Auteur : lmee
Date de création : 25-01-2011
Le photovoltaïque
Énergie photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie produite à partir du rayonnement solaire qui fait partie des énergies renouvelables. La cellule photovoltaïque est un composant électronique qui est la base des installations produisant cette énergie. Cette installation produit de l'électricité qui peut être consommée sur place ou alimenter un réseau de distribution.
Histoire du photovoltaïque
Effet Photovoltaïque
Découvert en 1839 par Alexandre Edmond Becquerel, l'effet photovoltaïque permet la transformation de l'énergie lumineuse en électricité. En 1905, Albert Einstein publie un article sur le potentiel de production d'électricité à partir de la lumière du soleil. Ce document explore l'effet photovoltaïque, technologie sur laquelle est fondée le panneau solaire. Les premières applications ont lieu dès les années 60 avec l'équipement de satellites spatiaux (L'énergie solaire est parfaite car c'est une source d'énergie constante pour les satellites en orbite). L'industrie spatiale mis beaucoup de fonds dans le développement des panneaux solaires. C'était la première utilisation importante de la technologie solaire.
Puis à partir de 1970, les premières utilisations terrestres ont concerné l'électrification des sites isolés.
Panneaux photovoltaïques
En 1913, William Coblentz a posé le premier brevet pour une cellule solaire, mais il ne pourra jamais la faire fonctionner. En 1916, Robert Millikan a été le premier à produire de l'électricité avec une cellule solaire. Pendant les quarante années suivantes, personne ne fit beaucoup de progrès en énergie solaire car les cellules photovoltaïques avaient un trop mauvais rendement pour transformer la lumière du soleil en énergie.
Le premier panneau solaire a été construit en 1954 par les laboratoires Bell. Il a été appelé batterie solaire mais c'était juste un effet d'annonce car il était trop coûteux à produire. Grâce à l'espace, les panneaux solaires ont prouvé leur fiabilité.
L'énergie solaire a eu un second élan au cours de la crise de l'énergie dans les années 1970. Quand le prix du pétrole a augmenté de façon spectaculaire, les panneaux solaires photovoltaïques ont commencé à être utilisé pour la première fois dans les maisons. Depuis les panneaux solaires se sont développés lentement.
L'énergie solaire est de nouveau en pleine essor car on prévoit une pénurie de pétrole prochaine, on se préoccupe du réchauffement de la planète et les prix de l'énergie n'ont jamais été aussi hauts.
Quelle sorte de panneau?
Les panneaux photovoltaïques sont faits majoritairement en silicium, qui est un matériaux semi-conducteur, ce qui est essentiel pour l'effet photovltaïque. La robustesse des panneaux photovoltaïques et l'absence de pièces en mouvement fait que la durée de vie est très grande (>20ans).
Il existe plusieurs techniques de modules solaires photovoltaïques :
• Les modules solaires monocristallins : ils possèdent un meilleur rendement au m², et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints. Le coût, plus élevé que celui d'une autre installation de même puissance, contrarie le développement de cette technique.
• Les modules solaires multicristallins : actuellement c'est le meilleur rapport qualité/prix et les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans), et peuvent être fabriqués à partir de déchets de l'électronique.
• Les modules solaires amorphes : ces modules auront un bon avenir car ils peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, ce qui nécessite plus de surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m² installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules
Quelle production cela offre-t-il?
Au cours d'une journée, même sans nuage, la production électrique du panneau varie en permanence en fonction de la position du soleil et n'est à son maximum que pendant un bref passage au plein midi.C'est l'un des plus forts potentiels de production d'électricité propre pour l'habitat. La production journalière est d'environ 10kWh et 1 m² de panneaux exposés en plein soleil reçoivent 1 kW (1 000 watts).
Par exemple, pour une installation domestique de 3 kW produisant 3 000 kWh/an, et ayant coûté 6 €/W, le kWh coûte 58 centimes ; le prix descend à 40 centimes si on obtient 4 500 kWh/an (zone bien ensoleillée, comme en Corse par exemple) et monte à 72 centimes si la production n'est que 2 500 kWh/an (zone moins ensoleillée : nord de la France, Belgique).
Comment ça marche?
Les panneaux de cellules photovoltaïques captent les rayons du soleil et les transforment en énergie électrique.
L'électricité produite par ces panneaux arrive à un contrôleur de charge, dont la fonction est de gérer l'entrée et la sortie d'énergie.
Comme la production d'électricité est directement liée à l'intensité de la lumière solaire on utilise la plupart du temps une batterie d'accumulateurs qui sera chargée pendant la journée et servira de tampon .Ces accumulateurs stockent l'énergie produite, assurent l'autonomie électrique de nombreux sites (hors chauffage et eau chaude) et sécurisent les usages sensibles (micro-informatique) = pas de coupures.
L'onduleur transforme le courant continu en électricité compatible avec les usages communs.(230V, 50Hz).
Le réseau électrique doit tout de même être relié à un système extérieur ( EDF) pour parvenir aux besoins énergétiques en cas de dysfonctionnement des panneaux solaires ou dans le cas où ils n'ont pas produit assez lors de la journée.
Explication technique
Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un «trou ». Normalement, l'électron trouve rapidement un trou pour se replacer, et l'énergie apportée par le photon est ainsi dissipée. Le principe d'une cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau au lieu de se recombiner simplement en son sein : ainsi, il apparaîtra une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces, comme dans une pile. Cela s'appelle la jonction PN, N étant le couche possédant le plus d'électron ( N pour négatif), et P celle qui en possède le moins( P pour négatif).
Schéma d'une plaque de silicium
Quel prix?
Il faut environ 1,5 m² par personne sachant que 1m²=1000€.
Le prix est compensé en moins de 2 ans. Des aides financières d'environ 900€ sont possibles.
Il est aussi possible de revendre l'électricité produite à EDF, à un prix environ de 50 centimes le KW/h.
Attention, à compter du 1er Janvier 2012, et au 1er Janvier de chaque année suivante, les tarifs d’achat seront réduit de 10% par rapport au tarif de l’année précédente.
Démarches administratives
Si vous souhaitez installer et exploiter un système photovoltaïque en France, sachez que les démarches administratives sont longues et complexes, pour les producteurs. La durée minimale est d’environ 6 mois.
Les démarches administratives sont nécessaire pour l’obtention de deux contrats :
Contrat de raccordement : Il permet d’injecter de la production photovoltaïque sur le réseau.
Contrat d'achat : C’est grâce à ce contrat qu’EDF ou les régies locales, peuvent vous acheter l’électricité produite aux tarifs actuellement en vigueur.
Quelles conditions ?
Il faut évaluer la production photovoltaïque annuelle, la surface disponible, l'ensoleillement, l'orientation, l'azimut, la puissance des capteurs et le taux de couverture électrique, avant de poser les panneaux solaires à votre domicile.
Conclusion
En conclusion, nous pouvons dire que la création d'une maison économe en énergie requiert une grosse préparation, il faut bien établir les plans selon le site choisi et bien l'isoler pour éviter d'énormes dépenses énergétiques, et surtout faire des prévisions au niveau financier pour ne pas être dans l'incapacité de finaliser les travaux. Nous avons pu voir aussi que l'éolien n'était pas un moyen rentable pour la production d'électricité à la maison et que les panneaux solaires sont bien plus adaptés.
Nous remercions les professeurs qui nous ont accompagnés pour l'élaboration de ce TPE, ainsi que notre documentaliste qui nous a aidé à perfectionner nos méthodes de recherches, pour parvenir à trouver des informations se trouvant dans un domaine bien particulier.
http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM23/RM23D/RM23D06.html
http://www.wikipédia.com
http://f5zv.pagesperso-orange.fr/RADIO/RM/RM27/RM27c01.html
http://www.energies-solaires.org/index.php/histoire-panneaux-solaires
Paul de Haut Chauffage, isolation et ventilation écologiques, Eyrolles
http://www.plans-maisons.com/image/1-0-1-plan-carre.png
http://www.alertes-meteo.com/maison-ecolo/maison-ecologique.jpg
http://www.hellopro.fr/images/produit-2/9/2/5/eolienne-domestique-1k-w-a-10-kw-116529.jpg
http://groupesbc.11vm-serv.net/tpe2/articles/img/eole3.PNG
http://www.linternaute.com/science/environnement/dossiers/06/0601-maison-econome/pertes-energie.jpg
