Un nombre croissant de pays investissent dans l’énergie solaire pour produire de l’électricité localement et réduire les émissions de gaz à effet de serre. L’Allemagne et le Japon, les deux pays leaders dans ce domaine, ont développé de très ambitieux programmes d’équipement d’habitations et d’entreprises avec des « toitures solaires ». Dans le cas des habitations, il s’agit d’installations modestes mais lorsqu’elles sont installées sur des bâtiments industriels ou en plein champ, elles deviennent de véritables centrales solaires.
Comme les centrales solaires exigent un important investissement initial et qu’elles ne fournissent pas encore suffisamment de kWh pour concurrencer la production d’énergie thermique (nucléaire, pétrole, charbon, etc., sources d’énergie qui n’intègrent pas les coûts externes comme le CO2 ni les risques industriels dans leur tarification), les autorités de plusieurs pays proposent différentes mesures d’incitation au développement de ce nouveau secteur :
- subventions pour l’acquisition d’équipements ;
- prêts bancaires à faible taux d’intérêt ;
- prix élevé du kWh revendu au réseau.
Principe de fonctionnement
L’énergie produite par les modules photovoltaïques situés sur les toits des bâtiments industriels couvre une partie des besoins énergétiques de l’utilisateur. En cas d’ensoleillement faible ou nul, un raccordement au réseau de distribution fournit l’appoint d’énergie.
Il est également possible d’injecter toute l’énergie produite dans le réseau de distribution. Ces installations peuvent alors être appelées centrales photovoltaïques, comme les centrales thermiques exploitées par des producteurs nationaux.
Dans certains pays comme l’Allemagne, des centrales comptant des milliers de m2 de modules photovoltaïques ont été installées à la campagne pour produire de grandes quantités d’électricité.
Centrales solaires de forte puissance :
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 Les images ci-dessus illustrent des exemples d’installations à Dollern, en Allemagne ; sur le toit des bâtiments de Photowatt, en France ; et en Espagne. |
Ces installations sont de plus en plus répandues sur les toits de sociétés privées et de bâtiments publics (écoles, mairies, etc.). Selon les besoins des clients et des entreprises de construction, les modules photovoltaïques peuvent être intégrés dans les murs extérieurs, les toits vitrés ou les écrans pare-soleil des bâtiments. Le critère à respecter dans ce cas est de trouver le meilleur compromis entre performance et intégration architecturale.
Les exemples ci-dessous illustrent trois types de centrales photovoltaïques intégrées (toits vitrés, écrans pare-soleil, mur-rideau) :
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 Une centrale de 100 kWc (800 m2) orientée vers le Sud, inclinée de 20 à 40°, conditions optimales en Europe, peut produire entre 80 000 et 140 000 kWh par an en fonction de sa situation géographique (Europe septentrionale ou méridionale). |
Centrale raccordée au réseau (architecture de système)
Une centrale photovoltaïque est constituée des mêmes composants qu’une modeste toiture solaire d’un logement privé : des panneaux solaires, un support pour les fixer à la toiture et une alimentation sans interruption (UPS) qui convertit l’énergie fournie par les panneaux en une forme adaptée au réseau, une tension alternative de 230 V à 50 Hz synchronisée sur le réseau. L’énergie est directement injectée dans le réseau triphasé basse tension.
Plusieurs petites UPS monophasées peuvent être installées et raccordées en parallèle pour injecter toute l’énergie produite par la centrale dans les trois phases du réseau en équilibre, ou une UPS unique centralisée peut être mise en œuvre pour produire directement du triphasé à 50 Hz.
La centrale dépend de l’ensoleillement, c’est-à-dire que l’énergie produite est proportionnelle au rayonnement solaire. La tension et la fréquence du réseau doivent être surveillées afin de l’isoler automatiquement en cas de problèmes. Certaines UPS peuvent prendre en charge cette surveillance ; dans le cas contraire, un système de protection externe peut être nécessaire.
Les données relatives à l’énergie produite et aux performances de l’installation peuvent être mesurées et enregistrées, transmises à un PC et affichées en temps réel sur un écran de grandes dimensions (1 m2) dans un lieu public (par exemple à l’accueil ou dans un hall).