Application système photovoltaïque

Un système photovoltaïque convertit le rayonnement solaire en électricité utilisable. Il comprend le panneau solaire et le reste des composants du système. Les systèmes photovoltaïques peuvent être classés selon divers aspects, tels que les systèmes connectés au réseau et les systèmes autonomes, les systèmes intégrés aux bâtiments et les systèmes montés en rack, les systèmes résidentiels par rapport aux utilitaires, les systèmes distribués vs centralisés , systèmes de traçage contre systèmes à inclinaison fixe et nouveaux systèmes construits ou installés. Parmi les autres distinctions, citons les systèmes avec micro-onduleurs et les onduleurs centraux, les systèmes utilisant du silicium cristallin avec la technologie à couches minces et les systèmes avec des modules de fabricants chinois, européens ou américains.

Environ 99% de tous les systèmes d’énergie solaire européens et 90% de tous les systèmes solaires américains sont connectés au réseau électrique, tandis que les systèmes hors réseau sont un peu plus répandus en Australie et en Corée du Sud. Cela pourrait changer rapidement, à mesure que les incitations gouvernementales pour le stockage de l’énergie distribuée sont mises en œuvre et que les investissements dans les solutions de stockage deviennent progressivement économiquement viables pour les petits systèmes. Un système solaire d’un système photovoltaïque résidentiel typique est monté en rack sur le toit, plutôt que d’être intégré dans le toit ou la façade du bâtiment, car cela coûte beaucoup plus cher. Les centrales solaires à échelle industrielle sont montées au sol, avec des panneaux solaires fixes inclinés plutôt que d’utiliser des dispositifs de suivi coûteux. Le silicium cristallin est le matériau prédominant utilisé dans 90% des modules solaires produits dans le monde, tandis que les couches minces concurrentes ont perdu des parts de marché au cours des dernières années.20 Environ 70% des cellules et modules solaires sont fabriqués en Chine et à Taiwan. pourcentage de fabricants européens et américains12. La capacité installée des petits systèmes de toiture et des grandes centrales solaires augmente rapidement et à parts égales, bien qu’il existe une tendance notable vers des systèmes à grande échelle, l’accent étant mis sur les nouvelles installations. Les investisseurs privilégient davantage le passage de l’Europe à des régions plus ensoleillées, telles que la Sunbelt aux États-Unis, qui sont moins opposées aux fermes solaires installées au sol, que la rentabilité.

Grâce aux progrès de la technologie et à l’augmentation de l’échelle et de la sophistication de la fabrication, le coût de l’énergie photovoltaïque diminue continuellement. Plusieurs millions de systèmes photovoltaïques sont distribués dans le monde, principalement en Europe, avec 1,4 million de systèmes en Allemagne et en Amérique du Nord avec 440 000 systèmes aux États-Unis. L’efficacité énergétique d’un module solaire conventionnel est passée de 15 à 20%. Au cours des 10 dernières années, un système PV récupère l’énergie nécessaire à sa fabrication en 2 ans environ.Dans les endroits exceptionnellement irradiés, ou lorsque la technologie des couches minces est utilisée, le temps de récupération de l’énergie diminue à un an ou moins33. Le système de facturation nette et les incitations financières, telles que les tarifs préférentiels beaucoup soutenu installations de systèmes photovoltaïques dans de nombreux pays. Le coût moyen actualisé de l’électricité provenant de systèmes photovoltaïques à grande échelle est devenu compétitif avec les sources d’électricité classiques dans une liste croissante de régions géographiques, et la parité des réseaux a été atteinte dans une trentaine de pays différents.

En 2015, le marché mondial du PV, qui connaissait une croissance rapide, se rapproche rapidement de la marque des 200 GW, soit environ 40 fois la capacité installée de 2006. Les systèmes photovoltaïques contribuent actuellement pour environ 1% à la production d’électricité mondiale. Les principaux installateurs de systèmes PV en termes de capacité sont actuellement la Chine, le Japon et les États-Unis, tandis que la moitié de la capacité mondiale est installée en Europe, l’Allemagne et l’Italie fournissant 7 à 8% de leur consommation électrique domestique respective. L’Agence internationale de l’énergie s’attend à ce que l’énergie solaire devienne la plus grande source d’électricité au monde d’ici 2050, le solaire photovoltaïque et le solaire thermique concentré contribuant respectivement à 16% et 11% de la demande mondiale.

Connexion à la grille
Un système connecté au réseau est connecté à un réseau indépendant plus large (généralement le réseau électrique public) et alimente directement le réseau en énergie. Cette énergie peut être partagée par un bâtiment résidentiel ou commercial avant ou après le point de mesure des recettes.La différence réside dans le fait que la production d’énergie créditée est calculée indépendamment de la consommation d’énergie du client (tarif de rachat) ou uniquement de la différence d’énergie (facturation nette). La taille des systèmes connectés au réseau varie de résidentielle (2 à 10 kWc) aux centrales solaires (jusqu’à 10 MWp). C’est une forme de production d’électricité décentralisée.L’alimentation en électricité du réseau nécessite la transformation du courant continu en courant alternatif par un onduleur de synchronisation spécial. Dans les installations de la taille d’un kilowatt, la tension du système côté CC est aussi élevée que autorisée (généralement 1000 V sauf US résidentiel 600 V) pour limiter les pertes ohmiques. La plupart des modules (60 ou 72 cellules de silicium cristallin) génèrent de 160 à 300 W à 36 volts. Il est parfois nécessaire ou souhaitable de connecter les modules partiellement en parallèle plutôt que tous en série. Un ensemble de modules connectés en série est appelé «chaîne».

D’autres systèmes
Cette section comprend des systèmes hautement spécialisés et peu courants ou encore une nouvelle technologie émergente avec une signification limitée. Cependant, les systèmes autonomes ou hors réseau occupent une place particulière. Ils constituaient le type de système le plus courant dans les années 1980 et 1990, alors que la technologie PV restait très coûteuse et constituait un marché de niche des applications à petite échelle. Seulement dans les endroits où aucun réseau électrique n’était disponible, ils étaient économiquement viables. Bien que de nouveaux systèmes autonomes soient encore déployés dans le monde entier, leur contribution à la capacité photovoltaïque installée est en baisse. En Europe, les systèmes hors réseau représentent 1% de la capacité installée. Aux États-Unis, ils représentent environ 10%. Les systèmes hors réseau sont encore courants en Australie et en Corée du Sud et dans de nombreux pays en développement.

CPV
Les systèmes photovoltaïques à concentrateur (CPV) et les systèmes photovoltaïques à concentrateur élevé (HCPV) utilisent des lentilles optiques ou des miroirs incurvés pour concentrer la lumière du soleil sur des cellules solaires petites mais très efficaces. Outre la concentration de l’optique, les systèmes CPV utilisent parfois des suiveurs solaires et des systèmes de refroidissement et sont plus coûteux.

En particulier, les systèmes HCPV sont les mieux adaptés aux endroits où le rayonnement solaire est élevé, en concentrant la lumière solaire jusqu’à 400 fois ou plus, avec une efficacité de 24 à 28%, supérieure à celle des systèmes ordinaires. Diverses conceptions de systèmes CPV et HCPV sont disponibles dans le commerce mais pas très courantes. Cependant, la recherche et le développement sont en cours.
CPV est souvent confondu avec le CSP (énergie solaire concentrée) qui n’utilise pas le photovoltaïque. Les deux technologies favorisent les emplacements qui reçoivent beaucoup de soleil et sont en concurrence directe les uns avec les autres.

Hybride
Un système hybride combine le PV avec d’autres formes de génération, généralement un générateur diesel. Le biogaz est également utilisé. L’autre forme de génération peut être un type capable de moduler la puissance produite en fonction de la demande. Cependant, plus d’une forme d’énergie renouvelable peut être utilisée, par exemple le vent. La production d’énergie photovoltaïque permet de réduire la consommation de carburant non renouvelable. Les systèmes hybrides se trouvent le plus souvent sur les îles. L’île de Pellworm en Allemagne et l’île de Kythnos en Grèce sont des exemples remarquables (les deux sont combinés avec le vent). L’usine de Kythnos a réduit la consommation de diesel de 11,2%.

En 2015, une étude de cas menée dans sept pays a conclu que, dans tous les cas, les coûts de production peuvent être réduits en hybridant les mini-réseaux et les réseaux isolés. Cependant, les coûts de financement de ces hybrides sont cruciaux et dépendent largement de la structure de propriété de la centrale. Bien que les réductions de coûts pour les services publics appartenant à l’État puissent être importantes, l’étude a également identifié des avantages économiques insignifiants voire négatifs pour les services publics non publics, tels que les producteurs d’électricité indépendants.

Des travaux récents ont également montré que la limite de pénétration PV peut être augmentée en déployant un réseau distribué de systèmes hybrides PV + CHP aux États-Unis. La répartition temporelle des besoins en flux, électricité et chauffage solaires pour les résidences unifamiliales représentatives a été analysée. Les résultats montrent clairement que l’hybridation de la PCH avec le PV peut permettre un déploiement PV supplémentaire au-delà de ce qui est possible avec un système de production électrique centralisé classique. Cette théorie a été reconfirmée avec des simulations numériques utilisant des données de flux solaire par seconde pour déterminer que la sauvegarde de batterie nécessaire pour fournir un tel système hybride est possible avec des systèmes de batterie relativement petits et peu coûteux. De plus, de grands systèmes PV + CHP sont possibles pour les bâtiments institutionnels, qui assurent à nouveau la sauvegarde des PV intermittents et réduisent le temps d’exécution de la cogénération.

Le système PVT (hybride PV / T), également connu sous le nom de capteurs solaires photovoltaïques hybrides, convertit le rayonnement solaire en énergie thermique et électrique. Un tel système combine de manière complémentaire un module solaire (PV) avec un capteur solaire thermique.
Système CPVT. Un système hybride photovoltaïque thermique concentré (CPVT) est similaire à un système PVT. Il utilise le photovoltaïque à concentration (CPV) au lieu de la technologie PV conventionnelle et l’associe à un capteur solaire thermique.
Système CPV / CSP. Un nouveau système hybride solaire CPV / CSP a été proposé récemment, associant le photovoltaïque à concentrateur à la technologie non photovoltaïque à énergie solaire concentrée (CSP), ou encore appelé solaire thermique concentré.
Système diesel photovoltaïque Il associe un système photovoltaïque à un générateur diesel. Les combinaisons avec d’autres énergies renouvelables sont possibles et incluent les éoliennes.

Panneaux solaires flottants
Les panneaux solaires flottants sont des systèmes PV qui flottent à la surface des réservoirs d’eau potable, des lacs de carrière, des canaux d’irrigation ou des bassins de décantation et de résidus.Ces systèmes sont appelés “systèmes photovoltaïques” lorsqu’ils sont utilisés uniquement pour la production d’électricité ou “aquavolta” lorsque ces systèmes sont utilisés pour améliorer de manière synergique l’aquaculture. Un petit nombre de ces systèmes existent en France, en Inde, au Japon, en Corée du Sud, au Royaume-Uni, à Singapour et aux États-Unis.

Les systèmes présenteraient des avantages par rapport au photovoltaïque terrestre. Le coût du terrain est plus élevé et les règles et règlements applicables aux structures construites sur des plans d’eau non utilisés à des fins récréatives sont moins nombreux. Contrairement à la plupart des centrales solaires terrestres, les baies flottantes peuvent être discrètes car elles ne sont pas visibles du public. Ils atteignent des rendements plus élevés que les panneaux photovoltaïques à terre, car l’eau refroidit les panneaux. Les panneaux ont un revêtement spécial pour empêcher la rouille ou la corrosion.

En mai 2008, le Far Niente Winery à Oakville, en Californie, a mis au point le premier système photovoltaïque au monde en installant 994 modules photovoltaïques d’une capacité totale de 477 kW sur 130 pontons et les faisant flotter sur le bassin d’irrigation. Le principal avantage d’un tel système est qu’il évite de devoir sacrifier une superficie de terrain qui pourrait être utilisée à d’autres fins. Dans le cas de la vinerie Far Niente, il a permis d’économiser trois quarts d’acre qui auraient été nécessaires pour un système terrestre. Un autre avantage d’un système photovoltaïque est que les panneaux sont maintenus à une température plus basse qu’ils ne le seraient sur terre, ce qui se traduit par une plus grande efficacité de conversion de l’énergie solaire. Le générateur photovoltaïque flottant réduit également la quantité d’eau perdue par évaporation et inhibe la croissance des algues.

Des fermes photovoltaïques flottantes à l’échelle des services publics commencent à être construites. La multinationale de l’électronique et de la céramique, Kyocera, mettra au point la plus grande ferme au monde, de 13,4 MW, dans le réservoir situé au-dessus du barrage de Yamakura, dans la préfecture de Chiba, en utilisant 50 000 panneaux solaires. Des fermes flottantes résistantes à l’eau salée sont également envisagées pour l’utilisation des océans, avec des expériences en Thaïlande. Le plus grand projet de construction de centrales photovoltaïques annoncé à ce jour est une centrale de 350 MW dans la région amazonienne du Brésil.

Grille de courant continu
Les réseaux à courant continu se trouvent dans les transports électriques: tramways et trolleybus.Quelques usines pilotes pour de telles applications ont été construites, telles que les dépôts de tram à Hanovre Leinhausen, utilisant des contributeurs photovoltaïques et Genève (Bachet de Pesay). Le site de Genève, d’une puissance de 150 kWc, alimente directement le réseau électrique tram / trolleybus à 600V DC, alors qu’en 1999, il fournissait environ 15% de l’électricité.

Autonome
Un système autonome ou hors réseau n’est pas connecté au réseau électrique. Les systèmes autonomes ont des tailles et des applications très variées, allant des montres-bracelets ou des calculatrices aux bâtiments ou engins spatiaux éloignés. Si la charge doit être fournie indépendamment de l’ensoleillement, la puissance générée est stockée et mise en mémoire tampon avec une batterie. Dans les applications non portables où le poids n’est pas un problème, comme dans les bâtiments, les batteries au plomb-acide sont le plus souvent utilisées pour leur faible coût et leur tolérance aux abus.

Un contrôleur de charge peut être incorporé dans le système pour éviter que la batterie ne soit endommagée par une charge ou une décharge excessive. Cela peut également aider à optimiser la production du générateur solaire en utilisant une technique de suivi du point de puissance maximale (MPPT). Cependant, dans les systèmes photovoltaïques simples où la tension du module PV est adaptée à la tension de la batterie, l’utilisation de l’électronique MPPT est généralement considérée comme inutile, car la tension de la batterie est suffisamment stable pour permettre une collecte de puissance quasi maximale du module PV. Dans les petits appareils (par exemple les calculatrices, les horodateurs), seul le courant continu (CC) est consommé. Dans les grands systèmes (par exemple, les bâtiments, les pompes à eau à distance), le CA est généralement requis. Pour convertir le courant continu des modules ou des batteries en courant alternatif, un onduleur est utilisé.

Dans les paramètres agricoles, la matrice peut être utilisée pour alimenter directement les pompes à courant continu, sans avoir recours à un onduleur. Dans les régions éloignées telles que les zones montagneuses, les îles ou d’autres endroits où le réseau électrique n’est pas disponible, les panneaux solaires peuvent être utilisés comme source unique d’électricité, généralement en chargeant une batterie de stockage. Les systèmes autonomes sont étroitement liés à la microgénération et à la production distribuée.

Systèmes PV Pico
Les systèmes photovoltaïques les plus petits, souvent portables, sont appelés systèmes photovoltaïques pico-solaires ou pico solar. Ils combinent principalement une batterie rechargeable et un contrôleur de charge, avec un très petit panneau photovoltaïque. La capacité nominale du panneau est de quelques watts-crête (1 à 10 Wp) et sa superficie est inférieure à un dixième de mètre carré ou à un pied carré. Une large gamme d’applications peut être alimentée par l’énergie solaire: lecteurs de musique, ventilateurs, lampes portables, lampes de sécurité, kits d’éclairage solaire, lampes solaires et lampadaires (voir ci-dessous), chargeurs de téléphone, radios ou même petits écrans LCD de 7 pouces. téléviseurs, qui fonctionnent sur moins de dix watts. Comme c’est le cas pour la production d’énergie à partir de pico hydro, les systèmes pico PV sont utiles dans les petites communautés rurales qui ne nécessitent qu’une faible quantité d’électricité. Étant donné que l’efficacité de nombreux appareils s’est considérablement améliorée, notamment en raison de l’utilisation de lampes LED et de batteries rechargeables efficaces, pico solar est devenu une alternative abordable, en particulier dans les pays en développement. Le préfixe métrique pico- représente un trillionième pour indiquer la petitesse de la puissance électrique du système.

Lampadaires solaires
Les réverbères solaires ont augmenté les sources de lumière qui sont alimentées par des panneaux photovoltaïques généralement montés sur la structure d’éclairage. Le générateur solaire de ce système PV hors réseau charge une batterie rechargeable qui alimente une lampe fluorescente ou à LED pendant la nuit. Les lampadaires solaires sont des systèmes d’alimentation autonomes et présentent l’avantage de réduire les coûts de creusement de tranchées, d’aménagement paysager et de maintenance, ainsi que les factures d’électricité, malgré leur coût initial plus élevé que celui de l’éclairage public classique. Ils sont conçus avec des batteries suffisamment grandes pour assurer un fonctionnement pendant au moins une semaine et, même dans les pires situations, ils ne devraient que faiblir légèrement.

Télécommunication et signalisation
L’énergie solaire photovoltaïque est idéale pour les applications de télécommunication telles que le central téléphonique local, la radiodiffusion et la télévision, les micro-ondes et d’autres formes de liaisons de communication électroniques. En effet, dans la plupart des applications de télécommunication, les batteries de stockage sont déjà utilisées et le système électrique est essentiellement DC. Sur les terrains accidentés et montagneux, les signaux radio et TV ne peuvent pas atteindre car ils sont bloqués ou réfléchis à cause du terrain vallonné. À ces endroits, des émetteurs de faible puissance sont installés pour recevoir et retransmettre le signal destiné à la population locale.

Véhicules solaires
Le véhicule solaire, qu’il soit terrestre, aquatique, aérien ou spatial, peut obtenir une partie ou la totalité de l’énergie nécessaire à son fonctionnement par le soleil. Les véhicules de surface nécessitent généralement des niveaux de puissance plus élevés que ceux pouvant être supportés par un générateur solaire de taille pratique, de sorte qu’une batterie aide à répondre à la demande de puissance maximale, et le générateur solaire le recharge. Les véhicules spatiaux ont utilisé avec succès des systèmes photovoltaïques solaires pendant des années d’exploitation, éliminant ainsi le poids des combustibles ou des batteries primaires.

Pompes solaires
L’une des applications solaires les plus rentables est une pompe à énergie solaire, car il est beaucoup moins onéreux d’acheter un panneau solaire que d’utiliser des lignes électriques. Ils ont souvent besoin d’eau au-delà de la portée des lignes électriques, remplaçant un moulin à vent ou une pompe à vent. Une application courante est le remplissage des réservoirs d’abreuvement du bétail, de sorte que les bovins en pâturage puissent en boire. Un autre est le remplissage de réservoirs de stockage d’eau potable sur des maisons isolées ou autonomes.

Vaisseau spatial
Les panneaux solaires sur les engins spatiaux ont été l’une des premières applications du photovoltaïque depuis le lancement de Vanguard 1 en 1958, le premier satellite à utiliser des cellules solaires. Contrairement à Sputnik, le premier satellite artificiel à orbiter autour de la planète, qui a manqué de batteries en 21 jours en raison de l’absence d’énergie solaire, la plupart des satellites de communication et des sondes spatiales du système solaire intérieur tirer de l’électricité du soleil.

Coûts et économie
Le coût de la production de cellules photovotaïques a diminué en raison des économies d’échelle réalisées dans la production et des progrès technologiques réalisés dans le secteur manufacturier.Pour les installations à grande échelle, des prix inférieurs à 1,00 dollar par watt étaient courants en 2012. Une baisse de prix de 50% avait été réalisée en Europe de 2006 à 2011 et le coût de production pourrait baisser de 50% d’ici 2020. les cellules ont été largement remplacées par des cellules solaires en silicium multicristallin moins coûteuses, et des cellules solaires en silicium en couches minces ont également été développées récemment à des coûts de production moindres.Bien qu’ils réduisent l’efficacité de la conversion d’énergie à partir de «siwafers» monocristallins, ils sont également beaucoup plus faciles à produire à des coûts relativement inférieurs.

Le tableau ci-dessous indique le coût total en cents américains par kWh d’électricité produit par un système photovoltaïque. Les en-têtes de ligne à gauche indiquent le coût total, par kilowatt de pointe (kWp) d’une installation photovoltaïque. Les coûts des systèmes photovoltaïques ont diminué et, par exemple, en Allemagne, ils étaient tombés à 1389 USD / kWc à la fin de 2014. Les titres des colonnes en haut se rapportent à la production annuelle d’énergie en kWh attendue pour chaque kWp installé. Cela varie selon la région géographique car l’insolation moyenne dépend de la nébulosité moyenne et de l’épaisseur de l’atmosphère traversée par la lumière solaire. Cela dépend aussi de la trajectoire du soleil par rapport au panneau et à l’horizon. Les panneaux sont généralement montés selon un angle en fonction de la latitude, et ils sont souvent ajustés de manière saisonnière pour répondre à la déclinaison solaire changeante. La poursuite solaire peut également être utilisée pour accéder à la lumière solaire encore plus perpendiculaire, augmentant ainsi la production totale d’énergie.

Les valeurs calculées dans le tableau reflètent le coût total en cents par kWh produit. Ils assument un coût total en capital de 10% (par exemple un taux d’intérêt de 4%, des coûts d’exploitation et de maintenance de 1% et une dépréciation de la mise de fonds sur 20 ans). Les modules photovoltaïques sont normalement garantis pendant 25 ans.

Coût du kilowattheure généré par un système PV (US ¢ / kWh)
en fonction du rayonnement solaire et du coût d’installation pendant 20 ans de fonctionnement
Installation
coût en
$ par watt
Insolation annuelle générée kilowattheures par kW-capacité installée (kWh / kWp • y)
2400 2200 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800
0,20 $ 0,8 0,9 1.0 1.1 1.3 1.4 1,7 2.0 2,5
0,60 $ 2,5 2.7 3.0 3.3 3.8 4.3 5.0 6,0 7.5
1,00 $ 4.2 4.5 5.0 5.6 6.3 7.1 8.3 10.0 12,5
1,40 $ 5.8 6.4 7.0 7.8 8,8 10.0 11.7 14.0 17,5
1,80 $ 7.5 8.2 9.0 10.0 11.3 12,9 15.0 18,0 22,5
2,20 $ 9.2 10.0 11.0 12.2 13.8 15,7 18.3 22.0 27,5
2,60 $ 10.8 11.8 13,0 14.4 16.3 18.6 21,7 26.0 32,5
3,00 $ 12,5 13.6 15.0 16,7 18,8 21.4 25,0 30,0 37,5
3,40 $ 14.2 15.5 17,0 18,9 21.3 24.3 28.3 34,0 42,5
3,80 $ 15.8 17.3 19.0 21.1 23,8 27,1 31,7 38,0 47,5
4,20 $ 17,5 19,1 21,0 23.3 26.3 30,0 35,0 42,0 52,5
4,60 $ 19.2 20.9 23.0 25,6 28.8 32,9 38,3 46.0 57,5
5,00 $ 20,8 22.7 25,0 27,8 31.3 35,7 41,7 50.0 62,5
Etats-Unis Japon Allemagne Coût et moyenne des systèmes sur le toit insolation appliquée au tableau de données, en 2013

Remarques:

  1. Coût par watt pour le système de toit en 2013: Japon 4,64 $, États-Unis 4,92 $ et Allemagne 2,05 $
  2. Kilowattheure généré par watt-crête installé, basé sur une insolation moyenne pour le Japon (1500 kWh / m² / an), les États-Unis (5,0 à 5,5 kWh / m² / jour) et l’Allemagne (1000 à 1200 kWh / m² / an) .
  3. Une étude réalisée en 2013 par le Fraunhofer ISE conclut que le coût du LCOE pour un petit système PV est de 0,16 dollar (0,12 euro) plutôt que 0,22 dollar par kilowattheure, comme le montre le tableau (Allemagne).

Coût du système 2013
Dans son édition 2014 du rapport “Technology Roadmap: Solar Photovoltaic Energy”, l’Agence internationale de l’énergie (AIE) a publié en 2013 des prix en dollars américains par watt pour les systèmes photovoltaïques résidentiels, commerciaux et utilitaires pour huit grands marchés.

USD / W Australie Chine France Allemagne Italie Japon Royaume-Uni États Unis
Résidentiel 1.8 1,5 4.1 2.4 2.8 4.2 2.8 4.9
Commercial 1,7 1.4 2.7 1.8 1,9 3.6 2.4 4.5
Échelle d’utilité 2.0 1.4 2.2 1.4 1,5 2.9 1,9 3.3
Source : IEA – Feuille de route technologique: rapport sur l’énergie solaire photovoltaïque

Les systèmes photovoltaïques présentent une courbe d’apprentissage en termes de coût de l’électricité nivelé (LCOE), réduisant son coût par kWh de 32,6% pour chaque doublement de la capacité. À partir des données de LCOE et de la capacité installée cumulée de l’Agence internationale pour les énergies renouvelables (IRENA) de 2010 à 2017, l’équation de la courbe d’apprentissage pour les systèmes photovoltaïques est donnée comme suit:

LCOE: coût normalisé de l’électricité (en USD / kWh)
Capacité: capacité installée cumulée des systèmes photovoltaïques (en MW)

Règlement
Standardisation
L’utilisation croissante des systèmes photovoltaïques et l’intégration de l’énergie photovoltaïque dans les structures et techniques existantes d’approvisionnement et de distribution augmentent la valeur des normes et définitions générales pour les composants et systèmes photovoltaïques. Les normes sont compilées à la Commission électrotechnique internationale (CEI) et s’appliquent à l’efficacité, la durabilité et la sécurité des cellules, modules, programmes de simulation, connecteurs et câbles, systèmes de montage, efficacité globale des onduleurs, etc.

Planification et permis
Alors que l’article 690 du National Electric Code fournit des directives générales pour l’installation de systèmes photovoltaïques, ces directives peuvent être remplacées par les lois et réglementations locales. Un permis est souvent requis, ce qui nécessite la soumission de plans et des calculs structurels avant le début des travaux. En outre, de nombreux environnements requièrent que le travail soit effectué sous la supervision d’un électricien agréé. Vérifiez auprès de l’autorité compétente locale (AHJ) de la ville / du comté pour vous assurer de la conformité avec les lois ou règlements applicables.

Aux États-Unis, l’autorité compétente (AHJ) examinera les conceptions et délivrera les permis avant que la construction ne puisse commencer légalement. Les pratiques d’installation électrique doivent être conformes aux normes énoncées dans le National Electrical Code (NEC) et inspectées par l’AHJ pour garantir la conformité au code du bâtiment, au code électrique et au code de sécurité incendie. Les juridictions peuvent exiger que l’équipement ait été testé, certifié, répertorié et étiqueté par au moins un des laboratoires d’essais reconnus au niveau national (NRTL). En dépit du processus d’installation compliqué, une liste récente d’entrepreneurs solaires montre que la majorité des entreprises d’installation ont été fondées depuis 2000.

Réglementations nationales

Royaume-Uni
Au Royaume-Uni, les installations photovoltaïques sont généralement considérées comme des développements autorisés et ne nécessitent pas de permis de construire. Si la propriété est répertoriée ou dans une zone désignée (parc national, zone de beauté naturelle exceptionnelle, site présentant un intérêt scientifique particulier ou Norfolk Broads), un permis de construire est requis.

États Unis
Aux États-Unis, de nombreuses localités nécessitent un permis pour installer un système photovoltaïque. Un système en réseau nécessite normalement qu’un électricien agréé établisse la connexion entre le système et le câblage du bâtiment raccordé au réseau. Les installateurs répondant à ces critères sont situés dans presque tous les États. L’État de Californie interdit aux associations de propriétaires de restreindre les dispositifs solaires.

Espagne
Bien que l’Espagne génère environ 40% de son électricité via le photovoltaïque et d’autres sources d’énergie renouvelables, et que des villes comme Huelva et Séville disposent de près de 3 000 heures de soleil par an, l’Espagne a émis une taxe solaire pour le gouvernement espagnol. Ceux qui ne se connectent pas au réseau peuvent se voir infliger une amende de 30 millions d’euros (40 millions de dollars).

Limites

Pollution et énergie dans la production photovoltaïque
Le PV est une méthode bien connue de production d’électricité propre et sans émission. Les systèmes photovoltaïques sont souvent constitués de modules PV et d’onduleurs (changeant de courant continu en courant alternatif). Les modules photovoltaïques sont principalement constitués de cellules photovoltaïques, ce qui n’a aucune différence fondamentale avec le matériau utilisé pour la fabrication des puces informatiques. Le processus de production de cellules photovoltaïques (puces informatiques) consomme beaucoup d’énergie et implique des produits chimiques toxiques hautement toxiques et environnementaux. Il existe peu d’usines de fabrication photovoltaïques dans le monde produisant des modules photovoltaïques à base d’énergie produite à partir de PV. Cette mesure réduit considérablement l’empreinte carbone au cours du processus de fabrication. La gestion des produits chimiques utilisés dans le processus de fabrication est soumise aux lois et réglementations locales des usines.

Impact sur le réseau électrique
Avec les niveaux croissants de systèmes photovoltaïques sur toit, le flux d’énergie devient bidirectionnel. Lorsqu’il y a plus de production locale que de consommation, l’électricité est exportée vers le réseau. Cependant, le réseau électrique n’est traditionnellement pas conçu pour gérer le transfert d’énergie bidirectionnel. Par conséquent, certains problèmes techniques peuvent survenir.Par exemple, dans le Queensland, en Australie, à la fin de 2017, plus de 30% des ménages possédaient un système photovoltaïque sur toit. La célèbre courbe californienne du canard 2020 apparaît très souvent pour de nombreuses communautés à partir de 2015. Un problème de surtension peut survenir à mesure que l’électricité circule de ces ménages photovoltaïques vers le réseau. Il existe des solutions pour gérer le problème de surtension, comme la régulation du facteur de puissance des onduleurs PV, de nouveaux équipements de contrôle de la tension et de l’énergie au niveau du distributeur électrique, les conducteurs électriques, la gestion de la demande, etc. ces solutions.

Implication dans la gestion de la facture d’électricité et l’investissement énergétique
Il n’y a pas de solution miracle dans la gestion de la demande en électricité ou en énergie, car les clients (sites) ont des situations spécifiques différentes, par exemple différents besoins de confort / commodité, différents tarifs d’électricité ou différents modes d’utilisation. Le tarif de l’électricité peut comporter quelques éléments, tels que l’accès journalier et les frais de comptage, la charge énergétique (en kWh, MWh) ou la demande de pointe (par exemple, la consommation d’énergie la plus élevée sur un mois). La PV est une option prometteuse pour réduire la charge énergétique lorsque le prix de l’électricité est raisonnablement élevé et en augmentation constante, comme en Australie et en Allemagne. Toutefois, pour les sites où la demande de pointe est en vigueur, le PV peut être moins attrayant si la demande de pointe survient surtout en fin d’après-midi ou en début de soirée, par exemple dans les communautés résidentielles. Globalement, l’investissement énergétique est en grande partie une décision économique et il est préférable de prendre des décisions d’investissement en procédant à une évaluation systématique des options en matière d’amélioration opérationnelle, d’efficacité énergétique, de production sur site et de stockage d’énergie.