III – Les différentes installations de panneaux solaires

Il existe deux types d’installations remarquables pour les panneaux solaires. Les panneaux solaires photovoltaïques peuvent fournir de l’électricité pour des sites isolés : installations autonomes ou être reliés à un réseau de distribution électrique.

A – Les installations autonomes

Comment fonctionne une installation autonome ?

L’installation autonome doit fournir de l’électricité de jour comme de nuit, en hiver comme en été car seul le solaire alimente l’habitation en électricité. On comprend donc pourquoi ce système n’est utilisé que dans les lieux isolés.

Le principe de l’installation autonome consiste à charger des batteries qui pourront stocker le surplus de la production électrique pour pouvoir le réutiliser. Le courant est contrôlé par un régulateur solaire qui gère la répartition de l’énergie. On peut rajouter un onduleur au système afin d’alimenter des appareils électriques demandant plus de puissance. Par exemple un ordinateur.

(Agrandir) Source : http://perso.wanadoo.fr/ebonys/ebocrea/images/photovolta_autonome.php

Dans quelles conditions utiliser ce type d’installation ?

Ce type d’installation est surtout utilisé dans les lieux isolés, lorsque le raccordement au réseau public coûte trop cher (le tarif est de 30 000 € / km). Elle est aussi utilisée lorsqu’il n’y a pas de réseau à proximité. Il est peu utilisé dans des habitations car il n’assure pas une présence constante d’électricité. Les batteries ne stockent pas toujours assez d’électricité pour pouvoir alimenter une habitation chauffée et où de nombreux appareils électriques fonctionnent. On trouve plutôt ce système dans des appareils électriques autonomes comme des lampadaires, des horodateurs, des phares, etc…

Une installation de ce type ne coûte pas plus de 650 € mais l’énergie produite n’est pas très importante.

B – Les systèmes de stockage de l’énergie

Si ce système venait à être mis en place massivement, il faudrait stocker l’énergie produite pour la consommation nocturne principalement. Cependant l’électricité se stocke très mal. Il existe deux moyens de stocker l’électricité produite par un panneau solaire : les piles à combustible et les batteries au plomb.

Comment fonctionne une pile à combustible à l’hydrogène ?

Le fonctionnement d’une pile à combustible est très propre puisqu’elle ne consomme que des gaz et ne produit que de l’eau.
Pile à combustible : Une pile à combustible est une pile où la fabrication de l'électricité se fait grâce à l'oxydation sur une électrode d'un combustible réducteur (par exemple l'hydrogène) couplée à la réduction sur l'autre électrode d'un oxydant, tel que l'oxygène de l'air.
La pile à combustible transforme l’énergie chimique en énergie électrique.
Elle possède une cathode et une anode séparées par un électrolyte qui assure entre autres le passage du courant par transfert ionique des charges.
Comme une pile classique, elle consomme son oxydant (ici l'oxygène O2) et son réducteur (ici l'hydrogène H2). Elle continue de fonctionner tant qu'elle est approvisionnée en hydrogène et oxygène.
A chaque réaction, les piles à combustible produisent de l’eau et libèrent deux électrons.

(Agrandir) Source : http://fr.wikipedia.org/wiki/Image:Fuell_cell.jpg

Quel est le rendement d’une pile à combustible ?

Electrolyse L'électrolyse est une méthode de séparation d'éléments ou de composés chimiques liés utilisant l'électricité.
Les piles à combustible coûtent très cher à cause de la platine qu’elles contiennent.
La production d’hydrogène est assurée par électrolyse avec l’électricité obtenue avec le panneau solaire.
Cependant il y a beaucoup de pertes d’énergie durant cette réaction.
En tenant compte de l’énergie nécessaire à leur fabrication, de leur fonctionnement et de leur durée de vie, le rendement des piles à combustibles n’est que de 30 %, il ne faudrait donc plus 1 % mais plutôt 3 % du territoire couvert de panneaux solaires si on utilise des piles à combustibles pour stocker l’énergie produite dans des installations autonomes. Cela paraît donc impossible puisque seuls 2 % du territoire français sont construits.

Comment fonctionne une batterie au plomb ?

La batterie au plomb est capable de stocker l’électricité puis de la redistribuer. Elle est constituée d’accumulateurs de 2V montés en série. Pendant la charge et la décharge, la constitution chimique des électrodes varient.

Electrodes : Certains appareils électriques comme les piles électriques ou les accumulateurs électriques comportent en interne deux lames ou blocs conducteurs reliés à chacune des deux bornes de branchement de l'appareil. Ces éléments conducteurs sont appelés électrodes.
Pendant la décharge il y a production de sulfate de plomb et libération d’électrons.
Pendant la charge il se passe la réaction inverse.

La batterie à un rôle de « réservoir » d’électrons, cependant, ce réservoir a une taille limitée, une batterie ne peut pas assurer la consommation d’électricité dans toute une habitation. Ils faudrait mettre quelques tonnes de batteries dans chaque habitation pour que le système fonctionne.

Quel est le rendement d’une batterie au plomb ?

Le rendement d’une batterie au plomb qui a une durée de vie de 5 à 20 ans est de 70 %. Il faudrait donc couvrir 1,5 % du territoire pour compenser l’utilisation de batteries pour stocker l’énergie. Cela reviendrait à couvrir les ¾ des toitures françaises, ce qui pourrait être possible. Mais c’est sans compter le coût de fabrication du panneau qui représente 5 ans de production d’électricité par le panneau solaire, soit 25 % de son temps de fonctionnement (environ 20 ans).

Quelle serait la surface réelle à recouvrir de panneaux solaires pour faire fonctionner un ensemble d’installations autonomes ?

En stockant l’électricité avec une pile à combustible :

S = (production d’électricité stockage) * 100 / Fabrication du PS (25 % du tps d’utilisation)
S = 3 * 100 / ( 100 – 25 )
S = 300 / 75
S = 4 %


En stockant l’électricité avec une batterie à plomb :

S = (production d’électricité stockage) * 100 / Fabrication du PS (25 % du tps d’utilisation)
S = 1,5 * 100 / ( 100 – 25 )
S = 150 / 75
S = 2 %


Il faudrait donc couvrir entre 2 et 4 % du territoire en panneaux solaires pour que les installations autonomes puissent fournir l’électricité nécessaire à toute la population française.
Mais cela est matériellement impossible, cependant, on pourrait tirer plus du solaire. Il existe une solution que nous allons vous présenter.

Quelle solution envisager ?

On vient de voir que le gros problème est le stockage. Il suffirait donc de trouver un moyen de s’en passer pour pouvoir faire une installation fonctionnelle car les installations autonomes ne sont pas rentables. Pour cela, il suffit de relier son installation au réseau électrique car les améliorations des moyens de stockage sont très lentes.
Nous allons donc vous présenter maintenant un type d’installation qui ne demande pas de stockage et qui pourrait donc réduire grandement les coûts du photovoltaïque.

C – Les installations raccordées au réseau

Qu’est ce que le programme Phebus ?

Depuis 1992 sont mis en place des programmes dans le but d’élargir le domaine du photovoltaïque au grand public. Le programme le plus connu est Phebus et il est soutenu pas l’association Hespul. Ce programme a entraîné l’installation de 200 centrales photovoltaïques raccordées au réseau en France.

Comment fonctionne une installation reliée au réseau ?

Les habitations équipées d’une installation reliée au réseau sont munies bien entendu de panneaux solaires. Un onduleur va permettre de transformer le courant continu en courant alternatif qui pourra être utilisé directement ou être réinjecté dans le réseau si l’électricité n’est pas consommée.
En cas de coupure du réseau, on peut rajouter une batteries au système, qui certes coûtent cher mais qui peuvent éviter de nombreux inconvénients.
Seule une association Phebus peut délivrer le matériel spécifique à ce type d’installation : compteur réversible et onduleur.

Source : http://www.epsic.ch/pagesperso/schneiderd/apelm/sources/distrisolaire.gif

Comment est décomptée l’électricité avec ce système ?

Ce système nécessite un compteur spécial car de l’électricité est réinjectée vers le réseau. On utilise donc des compteurs réversibles.

Source : http://passerelles.eco.free.fr/Automne_00/Images/compteur%20arriere.gif

L’énergie produite par les panneaux solaires est utilisée directement et le compteur tourne moins vite car on consomme moins d’électricité provenant du réseau. Le réseau sert seulement d’appoint, notamment la nuit.
De plus, en cas de surproduction, le compteur tourne à l’envers et l’on peut ainsi réaliser d’importantes économies en fournissant l’énergie en surplus au réseau.
Enfin, ce système permet de fixer des prix de vente et d’achat différents que pour une installation électrique sans panneaux solaires. Cependant, dans ce cas, il y a deux compteurs : un pour mesurer la production et l’autre pour la consommation.

Ce type d’installation permet-il une consommation normale d’électricité ?

Sur ce graphique nous pouvons remarquer que le réseau n’est utilisé que pendant la nuit et aux heures de grande consommation. L’utilisation d’électricité est presque intégralement assurée par les panneaux solaires. De plus il y a une quantité importante d’électricité produite par les panneaux solaires qui est réinjectée au réseau. Ce type d’installation permet donc de réaliser des économies en revendant l’énergie produite. Nous étudierons les coûts dans la prochaine partie plus en détails.

(Agrandir) Source : http://www.epsic.ch/pagesperso/schneiderd/apelm/sources/solaire_injection.gif

Ces installations permettent donc de faire fonctionner tous les appareils électriques durant toute la journée et pour pas cher. Cependant, c’est à chacun de choisir d’installer des panneaux solaires ou non. En tenant compte de l’amortissement du panneau solaire, il ne faudrait recouvrir que 1,3 % du territoire soit la moitié des toits en France.
L’implantation massive de panneaux solaires sur la moitié des toits français ne peut pas être financée par l’état ou par quelque autre organisme car elle est trop importante, à chacun de faire le choix d’investir au non dans le photovoltaïque.

Mais avant de faire ce choix, il faut savoir si acquérir une installation reliée au réseau est rentable, ce qui va être le sujet de la partie suivante.
Pour un meilleur affichage utilisez Mozilla Firefox
©FGRibreau All right reserved
Ribreau Francois-Guillaume GeekFG Les Panneaux Solaires jQuery Expressions BenchmarkR Nom de domaine web 2.0 Gmail html signature Signature html Gmail CV Ribreau Francois-Guillaume