Panneau solaire

Les panneaux solaires photovoltaïques absorbent la lumière du soleil en tant que source d’énergie pour générer de l’électricité. Un module photovoltaïque (PV) est un ensemble intégré et connecté de cellules photovoltaïques typiquement 6×10. Les modules photovoltaïques constituent le réseau photovoltaïque d’un système photovoltaïque qui génère et fournit de l’électricité solaire dans des applications commerciales et résidentielles.

Chaque module est évalué par sa puissance de sortie CC dans des conditions de test standard (STC) et varie généralement de 100 à 365 watts (W). L’efficacité d’un module détermine la surface d’un module ayant la même puissance nominale – un module 230 W efficace à 8% aura deux fois la surface d’un module 230 W efficace à 16%. Quelques modules solaires disponibles dans le commerce dépassent l’efficacité de 24%

Un seul module solaire ne peut produire qu’une quantité limitée d’énergie; la plupart des installations contiennent plusieurs modules. Un système photovoltaïque comprend généralement un ensemble de modules photovoltaïques, un onduleur, un bloc-batterie pour le stockage, un câblage d’interconnexion et éventuellement un mécanisme de suivi solaire.

L’application la plus courante de la collecte d’énergie solaire en dehors de l’agriculture est celle des systèmes de chauffage solaire de l’eau.

Le prix de l’énergie électrique solaire a continué de baisser et, dans de nombreux pays, il est devenu moins cher que l’électricité ordinaire d’origine fossile produite par le réseau électrique depuis 2012, un phénomène connu sous le nom de parité du réseau.

Théorie et construction
Les modules photovoltaïques utilisent l’énergie lumineuse (photons) du soleil pour générer de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. La majorité des modules utilisent des cellules de silicium cristallin à base de plaquettes ou des cellules à couche mince. L’élément structurel (porteur de charge) d’un module peut être la couche supérieure ou la couche arrière. Les cellules doivent également être protégées des dommages mécaniques et de l’humidité. La plupart des modules sont rigides, mais des modules semi-flexibles basés sur des cellules à couche mince sont également disponibles. Les cellules doivent être connectées électriquement en série, les unes aux autres.

Une boîte de jonction PV est fixée à l’arrière du panneau solaire et constitue son interface de sortie. Sur la plupart des modules photovoltaïques, la plupart des modules photovoltaïques utilisent des connecteurs de type MC4 pour faciliter les connexions étanches au reste du système. De plus, une interface d’alimentation USB peut être utilisée.

Les connexions électriques du module sont réalisées en série pour obtenir une tension de sortie souhaitée ou en parallèle pour fournir une capacité de courant souhaitée (ampères). Les fils conducteurs qui retirent le courant des modules peuvent contenir de l’argent, du cuivre ou d’autres métaux de transition conducteurs non magnétiques. Les diodes de dérivation peuvent être incorporées ou utilisées en externe, en cas d’ombrage partiel du module, afin de maximiser la sortie des sections du module encore allumées.

Certains modules photovoltaïques spéciaux incluent des concentrateurs dans lesquels la lumière est focalisée par des lentilles ou des miroirs sur des cellules plus petites. Cela permet d’utiliser des cellules avec un coût unitaire élevé (tel que l’arséniure de gallium) de manière rentable.

Les panneaux solaires utilisent également des cadres métalliques constitués de composants de rayonnage, de supports, de formes de réflecteurs et de goulottes pour mieux supporter la structure du panneau.

Histoire
En 1839, la capacité de certains matériaux à créer une charge électrique à partir de l’exposition à la lumière a été observée pour la première fois par Alexandre-Edmond Becquerel. Cette observation n’a pas été reproduite avant 1873, lorsque Willoughey Smith a découvert que la charge pouvait être causée par le sélénium. Après cette découverte, William Grylls Adams et Richard Evans Day ont publié « L’action de la lumière sur le sélénium » en 1876, décrivant l’expérience qu’ils ont utilisée pour reproduire les résultats de Smith. En 1881, Charles Fritts créa le premier panneau solaire commercial rapporté par Fritts comme « continu, constant et d’une force considérable, non seulement par l’exposition au soleil mais aussi par la lumière du jour diffuse et faible ». Cependant, ces panneaux solaires étaient très inefficaces, en particulier par rapport aux centrales au charbon. En 1939, Russell Ohl a créé le modèle de cellule solaire utilisé dans de nombreux panneaux solaires modernes. Il a breveté sa conception en 1941. En 1954, cette conception a été utilisée par Bell Labs pour créer la première cellule solaire au silicium commercialement viable.

Efficacité
Selon la construction, les modules photovoltaïques peuvent produire de l’électricité à partir d’une gamme de fréquences lumineuses, mais ne peuvent généralement pas couvrir toute la plage solaire (en particulier, ultraviolets, infrarouges et lumière faible ou diffuse). Par conséquent, une grande partie de l’énergie solaire incidente est gaspillée par les modules solaires et peut donner des rendements beaucoup plus élevés si elle est éclairée par une lumière monochromatique. Par conséquent, un autre concept consiste à diviser la lumière en six à huit gammes de longueurs d’onde différentes qui produiront une couleur de lumière différente et dirigeront les faisceaux sur différentes cellules réglées sur ces plages. Il a été prévu que cela permettrait d’accroître l’efficacité de 50%.

Les scientifiques de Spectrolab, une filiale de Boeing, ont signalé le développement de cellules solaires à jonctions multiples avec un rendement de plus de 40%, un nouveau record mondial pour les cellules photovoltaïques solaires. Les scientifiques de Spectrolab prévoient également que les cellules solaires du concentrateur pourraient atteindre des rendements supérieurs à 45%, voire 50%, avec des rendements théoriques d’environ 58% dans les cellules de plus de trois jonctions.

Actuellement, le meilleur taux de conversion de la lumière du soleil (efficacité du module solaire) atteint environ 21,5% dans les nouveaux produits commerciaux, ce qui est généralement inférieur aux rendements de leurs cellules isolées. Les modules solaires les plus efficaces produits en série ont des valeurs de densité de puissance allant jusqu’à 175 W / m2 (16,22 W / ft2).

Une recherche menée par l’Imperial College de Londres a montré que l’efficacité d’un panneau solaire peut être améliorée en étudiant la surface des semi-conducteurs récepteurs de lumière avec des nanocylindres en aluminium similaires aux arêtes des blocs Lego. La lumière diffusée se déplace ensuite sur un trajet plus long dans le semi-conducteur, ce qui signifie que davantage de photons peuvent être absorbés et convertis en courant. Bien que ces nanocylindres aient déjà été utilisés auparavant (l’aluminium était précédé d’or et d’argent), la diffusion de la lumière se produisait dans le proche infrarouge et la lumière visible était fortement absorbée. On a constaté que l’aluminium avait absorbé la partie ultraviolette du spectre, tandis que les parties visibles et infrarouges du spectre étaient dispersées par la surface de l’aluminium. Selon les recherches, cela pourrait réduire considérablement les coûts et améliorer l’efficacité, car l’aluminium est plus abondant et moins coûteux que l’or et l’argent. La recherche a également noté que l’augmentation du courant rend les panneaux solaires à film plus fin techniquement réalisables sans « compromettre l’efficacité de la conversion de puissance, réduisant ainsi la consommation de matière ».

Les efficacités du panneau solaire peuvent être calculées par la valeur MPP (point de puissance maximale) des panneaux solaires
Les onduleurs solaires convertissent le courant continu en courant alternatif en effectuant un processus MPPT: l’onduleur solaire échantillonne la puissance de sortie (courbe IV) de la cellule solaire et applique la résistance (charge) appropriée aux cellules solaires pour obtenir une puissance maximale.
Le MPP (point de puissance maximale) du panneau solaire se compose de la tension MPP (V mpp) et du courant MPP (I mpp): il s’agit d’une capacité du panneau solaire et la valeur la plus élevée peut augmenter le MPP.
Les panneaux solaires micro-inversés sont câblés en parallèle, ce qui produit plus de rendement que les panneaux normaux qui sont câblés en série avec la sortie de la série déterminée par le panneau le moins performant (c’est ce qu’on appelle l’effet lumineux de Noël). Les micro-onduleurs fonctionnent indépendamment, de sorte que chaque panneau contribue à sa sortie maximale, compte tenu de la lumière du soleil disponible.

La technologie
La plupart des modules solaires sont actuellement fabriqués à partir de cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) en silicium polycristallin et monocristallin. En 2013, le silicium cristallin représentait plus de 90% de la production photovoltaïque mondiale, tandis que le reste du marché était composé de technologies de couches minces utilisant du tellurure de cadmium, du CIGS et du silicium amorphe.

Les technologies solaires émergentes de troisième génération utilisent des cellules à couches minces avancées. Ils produisent une conversion relativement efficace pour le faible coût par rapport aux autres technologies solaires. De plus, les cellules solaires des engins spatiaux utilisent de préférence des cellules multi-jonctions rectangulaires (MJ) économiques, à haut rendement et compactes, car elles offrent le rapport puissance / kilogramme le plus élevé dans l’espace. Les cellules MJ sont des semi-conducteurs composés à base d’arséniure de gallium (GaAs) et d’autres matériaux semi-conducteurs. Une autre technologie PV émergente utilisant des cellules MJ est le photovoltaïque à concentrateur (CPV).

Couche mince
Dans les modules à couches minces rigides, la cellule et le module sont fabriqués dans la même ligne de production. La cellule est créée sur un substrat ou superstrat de verre, et les connexions électriques sont créées in situ, ce que l’on appelle une « intégration monolithique ». Le substrat ou le superstrat est laminé avec un encapsulant sur une feuille avant ou arrière, généralement une autre feuille de verre. Les principales technologies cellulaires de cette catégorie sont CdTe, ou a-Si, ou tandem a-Si + uc-Si, ou CIGS (ou variante). Le silicium amorphe a un taux de conversion de 6 à 12%

Des cellules et modules à couches minces flexibles sont créés sur la même ligne de production en déposant la couche photoactive et les autres couches nécessaires sur un substrat flexible. Si le substrat est un isolant (par exemple un film de polyester ou de polyimide), alors l’intégration monolithique peut être utilisée. S’il s’agit d’un conducteur, une autre technique de connexion électrique doit être utilisée. Les cellules sont assemblées en modules en les stratifiant sur un fluoropolymère transparent incolore sur la face avant (typiquement ETFE ou FEP) et sur un polymère approprié pour la liaison au substrat final de l’autre côté.

Modules solaires intelligents
Plusieurs entreprises ont commencé à intégrer l’électronique dans les modules PV. Cela permet d’effectuer le suivi MPPT (Maximum Power Point Tracking) pour chaque module individuellement et la mesure des données de performance pour la surveillance et la détection des défauts au niveau du module. Certaines de ces solutions utilisent des optimiseurs de puissance, une technologie de convertisseur continu-continu développée pour maximiser la consommation électrique des systèmes solaires photovoltaïques. À partir de 2010 environ, une telle électronique peut également compenser les effets d’ombrage, dans lesquels une ombre tombant sur une section d’un module fait que la sortie électrique d’une ou plusieurs chaînes de cellules du module tombe à zéro, sans avoir la sortie du module. le module entier tombe à zéro.

Performance et dégradation
La performance du module est généralement évaluée dans des conditions de test standard (STC): éclairement énergétique de 1 000 W / m2, spectre solaire de AM 1,5 et température du module à 25 ° C.

Les caractéristiques électriques comprennent la puissance nominale (PMAX, mesurée en W), la tension en circuit ouvert (VOC), le courant de court-circuit (ISC, mesuré en ampères), la tension maximale (VMPP), le courant de puissance maximal (IMPP), -peak, Wp) et l’efficacité du module (%).

La tension nominale correspond à la tension de la batterie que le module est le mieux à même de charger; Il s’agit d’un terme résiduel des jours où les modules solaires étaient uniquement utilisés pour charger les batteries. La tension de sortie réelle du module change au fur et à mesure que les conditions d’éclairage, de température et de charge changent, de sorte qu’il n’y a jamais une tension spécifique à laquelle le module fonctionne. La tension nominale permet aux utilisateurs, en un coup d’œil, de s’assurer que le module est compatible avec un système donné.

La tension en circuit ouvert ou COV est la tension maximale que le module peut produire lorsqu’il n’est pas connecté à un circuit ou à un système électrique. Les COV peuvent être mesurés avec un voltmètre directement sur les bornes d’un module éclairé ou sur son câble déconnecté.

La puissance de crête, Wp, est la puissance maximale dans les conditions de test standard (pas la sortie maximale possible). Les modules types, qui pourraient mesurer environ 1 m × 2 m ou 3 pi 3 po × 6 pi 7 po, seront classés de 75 W à 350 W, selon leur efficacité. Au moment du test, les modules de test sont regroupés en fonction des résultats de leurs tests et un fabricant type peut évaluer leurs modules par incréments de 5 W et les évaluer à +/- 3%, +/- 5%, + 3 / -0% ou + 5 / -0%.
La capacité des modules solaires à résister aux dommages causés par la pluie, la grêle, les fortes charges de neige et les cycles de chaleur et de froid varie selon le fabricant, bien que la plupart des panneaux solaires sur le marché américain soient homologués UL. De nombreux fabricants de modules en silicium cristallin offrent une garantie limitée garantissant une production électrique de 10 ans à 90% de la puissance nominale et de 25 ans à 80%.

La dégradation induite par le potentiel (également appelée PID) est une dégradation potentielle de la performance induite dans les modules photovoltaïques cristallins, provoquée par les courants parasites. Cet effet peut entraîner une perte de puissance pouvant atteindre 30%.

Le plus grand défi pour la technologie photovoltaïque serait le prix d’achat par watt d’électricité produite, les nouveaux matériaux et les techniques de fabrication continueraient d’améliorer le rendement énergétique. Le problème réside dans l’énorme énergie d’activation qui doit être surmontée pour qu’un photon excite un électron à des fins de récolte. Les progrès des technologies photovoltaïques ont entraîné le processus de « dopage » du substrat de silicium pour abaisser l’énergie d’activation, rendant ainsi le panneau plus efficace pour convertir les photons en électrons récupérables.

Des produits chimiques tels que le bore (type p) sont appliqués dans le cristal semi-conducteur afin de créer des niveaux d’énergie donneur et accepteur sensiblement plus proches des bandes de valence et de conducteur. Ce faisant, l’addition d’impureté de bore permet à l’énergie d’activation de diminuer de 20 fois de 1,12 eV à 0,05 eV. La différence de potentiel (EB) étant si faible, le bore est capable de s’ioniser thermiquement à la température ambiante. Cela permet des porteurs d’énergie libre dans les bandes de conduction et de valence, permettant ainsi une plus grande conversion des photons en électrons.

Entretien
L’efficacité de conversion des panneaux solaires, généralement de l’ordre de 20%, est réduite par la poussière, la crasse, le pollen et d’autres particules qui s’accumulent sur le panneau solaire. « Un panneau solaire sale peut réduire ses capacités de production de 30% dans les zones à forte teneur en poussière / pollen ou désertique », déclare Seamus Curran, professeur agrégé de physique à l’Université de Houston et directeur de l’Institut des nanotechnologies. conception, ingénierie et assemblage de nanostructures.

Payer pour avoir des panneaux solaires nettoyés n’est souvent pas un bon investissement; Les chercheurs ont découvert que des panneaux qui n’avaient pas été nettoyés ou qui avaient plu pendant 145 jours lors d’une sécheresse estivale en Californie n’avaient perdu que 7,4% de leur efficacité. Globalement, pour un système solaire résidentiel typique de 5 kW, le lavage des panneaux à mi-été se traduirait par un gain de production d’électricité de seulement 20 dollars jusqu’à la fin de la sécheresse estivale, soit environ deux mois et demi. Dans le cas des systèmes de toit commerciaux plus grands, les pertes financières sont plus importantes, mais elles sont rarement suffisantes pour justifier le coût du lavage des panneaux. En moyenne, les panneaux ont perdu un peu moins de 0,05% de leur efficacité globale par jour.

Recyclage
La plupart des composants d’un module solaire peuvent être recyclés, y compris jusqu’à 95% de certains matériaux semi-conducteurs ou du verre, ainsi que de grandes quantités de métaux ferreux et non ferreux. Certaines entreprises privées et organisations à but non lucratif sont actuellement engagées dans des opérations de reprise et de recyclage de modules en fin de vie.

Les possibilités de recyclage dépendent du type de technologie utilisé dans les modules:

Modules à base de silicium: les cadres en aluminium et les boîtes de jonction sont démontés manuellement au début du processus. Le module est ensuite broyé dans un broyeur et les différentes fractions sont séparées – verre, plastique et métaux. Il est possible de récupérer plus de 80% du poids entrant. Ce processus peut être effectué par des recycleurs de verre plat, car la morphologie et la composition d’un module PV sont similaires à celles des verres plats utilisés dans l’industrie du bâtiment et de l’automobile. Le verre récupéré, par exemple, est facilement accepté par l’industrie des mousses de verre et des isolants en verre.
Modules sans silicium: ils nécessitent des technologies de recyclage spécifiques, telles que l’utilisation de bains chimiques afin de séparer les différents matériaux semi-conducteurs. Pour les modules tellurure de cadmium, le processus de recyclage commence par le concassage du module et la séparation des différentes fractions. Ce processus de recyclage est conçu pour récupérer jusqu’à 90% du verre et 95% des matériaux semi-conducteurs contenus. Certaines installations de recyclage à échelle commerciale ont été créées ces dernières années par des entreprises privées. Pour les réflecteurs plats en aluminium: la tendance des réflecteurs a été mise en évidence en les fabriquant à l’aide d’une fine couche (environ 0,016 mm à 0,024 mm) de revêtement en aluminium présent dans les emballages en plastique non recyclés.
Depuis 2010, une conférence européenne annuelle réunit des fabricants, des recycleurs et des chercheurs pour étudier l’avenir du recyclage des modules photovoltaïques.

Production
En 2010, 15,9 GW d’installations de systèmes photovoltaïques solaires ont été achevés, avec une enquête sur les prix de l’énergie solaire photovoltaïque et une société d’études de marché, PVinsights, qui a enregistré une croissance annuelle de 117,8%.

Avec plus de 100% de croissance annuelle de l’installation photovoltaïque, les fabricants de modules photovoltaïques ont considérablement augmenté leurs livraisons de modules solaires en 2010. Ils ont activement développé leur capacité et se sont transformés en lecteurs de gigawatts GW. Selon PVinsights, cinq des dix plus grandes entreprises de modules photovoltaïques en 2010 sont des acteurs de GW. Suntech, First Solar, Sharp, Yingli et Trina Solar sont maintenant des producteurs de GW et la plupart d’entre eux ont doublé leurs livraisons en 2010.

La base de la production de panneaux solaires repose sur l’utilisation de cellules en silicium. Ces cellules de silicium sont généralement efficaces entre 10 et 20% pour convertir la lumière solaire en électricité, les modèles de production les plus récents dépassant désormais 22%. Pour que les panneaux solaires deviennent plus efficaces, des chercheurs du monde entier ont essayé de développer de nouvelles technologies pour rendre les panneaux solaires plus efficaces pour transformer la lumière solaire en énergie.

En 2014, Yingli, Trina Solar, Sharp Solar et Canadian Solar ont été les quatre premiers producteurs mondiaux de modules solaires en termes de capacité de livraison.

Prix
Les informations sur les prix moyens se divisent en trois catégories de prix: les acheteurs de petites quantités (modules de toutes tailles dans la gamme annuelle de kilowatts), les acheteurs de moyenne gamme (généralement jusqu’à 10 MWp par an) et les gros acheteurs (explicites). aux prix les plus bas). À long terme, il y a clairement une réduction systématique du prix des cellules et des modules. Par exemple, en 2012, on estimait que le coût par watt était d’environ 0,60 USD, soit 250 fois moins que le coût en 1970 de 150 USD. Une étude réalisée en 2015 montre que le prix / kWh a chuté de 10% par an depuis 1980 et prédit que l’énergie solaire pourrait représenter 20% de la consommation totale d’électricité d’ici 2030, alors que l’Agence internationale de l’énergie prévoit 16% d’ici 2050.

Les coûts réels de production d’énergie dépendent beaucoup des conditions météorologiques locales. Dans un pays nuageux comme le Royaume-Uni, le coût par kWh produit est plus élevé que dans les pays plus ensoleillés comme l’Espagne.

Suivant les éléments RMI, Balance-of-System (BoS), le coût non modulaire des modules solaires sans micro-onduleur (comme le câblage, les convertisseurs, les systèmes de rayonnage et divers composants) représente environ la moitié du coût total des installations.

Pour les centrales solaires marchandes, où l’électricité est vendue sur le réseau de transport d’électricité, le coût de l’énergie solaire devra correspondre au prix de gros de l’électricité. Ce point est parfois appelé «parité du réseau de gros» ou «parité des jeux de barres».

Certains systèmes photovoltaïques, tels que les installations sur les toits, peuvent alimenter directement un utilisateur d’électricité. Dans ces cas, l’installation peut être compétitive lorsque le coût de sortie correspond au prix auquel l’utilisateur paie sa consommation d’électricité. Cette situation est parfois appelée «parité de la grille de vente au détail», «parité de socket» ou «parité de grille dynamique». Les recherches menées par ONU-Énergie en 2012 suggèrent que les régions des pays ensoleillés où les prix de l’électricité sont élevés, comme l’Italie, l’Espagne et l’Australie, et les zones utilisant des générateurs diesel, ont atteint la parité des réseaux de distribution.

Montage et suivi
Les installations photovoltaïques installées au sol sont généralement de grandes centrales solaires à échelle industrielle. Leurs modules solaires sont maintenus en place par des racks ou des cadres fixés à des supports de montage au sol. Les supports de montage au sol comprennent:

Supports de poteau directement enfoncés dans le sol ou encastrés dans le béton.
Supports de fondation, tels que dalles de béton ou semelles coulées
Supports de lestage lestés, tels que les bases en béton ou en acier qui utilisent le poids pour sécuriser le système de module solaire et ne nécessitent pas de pénétration au sol. Ce type de système de montage convient bien aux sites où l’excavation n’est pas possible, comme les décharges bouchées, et simplifie la mise hors service ou le déplacement des systèmes de modules solaires.
Les systèmes d’énergie solaire installés sur le toit sont constitués de modules solaires maintenus en place par des étagères ou des cadres fixés sur des supports de montage sur le toit. Les supports de montage sur toit comprennent:

Supports de poteau, qui sont fixés directement à la structure du toit et peuvent utiliser des rails supplémentaires pour fixer le rayonnage ou les cadres du module.
Supports de lestage lestés, tels que les bases en béton ou en acier qui utilisent le poids pour fixer le système de panneaux en place et ne nécessitent pas de pénétration. Cette méthode de montage permet de mettre hors service ou de déplacer des systèmes de panneaux solaires sans affecter la structure du toit.
Tout le câblage reliant les modules solaires adjacents à l’équipement de récupération d’énergie doit être installé conformément aux codes électriques locaux et doit être utilisé dans un conduit adapté aux conditions climatiques.
Les trackers solaires augmentent la quantité d’énergie produite par module au détriment de la complexité mécanique et du besoin de maintenance. Ils détectent la direction du soleil et inclinent ou font pivoter les modules selon les besoins pour une exposition maximale à la lumière. Alternativement, les racks fixes maintiennent les modules immobiles lorsque le soleil se déplace dans le ciel. Le rack fixe définit l’angle auquel le module est maintenu. Les angles d’inclinaison équivalant à la latitude d’une installation sont courants. La plupart de ces supports fixes sont installés sur des poteaux au-dessus du sol. Les panneaux qui font face à l’ouest ou à l’est peuvent fournir une énergie légèrement inférieure, mais permettent d’obtenir un niveau d’approvisionnement plus élevé et peuvent fournir plus d’énergie en période de pointe.

Normes
Normes généralement utilisées dans les modules photovoltaïques:

IEC 61215 (performance du silicium cristallin), 61646 (performance des couches minces) et 61730 (tous les modules, sécurité)
ISO 9488 Énergie solaire – Vocabulaire.
UL 1703 de Underwriters Laboratories
UL 1741 des Underwriters Laboratories
UL 2703 des Underwriters Laboratories
Marquage CE
Série de testeur de sécurité électrique (EST) (EST-460, EST-22V, EST-22H, EST-110).

Connecteurs
Les panneaux solaires extérieurs comprennent généralement des connecteurs MC4. Les panneaux solaires automobiles peuvent également inclure un briquet de voiture et un adaptateur USB. Les panneaux intérieurs (y compris les lunettes solaires, les films minces et les fenêtres) peuvent intégrer un micro-onduleur (panneaux AC Solar).

Applications
Il existe de nombreuses applications pratiques pour l’utilisation de panneaux solaires ou photovoltaïques. Il peut d’abord être utilisé en agriculture comme source d’énergie pour l’irrigation. Dans les soins de santé, des panneaux solaires peuvent être utilisés pour réfrigérer des fournitures médicales. Il peut également être utilisé pour l’infrastructure. Les modules PV sont utilisés dans les systèmes photovoltaïques et comprennent une grande variété de dispositifs électriques:

Centrales photovoltaïques
Systèmes photovoltaïques sur les toits
Systèmes PV autonomes
Systèmes d’énergie hybride solaire
Photovoltaïque concentré
Avions solaires
Lasers à pompage solaire
Véhicules solaires
Panneaux solaires sur vaisseaux spatiaux et stations spatiales

Limites
Pollution et énergie en production
Le panneau solaire est une méthode bien connue de production d’électricité propre et sans émission. Cependant, il ne produit que de l’électricité en courant continu (DC), ce qui n’est pas ce que les appareils normaux utilisent. Les systèmes solaires photovoltaïques (systèmes solaires photovoltaïques) sont souvent constitués de panneaux solaires photovoltaïques (modules) et d’onduleurs (changeant de courant continu en courant alternatif). Les panneaux solaires photovoltaïques sont principalement constitués de cellules photovoltaïques solaires, ce qui n’a aucune différence fondamentale avec le matériau utilisé pour la fabrication de puces informatiques. Le processus de production de cellules photovoltaïques solaires (puces informatiques) consomme beaucoup d’énergie et implique des produits chimiques toxiques hautement toxiques et environnementaux. Il existe peu d’usines de production de panneaux solaires photovoltaïques dans le monde qui produisent des modules photovoltaïques à base d’énergie produite à partir de PV. Cette mesure réduit considérablement l’empreinte carbone au cours du processus de fabrication. La gestion des produits chimiques utilisés dans le processus de fabrication est soumise aux lois et réglementations locales des usines.

Impact sur le réseau électrique
Avec les niveaux croissants de systèmes photovoltaïques sur toit, le flux d’énergie devient bidirectionnel. Lorsqu’il y a plus de production locale que de consommation, l’électricité est exportée vers le réseau. Cependant, le réseau électrique n’est traditionnellement pas conçu pour gérer le transfert d’énergie bidirectionnel. Par conséquent, certains problèmes techniques peuvent survenir. À la fin de 2017, par exemple, dans le Queensland, en Australie, plus de 30% des ménages avaient un système photovoltaïque sur toit. La célèbre courbe californienne du canard 2020 apparaît très souvent pour de nombreuses communautés à partir de 2015. Un problème de surtension peut survenir à mesure que l’électricité circule de ces ménages photovoltaïques vers le réseau. Il existe des solutions pour gérer le problème de surtension, comme la régulation du facteur de puissance des onduleurs photovoltaïques, de nouveaux équipements de contrôle de la tension et de l’énergie au niveau du distributeur électrique, la réorientation des câbles électriques, la gestion de la demande, etc. ces solutions.

Implication dans la gestion de la facture d’électricité et l’investissement énergétique
Il n’y a pas de solution miracle dans la gestion de la demande en électricité ou en énergie, car les clients (sites) ont des situations spécifiques différentes, par exemple différents besoins de confort / commodité, différents tarifs d’électricité ou différents modes d’utilisation. Le tarif de l’électricité peut comporter quelques éléments, tels que l’accès journalier et les frais de comptage, la charge énergétique (en kWh, MWh) ou la demande de pointe (par exemple, la consommation d’énergie la plus élevée sur un mois). La PV est une option prometteuse pour réduire la charge énergétique lorsque le prix de l’électricité est raisonnablement élevé et en augmentation constante, comme en Australie et en Allemagne. Cependant, pour les sites où la demande de pointe est en vigueur, le PV peut être moins attrayant si la demande de pointe survient surtout en fin d’après-midi ou en début de soirée, par exemple dans les communautés résidentielles. Globalement, l’investissement énergétique est en grande partie une décision économique et il est préférable de prendre des décisions d’investissement en procédant à une évaluation systématique des options en matière d’amélioration opérationnelle, d’efficacité énergétique, de production sur site et de stockage d’énergie.