Une centrale photovoltaïque installée sur le toit, ou système photovoltaïque sur le toit, est un système photovoltaïque sur lequel sont installés des panneaux solaires générateurs d’électricité installés sur le toit d’un bâtiment ou d’une structure résidentielle ou commerciale. Les divers composants d’un tel système comprennent des modules photovoltaïques, des systèmes de montage, des câbles, des onduleurs solaires et d’autres accessoires électriques.
Les systèmes montés sur le toit sont de petite taille par rapport aux centrales photovoltaïques au sol avec des capacités de l’ordre du mégawatt. Les systèmes photovoltaïques installés sur les toits des bâtiments résidentiels présentent généralement une capacité d’environ 5 à 20 kilowatts (kW), tandis que ceux installés sur des bâtiments commerciaux atteignent souvent 100 kilowatts ou plus.
Installation
L’environnement urbain fournit une grande quantité d’espaces de toit vides et peut, de manière inhérente, éviter l’utilisation potentielle des terres et les problèmes environnementaux. L’estimation de l’ensoleillement du toit est un processus à multiples facettes, car les valeurs d’insolation dans les toits sont affectées par les éléments suivants:
Le moment de l’année
Latitude
Conditions météorologiques
Pente du toit
Aspect du toit
Ombrage des bâtiments adjacents et de la végétation
Il existe différentes méthodes de calcul des systèmes de toiture solaires photovoltaïques potentiels, notamment l’utilisation de lidar et d’orthophotos. Des modèles sophistiqués peuvent même déterminer les pertes par ombrage sur de grandes surfaces pour le déploiement PV au niveau municipal.
Mécanisme de tarif de rachat
Dans une centrale photovoltaïque installée sur le toit et connectée au réseau, l’électricité produite peut parfois être vendue au service public d’électricité pour être utilisée ailleurs dans le réseau. Cet arrangement permet de récupérer l’investissement de l’installateur. De nombreux consommateurs du monde entier optent pour ce mécanisme en raison des revenus générés. Une commission de service public fixe généralement le tarif que le service public paie pour cette électricité, qui peut être au tarif de détail ou au tarif de gros inférieur, ce qui influe grandement sur la récupération d’énergie solaire et la demande d’installation.
Le FIT, tel qu’il est communément connu, a conduit à une expansion de l’industrie solaire photovoltaïque dans le monde entier. Des milliers d’emplois ont été créés grâce à cette forme de subvention. Cependant, il peut produire un effet de bulle qui peut éclater lorsque le FIT est supprimé.Cela a également augmenté la capacité de production localisée et de génération intégrée, réduisant les pertes de transmission par les lignes électriques.
Systèmes hybrides
Une centrale photovoltaïque installée sur le toit (sur réseau ou hors réseau) peut être utilisée avec d’autres composants tels que les générateurs diesel, les éoliennes, les batteries, etc. Ces systèmes hybrides solaires peuvent fournir une source d’énergie continue.
Avantages
Les installateurs ont le droit d’alimenter l’électricité solaire sur le réseau public et, par conséquent, de percevoir un tarif raisonnable par kWh généré, qui reflète les avantages de l’électricité solaire pour compenser les surcoûts actuels de l’électricité photovoltaïque.
Désavantages
Un système électrique contenant une contribution de 10% des stations photovoltaïques nécessiterait une augmentation de 2,5% de la capacité de contrôle de la fréquence de charge (LFC) par rapport à un système classique [jargon] – en cause qui pourrait être contré en utilisant des du système PV. En 1996, le coût de rentabilité de la production d’énergie photovoltaïque était relativement élevé pour des niveaux de contribution inférieurs à 10%. Des proportions plus élevées de production d’énergie photovoltaïque entraînent des coûts de rupture plus faibles, mais les considérations économiques et de CFL imposent une limite supérieure d’environ 10% aux contributions de systèmes photovoltaïques à l’ensemble des systèmes électriques.
Défis techniques
L’intégration de grandes quantités de systèmes photovoltaïques sur toiture au réseau électrique pose de nombreux problèmes techniques. Par exemple:
Flux de puissance inverse
Le réseau électrique n’a pas été conçu pour un flux d’énergie bidirectionnel au niveau de la distribution. Les distributeurs de distribution sont généralement conçus comme un système radial pour le flux de puissance à sens unique transmis sur de longues distances à partir de grands générateurs centralisés vers les charges des clients à la fin du distributeur de distribution.Maintenant, avec la production de PV solaire localisée et distribuée sur les toits, le flux inversé fait circuler le courant vers la sous-station et le transformateur, ce qui pose des problèmes importants.Cela a des effets négatifs sur la coordination de la protection et les régulateurs de tension.
Tarifs de rampe
Les fluctuations rapides de la production des systèmes PV dues aux nuages intermittents entraînent des niveaux de variabilité de tension indésirables dans le distributeur. À forte pénétration du PV sur le toit, cette variabilité de la tension réduit la stabilité du réseau en raison du déséquilibre transitoire de la charge et de la génération et entraîne une tension et une fréquence supérieures aux limites définies si elles ne sont pas contrées par des commandes de puissance. En d’autres termes, les générateurs centralisés ne peuvent pas atteindre une vitesse suffisamment rapide pour correspondre à la variabilité des systèmes PV, ce qui entraîne une discordance de fréquence dans le système voisin. Cela pourrait conduire à des pannes de courant. Ceci est un exemple de la façon dont un simple système PV sur le toit localisé peut affecter le réseau électrique plus large. Le problème est en partie atténué en distribuant des panneaux solaires sur une large zone et en ajoutant du stockage.
Coût
Prix des systèmes PV résidentiels (2013)
| Pays | Coût ($ / W) |
|---|---|
| Australie | 1.8 |
| Chine | 1,5 |
| France | 4.1 |
| Allemagne | 2.4 |
| Italie | 2.8 |
| Japon | 4.2 |
| Royaume-Uni | 2.8 |
| États Unis | 4.9 |
| Pour les systèmes photovoltaïques résidentiels en 2013 | |
Prix du système PV commercial (2013)
| Pays | Coût ($ / W) |
|---|---|
| Australie | 1,7 |
| Chine | 1.4 |
| France | 2.7 |
| Allemagne | 1.8 |
| Italie | 1,9 |
| Japon | 3.6 |
| Royaume-Uni | 2.4 |
| États Unis | 4.5 |
| Pour les systèmes PV commerciaux en 2013 | |
Au milieu des années 2000, les sociétés d’énergie solaire utilisaient divers plans de financement pour leurs clients, tels que des contrats de location et des contrats d’achat d’électricité. Les clients peuvent payer leurs panneaux solaires sur une période de plusieurs années et obtenir de l’aide avec les paiements des crédits des programmes de facturation nette. En mai 2017, l’installation d’un système solaire sur toit coûte en moyenne 20 000 dollars. Dans le passé, c’était plus cher.
Utility Dive a écrit: «Pour la plupart des gens, ajouter un système solaire à d’autres projets et priorités est un luxe» et «les sociétés solaires sur les toits desservent globalement les plus riches de la population américaine».
La plupart des ménages qui reçoivent des panneaux solaires sont des «revenus moyens supérieurs». Le salaire moyen d’un ménage solaire est d’environ 100 000 dollars.
Cependant, «une quantité surprenante de clients à faible revenu» est apparue dans une étude sur les achats de revenus et de systèmes solaires. « Sur la base des résultats de l’étude, les chercheurs de GTM estiment que les quatre marchés solaires comprennent plus de 100 000 installations dans des propriétés à faible revenu. »
Un rapport publié en juin 2018 par le Consumer Energy Alliance (CEA), qui analysait les incitations solaires américaines, a montré qu’une combinaison d’incitations fédérales, étatiques et locales, associée à la baisse du coût net de l’installation de systèmes photovoltaïques, à travers le pays.Selon Daily Energy Insider, « en 2016, la capacité de production de panneaux solaires photovoltaïques résidentiels a augmenté de 20% par rapport à l’année précédente. Le coût installé moyen du solaire résidentiel a, quant à lui, baissé de 21% à 2,84 USD 2017 contre premier trimestre 2015. » En fait, dans huit États, le groupe a étudié le montant total des incitations gouvernementales à l’installation d’un système solaire photovoltaïque sur les toits.
Perspectives d’avenir
La mission solaire nationale Jawaharlal Nehru du gouvernement indien prévoit d’installer des systèmes photovoltaïques solaires connectés au réseau, y compris des systèmes photovoltaïques sur le toit, d’une capacité combinée pouvant atteindre 100 gigawatts d’ici 2022.