Production d’électricité à partir de l’énergie solaire

L’énergie solaire représente un gisement très important au niveau de la surface du globe terrestre. La cartographie ci-après présente le rayonnement solaire global annuel en Europe.
On constate qu’en France, la quantité d’énergie solaire annuellement disponible varie entre environ 1000 et 1400 kWh/m². Cette énergie peut être convertie en chaleur à l’aide de modules solaires thermiques ou en électricité à l’aide de modules solaires photovoltaïques, dont le fonctionnement est défini dans le paragraphe suivant.



Les modules solaires photovoltaïques

Une cellule élémentaire composée de matériaux semi-conducteurs est capable de convertir l’énergie de photons reçus à sa surface en une différence de potentiel, créée par une délocalisation d’électrons dans le matériau. La circulation des électrons dans le circuit extérieur permet à la cellule photovoltaïque de fonctionner comme un générateur.
Les modules solaires photovoltaïques (PV) sont constitués d’un assemblage série/parallèle de cellules élémentaires, permettant d’ajuster leur tension et courant caractéristiques.

Le rendement énergétique d’un module dépend de la nature des matériaux utilisés. Les valeurs communément rencontrées sont de l’ordre de 10 % (13 à 14 % pour les cellules composées de silicium monocristallin, 11 à 12 % avec du silicium polycristallin et 7 à 8 % avec du silicium amorphe).
Un champ photovoltaïque ou champ solaire est constitué d’un ensemble de modules connectés en série et/ou en parallèle. On protège les modules avec des diodes by-pass (Schottky) afin d’éviter le fonctionnement inverse des cellules occultées, pouvant entraîner une surchauffe voire une destruction de celles-ci.
Le choix de la caractéristique du champ solaire dépend du point de fonctionnement requis par les composants associés (batteries, convertisseurs, électrolyseur, etc.).

Le champ photovoltaïque intégré

Pour intégrer les modules au niveau système, le champ PV peut être associé à un organe MPPT (Maximum Power Point Tracking). Il permet d’ajuster, en chaque instant, la puissance électrique fournie par le champ à sa valeur maximale (dans les conditions d’ensoleillement et de température de l’instant considéré) en déplaçant le point de fonctionnement du module sur sa courbe caractéristique.
Deux types de convertisseurs électriques peuvent être utilisés pour la connexion du champ au système dans lequel il est intégré.
Le convertisseur DC/DC (hacheur élévateur ou abaisseur de tension, selon le niveau de tension cible) permet de relier le champ PV à un bus continu, auquel les diverses machines énergétiques du système sont reliées : la charge (l’utilisateur final), les autres sources d’énergie (pile à combustible, batteries, autres sources renouvelables) ou les périphériques. Il permet en outre de lisser les fluctuations de la tension des composants au niveau du bus commun.
L’onduleur (convertisseur DC/AC) sera utilisé lorsque le champ PV est raccordé au réseau électrique ou dans les systèmes incluant un bus alternatif.