique ou de la chaleur (énergie thermique) afin de réchauffer l'intérieur des bâtiments ou de l'eau. Les panneaux solaires sont considérés comme une des sources d'énergie les plus propres. On distingue deux technologies utilisées :

  1. les panneaux solaires photovoltaïques (production d'électricité)
  2. les panneaux solaires thermiques (procuction de chaleur)

Panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques (ou modules photovoltaïques) captent l'énergie du soleil afin de produire de l'électricité. Un panneau photovoltaïque est un capteur composé de cellules photovoltaïques dont le nombre varie selon les générations de panneaux (entre 60 et 72 sur les panneaux actuellement proposés sur le marché). La quantité d'électricité produite dépend de la puissance du panneau exprimée en Watt crête (Wc), de l'ensoleillement et de son rendement (la quantité d'énergie qu'il peut capter). Le capteur le plus répandu est le panneau rectangulaire posé sur toiture ou au sol sur structure. Mais d'autres capteurs sont désormais présents sur le marché : ardoises, tuiles, ….

Panneaux solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques (ou capteurs solaires thermiques) ne produisent pas d'électricité mais captent l'énergie du soleil afin de produire de l'eau chaude sanitaire et du chauffage.

Photon

Le nom photon vient du grec et signifie "lumière". Le photon est la particule associée aux ondes électromagnétiques, la lumière étant un exemple d'onde électromagnétique.

Photovoltaïque

Le photovoltaïque est une technologie permettant de convertir l'énergie solaire (photons) en énergie électrique par l'intermédiaire de cellules photovoltaïques assemblées en modules appelés panneaux photovoltaïques.

Point de Puissance Maximum

Egalement appelé MPP (" Maximum Power Point " en anglais). Pour un éclairement donné, c'est le régime de fonctionnement pour lequel un module photovoltaïque fournit le maximum de puissance (point sur la caractéristique U-I). Les onduleurs disposent d'un dispositif de suivi de ce point (" MPP tracker " en anglais) pour maximiser la quantité d'énergie produite.

Protocole de Kyoto

Le protocole de Kyoto a été ouvert à ratification le 16 mars 1998, et est entré en vigueur en février 2005. Il a été ratifié à ce jour par 172 pays à l'exception notable des États-Unis. Tous les pays membres de la convention climat ont pour objectif de stabiliser les concentrations de gaz à effet de serre dans l'atmosphère à un niveau qui empêche toute perturbation dangereuse du système climatique. Ils se sont collectivement engagés à prendre des mesures de précaution pour prévoir, prévenir ou atténuer les causes des changements climatiques et en limiter les effets néfastes. Concrètement, tous les pays ont l'obligation de publier des inventaires de leurs émissions de gaz à effet de serre, d'établir, de mettre en œuvre et de publier des programmes nationaux contenant des mesures visant à atténuer les changements climatiques. Le protocole de Kyoto propose un calendrier de réduction des émissions des 6 gaz à effet de serre qui sont considérés comme la cause principale du réchauffement climatique des cinquante dernières années. Il comporte des engagements absolus de réduction des émissions pour 38 pays industrialisés, avec une réduction globale de 5,2 % des émissions de dioxyde de carbone d'ici 2012 par rapport aux émissions de 1990.

Puissance

Le watt (W) est l'unité de puissance. Un watt est la puissance d'un système dans lequel une énergie de 1 joule est transférée uniformément en 1 seconde. C'est cette unité qui est attribuée aux générateurs d'énergie (moteurs, chaudières, etc.).

Remarques :

  • 1 watt est une quantité d'énergie de 1 joule pendant 1 seconde.
  • 1 kW-heure (ou kWh) ne représente pas une puissance mais une énergie de 1000 W pendant 1 heure.

Puissance crête

La puissance crête est la puissance délivrée par un module photovoltaïque sous de bonnes conditions d'ensoleillement et d'orientation. Elle s'exprime en watt-crête (Wc).

PV Cycle

PV Cycle est une association fondée en 2007, qui a mis en place un programme volontaire de reprise et de recyclage des panneaux photovoltaïques. Basée à Brusselles, PV Cycle compte en janvier 2012 plus de 240 membres et possède 205 points de collecte de panneaux photovoltaïques, accessibles aux 27 Etats membres de l'Union Européenne et aux pays membres de la zone AELE. A travers les actions de PV CYCLE, l'industrie du photovoltaïque s'assure que les solutions mises en place aujourd'hui pour répondre aux défis du changement climatique ne posent pas de problème de gestion des déchets pour les générations futures.

Rayonnement diffus

Le rayonnement diffus se manifeste lorsque le rayonnement solaire direct se disperse dans les nuages et les particules atmosphériques. Il provient de l'ensemble de l'atmosphère et dépend de sa composition.

Rayonnement direct

Le rayonnement direct est le rayonnement solaire atteignant directement la surface terrestre depuis le soleil. Il dépend de l'épaisseur de l'atmosphère que la radiation solaire doit traverser et de l'inclination des rayons par rapport au sol.

Rayonnement réfléchi

Il s'agit du rayonnement réfléchi par le sol.

Rayonnement global

Le rayonnement global est l'énergie rayonnante totale du soleil qui atteint une surface horizontale à la surface de la Terre au cours d'une seconde. Il est d'environ 1.000 W/m² pour un rayonnement solaire vertical. Le rayonnement global s'obtient en ajoutant trois types de rayonnement :

  1. le rayonnement direct
  2. le rayonnement diffus
  3. et le rayonnement réfléchi

Si on considère la situation géographique et l'ensemble des heures d'ensoleillement par an, on obtient le montant de l'énergie rayonnée annuellement. La technologie photovoltaïque tire parti des trois types de rayonnement.

Rendement européen

Rendement pondéré d'un onduleur pour différentes puissances d'entrée (ensoleillements). Cette grandeur, adoptée par les principaux fabricants permet de comparer l'efficacité des onduleurs de marques différentes. Cette caractéristique est donnée par la formule : ?euro = 0,03 x ?5% + 0,06 x ?10% + 0,13 x ?20% + 0,1 x ?30% + 0,48 x ?50% + 0,2 x ?100% avec ?xx% indiquant les rendements mesurés à xx% de la puissance nominale de l'onduleur.

Semi-conducteur

Un semi-conducteur est un corps non cristallin non conducteur à l'état pur mais susceptible de conduire de l'électricité suite à un traitement spécifique (dopage). Ce traitement est utilisé dans le cas du silicium qui est à la base des cellules photovoltaïques qui constituent les panneaux photovoltaïques. Le silicium est le matériau semi-conducteur le plus utilisé commercialement, du fait de ses bonnes propriétés, de son abondance naturelle et de son coût de mise en œuvre économique.

Silicium (Si)

Semi-conducteur abondamment présent sur la croûte terrestre et dans le sable. Il est utilisé dans le photovoltaïque sous trois formes : monocrystallin, polycrystallin et amorphe. Le silicium est utilisé dans la cellule photovoltaïque (constituant des panneaux photovoltaïques) sous forme ultra pure. C'est le deuxième élément le plus courant de la croûte terrestre et composant principal du sable. Le silicium ne se rencontre jamais pur, mais sous forme de composés : la silice, le dioxyde de silicium (SiO2), les silicates, …. Ses propriétés semi-conductrices ont permis l'apparition des transistors et des circuits intégrés.

Temps de retour énergétique

Temps de production nécessaire pour que l'installation produise autant d'énergie qu'il en a fallu pour la produire.

Wafer

Le wafer est un terme désignant une fine tranche d'un matériau semi-conducteur comme le silicium. Il prend généralement la forme d'un disque et peut prendre différentes tailles depuis 1 pouce (25 mm environ) jusqu'à 300 mm pour une épaisseur de 0,7 mm en moyenne. Le wafer est équipé d'une grille de connexion afin de collecter le courant photovoltaïque (parties métalliques visibles sur les cellules des panneaux photovoltaïques).

Watt crête (Wc)

Le watt-crête (symbole Wc ou Wp pour Watt peak en aglais) est l'unité de mesure de puissance d'un panneau photovoltaïque. Le watt-crête est obtenu par des tests effectués en laboratoire aux conditions suivantes :

  1. un ensoleillement (une irradiance) de 1000 W/m2
  2. une température des modules de 25 °C
  3. une répartition spectrale du rayonnement dit AM 1,5

Le watt-crête permet de comparer les panneaux entre eux et d'indiquer la taille d'une installation photovotaïque.