Technologies et applications

L’utilisation de cellules photovoltaïques rend possible la transformation directe des rayons du soleil en énergie électrique. L’énergie produite par les rayonnements est séparée dans les cellules photovoltaïques
en charges positives et négatives, qui peuvent être utilisées aux deux pôles des cellules comme une batterie. Un certain nombre de cellules PV (par ex. 48) sont reliées électriquement dans un panneau solaire. Ainsi au même titre que le panneau solaire est le cœur d’une installation solaire, la cellule est le cœur d’un panneau solaire.

Plus de 90 % des cellules PV utilisées dans le monde sont composées de silicium cristallin, qui a fait ses preuves depuis de nombreuses années déjà. Les technologies à couche mince jouent un rôle de plus en plus important étant donné que les coûts des matériaux nécessaires à leur fabrication sont relativement faibles, et qu’elles présentent une surface plus homogène, ainsi que d’autres propriétés opérationnelles que celles offertes par les cellules PV cristallines. Certes, la chute des prix du silicium solaire cristallin depuis 2009 a nettement réduit la différence de prix entre les modules cristallins et les modules à couche mince.

Toutefois, la technologie à couche mince, en tant qu’extension des possibilités d’utilisation du photovoltaïque, est très prometteuse. Ceci vaut également pour les technologies qui en sont encore au stade de la recherche et des expérimentations, telles que le photovoltaïque organique (PVO), qui s’inspire des processus de photosynthèse que l’on rencontre dans la nature. Le niveau de performance des cellules à couche mince est pour l’instant légèrement inférieur à celui des panneaux PV standards, nécessitant de ce fait une surface d’installation plus importante pour un rendement équivalent. Au moment de porter son choix sur des panneaux photovoltaïques précis, il convient de réfléchir non seulement aux coûts de ces derniers (prix au kilowatt), mais également aux coûts de performance, c.-à-d. le nombre de kilowattheures produits (« prix de revient »). Les installations exposées à des rayonnements directs élevés voient se décupler la rentabilité de l’investissement engagé.

On assiste aujourd’hui à une forte croissance mondiale des installations photovoltaïques couplées au réseau, dont l’électricité photovoltaïque transformée par un onduleur est réinjectée dans le réseau électrique public sous forme de courant alternatif. Il existe différentes classes de puissance pour les installations photovoltaïques couplées au réseau : de la petite installation sur des habitations d’une puissance pouvant atteindre par ex. 1 kWp (kilowatt crête), aux grandes installations de plein air d’une puissance > 100 MWp (mégawatt crête), en passant par une surface photovoltaïque d’env. 10 mètres carrés. Les petites installations d’une puissance nominale courante de 3 – 4 kWp peuvent parfaitement être intégrées à des bâtiments existants. Les installations de taille intermédiaire allant d’env. 30 kWp à 100 kWp sont fréquemment implantées sur les hangars d’usine, bâtiments accueillant des bureaux, bâtiments agricoles, écoles, mairies ou autres bâtiments publics. Il existe également, de manière isolée, des installations sur toiture se situant dans une plage de puissance de l’ordre des mégawatts. Les installations de grande taille, dont la puissance s’établit entre 1 et 60 MW, sont toutefois construites, en règle générale, en tant qu’installations au sol.

Les installations photovoltaïques offrent par ailleurs la possibilité d’utiliser l’électricité en marge du réseau électrique existant. Une telle utilisation à côté du réseau existant (off-grid) permet d’économiser les coûts d’équipement élevés pour la construction de réseaux de transfert et de distribution. De plus des installations solaires avec système de batterie intégré peuvent être utilisées, en tant que systèmes de back-up, pour seconder l’approvisionnement dans les régions où les pannes d’électricité sont fréquentes. La variante la plus simple de l’utilisation off-grid consiste à utiliser immédiatement le courant continu produit pour exploiter des appareils électriques. Il est également possible d’utiliser le photovoltaïque pour alimenter des systèmes autarciques éloignés du réseau. Les petits réseaux décentralisés, appelés « mini centrales », peuvent approvisionner en électricité des bâtiments isolés voire même plusieurs bourgades. Pour être alimentée par l’intermédiaire d’une mini centrale, l’électricité doit préalablement être transformée en courant alternatif à l’aide d’un onduleur.

Pour garantir un approvisionnement électrique suffisant, même lorsque les rayons du soleil sont trop faibles, il est conseillé d’équiper les mini-centrales d’un dispositif de stockage (par ex. une batterie). Une variante confortable et bon marché sur le long terme consiste à associer des installations photovoltaïques, hydrauliques et éoliennes, ainsi que des générateurs électriques fonctionnant au diesel ou au biocarburant (systèmes hybrides). Grâce aux installations PV isolées, il est également possible, selon les circonstances, d’économiser sur les carburants nécessaires à la production d’électricité (par ex. le diesel) et qui, dans les zones rurales, doivent être transportés sur de longues distances.