L'énergie photovoltaïque, comment ça marche ?

L’émergence des énergies renouvelables a accompagné l’exploitation du soleil, mais comment fonctionne l’énergie photovoltaïque et comment parvient-elle jusqu’à chez vous ?

Le soleil, cette boule incandescente qui occupe notre ciel et autour de laquelle ont tourné, tournent et tourneront (littéralement et littéralement) pratiquement toutes les cultures humaines qui ont existé. Une vénération culturelle et religieuse qui, loin d’être bannie par une humanité de moins en moins mystique, se transforme en exploitation scientifique par le biais de l’énergie. Et le fait est que cette étoile de 4,603 milliards d’années – à peine adulte comparée à l’âge des autres étoiles – est vitale pour la vie sur Terre (nous ne pensons pas qu’il soit nécessaire d’expliquer pourquoi à ce stade), mais aussi pour la production d’une énergie propre, durable et inépuisable : le photovoltaïque. Ainsi, en quelques décennies seulement, nous sommes passés d’une vie dos au soleil – d’un point de vue énergétique – à une véritable fièvre photovoltaïque, où nous avons commencé à exploiter le potentiel de notre roi soleil pour produire de l’électricité. Mais vous êtes-vous déjà demandé comment fonctionne l’énergie solaire photovoltaïque ? Eh bien, aujourd’hui, nous allons vous éclairer. Mettez de la crème solaire, on commence.

La première chose à faire, et la plus importante, est peut-être de clarifier ce qu’est l’énergie solaire photovoltaïque. Ce type d’énergie est obtenu en convertissant le rayonnement solaire en électricité grâce à l’effet photoélectrique. Il consiste en l’émission d’électrons (qui deviendront plus tard de l’électricité) suite à l’impact d’un rayonnement électromagnétique sur un matériau, en l’occurrence les cellules photovoltaïques situées à la surface des panneaux photovoltaïques, quelles que soient leur taille et leur technologie. Ceux-ci, à leur tour, sont constitués d’une série de couches de matériaux semi-conducteurs électriques, qu’il s’agisse de silicium ou d’autres matériaux, recouvertes d’une couche vitreuse qui laisse passer le rayonnement solaire et minimise les pertes d’énergie. Bien que le rendement maximal actuel soit de 20 % dans les installations les plus avancées, les rayons solaires restant à l’intérieur sont ainsi « piégés » dans le panneau photovoltaïque grâce à la génération d’un champ électrique qui traverse un circuit électrique traversant l’installation.

Nous avons désormais nos chers rayons solaires, dont l’intensité déterminera, dans les limites de capacité de notre installation, la puissance que nous pourrons produire, piégés dans notre circuit électrique grâce à la « magie » de la science. Il est maintenant temps de les convertir en énergie électrique utilisable.

À mesure que les photons « piégés » libèrent des électrons, ils génèrent de plus en plus d’électricité à travers le circuit du panneau photovoltaïque, qui ne peut pas utiliser tous les électrons générés et les redirige vers le panneau dit négatif pour qu’ils puissent y revenir ultérieurement. Ainsi, ce processus cyclique permet la production de ce que nous connaissons comme le courant continu, qui est stocké dans des batteries pour être ensuite converti en courant alternatif (celui que nous consommons à la maison) grâce au travail du deuxième grand protagoniste de notre explication : les onduleurs de tension.

Comment fonctionne l’énergie photovoltaïque ?

Ces onduleurs sont essentiels, car sans eux, il nous serait impossible de profiter de l’énergie solaire photovoltaïque. Ainsi, le travail de ces appareils équivaut au courant énergétique que l’on peut trouver dans n’importe quelle prise de courant d’une maison grâce au passage du courant continu au courant alternatif. L’explication de cette nécessité d’inverser le courant est que le courant continu, comme son nom l’indique, offre un flux régulier qui circule de manière unidirectionnelle, tandis que le courant alternatif fonctionne grâce à une puissance et une direction qui changent constamment avec différents intervalles qui forment des pics et des creux de puissance. De cette façon, les onduleurs changent constamment le sens du courant continu en courant alternatif ; ainsi nous pouvons en profiter pour notre usage domestique, car il est beaucoup plus facile d’adapter la tension spécifique de nos appareils au courant alternatif.

L’énergie solaire et sa contribution globale

Eh bien, c’est à ce moment que, pour continuer avec l’explication, nous devons nous arrêter sur les types d’installations photovoltaïques qui existent. Fondamentalement, nous pouvons les diviser en deux grands groupes :

• Installations photovoltaïques connectées au réseau électrique
• Installations photovoltaïques non connectées au réseau électrique

Examinons les différences de fonctionnement et les autres éléments qui entrent en jeu pour garantir leur utilisation.

Installations solaires photovoltaïques connectées au réseau électrique

Ces types d’installations, qu’il s’agisse d’autoconsommation (celles que nous installons dans nos maisons privées pour nous approvisionner en énergie « gratuite ») ou d’une installation centrale (une grande installation qui produit de l’énergie solaire photovoltaïque et la distribue à différents consommateurs), sont interconnectées au grand réseau électrique ; permettant de se nourrir de ses excédents (en cas d’autoconsommation) et de sa production (en cas de centrales électriques).

Installations solaires photovoltaïques non connectées au réseau électrique

Cette deuxième classification est la moins courante, mais très présente dans des domaines comme l’agriculture, ainsi que dans les zones reculées ou difficiles d’accès. Il s’agit d’installations fonctionnant en « îlots énergétiques » pour répondre à la demande énergétique d’installations autonomes. Ainsi, ces types d’installations photovoltaïques, beaucoup plus simples à utiliser puisqu’elles ne nécessitent pas d’appareillage de commutation supplémentaire puisqu’elles ne sont pas connectées au réseau électrique principal, peuvent servir de générateurs d’énergie électrique pour l’éclairage, pour les systèmes d’irrigation des plantations ou en complément d’autres systèmes de production tels que les générateurs diesel.

Pour ce faire, et en revenant au point où l’énergie a déjà traversé le panneau solaire et est stockée en toute sécurité dans notre batterie, ces installations nécessitent un autre élément supplémentaire qui les différencie en termes de fonctionnement : les régulateurs. Cet élément fonctionne essentiellement comme un système de protection de la batterie contre les surcharges électriques ou d’éventuelles utilisations inefficaces ou irresponsables de l’énergie stockée. Ainsi, les batteries, bien protégées, déversent l’énergie dans le réseau électrique autonome (câblage et installation domestique, agricole ou industrielle), qui l’utilise. C’est aussi simple que ça.

Énergie photovoltaïque : durable et économique

Jusqu’à très récemment, le débat sur l’énergie photovoltaïque, comme sur d’autres sources d’énergie renouvelables, était intense. Les nuages ​​qui menaçaient de couvrir le « ciel photovoltaïque » ensoleillé n’étaient autres que des doutes sur sa viabilité même en tant que source d’énergie. Comme toute technologie, le photovoltaïque a payé le prix fort de coûts supplémentaires dans sa phase initiale, qu’il a réussi à surmonter après plusieurs années de démonstration de sa polyvalence grâce à sa maturité technologique et à une baisse soutenue des coûts d’installation.

Ainsi, il y a tout juste deux ans, une étape importante a été franchie dans l’histoire de l’énergie solaire photovoltaïque lorsque l’ Agence internationale de l’énergie (AIE) a publié son rapport annuel sur l’énergie 2020 (World Energy Outlook), dans lequel elle a jugé que l’énergie solaire est non seulement compétitive et efficace, mais aussi « l’électricité la moins chère de l’histoire » ; c’est quelque chose. La clé de cela est le coût du capital pour les projets d’énergie solaire, qui permet de produire de l’énergie solaire à un prix inférieur à 20 $ par mégawattheure et, pour cette raison, devient l’une des raisons pour lesquelles les entités de financement considèrent favorablement l’apport de capitaux pour promouvoir de nouveaux projets solaires compte tenu de sa rentabilité élevée.

Aujourd’hui, la capacité de production d’énergie photovoltaïque a atteint la barrière psychologique des 1 000 GW grâce à la contribution d’un excellent parcours 2021 au cours duquel 168 GW de capacité ont été ajoutés au réseau électrique mondial. Ceci est confirmé par le rapport Global Market Outlook for Solar Power de SolarPower Europe, qui souligne également que c’est la neuvième année consécutive que le secteur photovoltaïque bat son record annuel d’installations. Une tendance qui devrait se répéter en 2022, où les prévisions indiquent que les installations solaires dépasseront pour la première fois les 200 GW.