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Électricité solaire: systèmes photovoltaïques connectés au réseau
- May 09, 2017 -

Électricité solaire: Systèmes photovoltaïques connectés au réseau

Les centrales photovoltaïques convertissent la lumière solaire en énergie électrique. La production d'énergie de ces centrales photovoltaïques atteindra donc son pic à midi, atteignant le pic de consommation d'énergie quotidien, lorsque les prix au comptant de l'énergie sont les plus élevés.

Un système PV d'une puissance nominale de 8,96 kilowatts de pointe, tel qu'illustré, couvre les besoins en électricité de deux foyers de quatre personnes. Photo: Sharp Electronics (Europe) GmbH

En dépit de cet avantage économique, l'énergie photovoltaïque n'a pas encore atteint la parité réseau, le point où les coûts sont égaux à la puissance du réseau (à l'exception de certaines îles ensoleillées comme Hawaï qui utilisent le diesel pour produire de l'électricité).

Comptage net (États-Unis et Canada) et systèmes de tarifs de rachat

Comme aucune installation locale de stockage d'énergie n'est nécessaire, les facteurs limitant la taille des systèmes photovoltaïques connectés au réseau sont l'espace disponible - souvent un toit - les coûts d'investissement et les cadres réglementaires, y compris les programmes de subventions et de promotion. Ces programmes peuvent inclure des subventions d'investissement, des mesures de facturation nette ou des tarifs de rachat. Avec le comptage net, l'apport d'énergie électrique est facturé par rapport à la consommation électrique du même domaine, en utilisant principalement un compteur électrique fonctionnant de manière bidirectionnelle. Ce système est largement utilisé aux États-Unis et au Canada. Comme dans la plupart des cas, il n'y a pas de compensation pour un apport supérieur à la consommation annuelle, les installations photovoltaïques seront en majorité dimensionnées pour ne pas fournir plus d'énergie que celles consommées dans le même domaine au cours de l'année; la grille est utilisée uniquement comme une installation de stockage. Dans le cadre d'un système de tarifs de rachat de l'autre côté, fournissant (comme en Allemagne) des paiements fixes et garantis par kWh, plus de production signifie plus de profits; Les installations seront donc plus grandes.

Diagramme schématique d'un système photovoltaïque. Illustration: LGABW

Énergie solaire: La lumière du soleil devient la source d'électricité.

Un système photovoltaïque couplé au réseau est constitué essentiellement de panneaux photovoltaïques (modules), d'un ou de plusieurs onduleurs solaires, d'un dispositif de protection pour l'arrêt automatique en cas de panne du réseau et d'un compteur pour l'alimentation en énergie solaire.

Les composants d'un système photovoltaïque connecté au réseau comprennent les modules PV, un onduleur, un dispositif de sécurité pour réduire les pannes dans le réseau et un compteur électrique. L'onduleur «commuté par le réseau» convertit le courant continu (CC) fourni par les modules en courant alternatif (AC), synchronisant simultanément la sortie CA vers le courant alternatif dans le réseau.
La capacité de production d'énergie d'un système photovoltaïque est indiquée en pic de kilowatt (mesuré dans des conditions d'essai standard et une irradiation solaire de 1000 W par m²). Les modules PV d'aujourd'hui couvriront une surface comprise entre 7 et 10 m² par kWp. En supposant que les modules sont orientés vers le sud et inclinés entre 30 ° et 35 °, un tel système produira en Europe centrale et occidentale - selon la latitude exacte et d'autres facteurs - entre 800 et 1.000 kWh d'énergie électrique par an et par kWp de capacité nominale. À titre d'exemple: Sur un toit à Cambridge ou Oxford (UK), une centrale de 4 kWc avec une orientation module optimisée et un angle d'inclinaison du module fournira environ 3,380 kWh par an, à Sevilla (Espagne) 5,640 kWh par an. L'usine de Sevilla aura donc besoin d'un onduleur avec une tension d'entrée plus élevée que celle d'Oxford.

Quelques conseils pour planifier un système PV connecté au réseau

- Taille du générateur PV

La taille économiquement optimale d'un système photovoltaïque raccordé au réseau dépend principalement de différentes incitations financières et paramètres juridiques, puisque la parité du réseau, c'est-à-dire le coût de l'électricité photovoltaïque, est égale ou inférieure au prix du réseau électrique. Actuellement, les concepts de comptage net, tels qu'ils sont largement utilisés aux États-Unis et au Canada, n'incitent pas, comme les systèmes autonomes, à construire des systèmes qui génèrent plus d'énergie électrique que celle consommée dans le même domaine au cours de l'année. la grille remplace uniquement un stockage de batterie local. De l'autre côté, les systèmes de tarifs de rachat rendent les grands systèmes avec un excédent net rentable.

Un système PV peut couvrir tout le toit; le toit solaire représenté (233 mètres carrés) a une puissance nominale de 24,2 kilowatts (kWp). Image: Hieronimi regenerative Energien GmbH

- Espace requis du module:

Dans les systèmes plus gros, les modules de silicium principalement cristallins sont utilisés aujourd'hui. Pour installer une capacité nominale de 1 kWc (Kilowatt Peak) avec de tels modules, une surface comprise entre environ 7 m² (en utilisant des cellules monocristallines) et 10 m² (en utilisant des cellules polycristallines) est nécessaire. Les toits inclinés non utilisés sont souvent les plus économiques. des endroits pour installer un système PV, surtout s'ils sont orientés vers le sud et inclinés d'environ 30 ° à 37 °.

- Orientation et sortie PV

L'efficacité du processus photovoltaïque est maximale si les rayons du soleil frappent le panneau verticalement. Par conséquent, les modules PV doivent être orientés vers le sud (en parlant de l'hémisphère nord) et légèrement inclinés; l'angle d'inclinaison optimal dépend de l'emplacement (y compris la latitude, l'altitude et d'autres facteurs). En règle générale, l'angle d'inclinaison serait le meilleur entre 3/4 et 4/5 de la latitude - ce qui donne des angles de 32 ° à 38 ° en Europe centrale et occidentale ou de 30 ° à 36 ° dans la plupart des États-Unis. Cependant: De petites divergences par rapport à l'orientation et à l'inclinaison optimales n'entraînent que des réductions encore plus faibles de la production d'énergie par an.

Afin d'utiliser le rayonnement solaire le plus efficacement possible, un module PV ou un collecteur d'un système photovoltaïque et d'un système de chauffage solaire, respectivement, est aligné pour absorber ou recueillir le plus de rayonnement possible. L'angle d'incidence du rayonnement, l'angle d'inclinaison du module ou du collecteur et l'angle d'azimut jouent tous un rôle dans la réalisation de la plus grande production d'énergie possible.

L'angle d'azimut (β) dans l'image à droite) indique combien de degrés la surface du module ou du collecteur diverge de la direction exacte vers le sud. L'angle d'inclinaison (α) spécifie la divergence par rapport à l'horizontale.

Les expériences montrent que les systèmes photovoltaïques fonctionnent le plus efficacement avec un angle d'azimut d'environ 0 ° et un angle d'inclinaison d'environ 30 °. Bien sûr, de légères différences dans ces valeurs ne sont pas du tout problématiques: avec le système orienté vers le sud-est ou le sud-ouest, environ 95% de la plus grande quantité de lumière possible peut encore être absorbée. Les grands systèmes avec des réseaux sont équipés de moteurs électriques qui suivent le soleil afin d'optimiser la production.

Installation d'onduleurs d'un système PV de 123 kWc en Allemagne.

- Onduleur:

Les systèmes photovoltaïques fournissent une tension continue (CC). Pour alimenter le réseau, cette tension continue doit être inversée à la tension du courant alternatif (CA) du réseau par un onduleur »commuté par le réseau ou raccordé au réseau, synchronisant automatiquement sa sortie CA à la tension alternative exacte et la fréquence du réseau .

Ce MPP fluctue pendant le fonctionnement dans un intervalle dépendant du rayonnement, de la température de la cellule et du type de cellule et doit donc être suivi par l'unité de commande de l'onduleur.

Le deuxième travail important de l'onduleur solaire consiste à contrôler le système PV pour qu'il fonctionne près de son point de puissance maximale (MPP), le point de fonctionnement où les valeurs combinées du courant et de la tension des modules solaires donnent une puissance maximale. Ce MPP fluctue pendant le fonctionnement dans un intervalle dépendant du rayonnement, de la température de la cellule et du type de cellule et doit donc être suivi par l'unité de commande de l'onduleur.