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Les différents types d’installations solaires photovoltaïques

Autonome, relié au réseau ou hybride ? Au silicium cristallin ou amorphe ? Apprenez-en plus sur les caractéristiques du panneau PV.

Panneau photovoltaïque aux Écoumènes, dans Lanaudière
Panneau photovoltaïque aux Écoumènes, dans Lanaudière. © Écohabitation

Plus petit qu’une feuille de contreplaqué, un panneau PV, ou module solaire photovoltaïque, est un générateur de courant continu (DC) constitué de cellules photovoltaïques - les piles solaires - reliées entre elles en fonction de la puissance recherchée. Une cellule a une apparence lustrée, gris-bleutée ou noire, selon la technologie.

Puissance d’une installation PV

On caractérise la puissance d'une installation en watt crête (Wc). Il s'agit de la puissance électrique optimale qu’elle peut délivrer, sous des conditions standard. Les modules photovoltaïques employés pour les applications résidentielles affichent une puissance pouvant aller de 75 à 120 watts, et mesurent environ 0,6 m x 1,2 m (environ 2 x 4 pi). Compte tenu de l’efficacité courante des modules, un module de 1 m² (10,7 pi²) produit environ 130 W en plein soleil. Un module photovoltaïque de 100 W génère en moyenne environ 400 Wh par jour ou 150 kWh par année dans la plupart des régions habitées du Canada.

« Pour une maisonnée moyenne au Québec, on aura besoin (hormis le chauffage) d’environ 14 600 kWh/année ; pour produire çà à Montréal, il faut environ 12 kWc installé––soit 48 panneau de 250 Wc chacun. À 4$/watt installé, le coût de ce système sera d’environ 48 000$ pour une installation branché au réseau. Pour une installation autonome, le prix monte à entre 7 et 10$/Wc installé, à cause du prix des batteries. »

– Patrick Savoie, formateur en systèmes photovoltaïques pour Écohabitation.

Autonome ou branché ?

Il y a principalement deux types d’installations : autonomes ou reliées au réseau public, avec une version hybride qui s’appuie sur l’autonomie en la combinant à d’autres technologies.

La version autonome (ou hybride) est surtout populaire pour les habitations éloignées du service public pour lesquelles le raccordement au réseau serait trop onéreux. Ces installations requièrent alors un dimensionnement adéquat de façon à répondre à tous les besoins électriques de la maison.

La seconde approche, raccordée au réseau électrique, permet quand à elle une contribution du producteur pour ses propres exigences en matière d’énergie, sans devoir pour autant combler la totalité de ses besoins en question, le système étant plus souvent qu’autrement dimensionné non pas pour répondre à la demande mais selon le budget et/ou la surface de toiture disponible. Pour une maison très économe en énergie, on pourra retrouver le concept de « maison nette zéro », c’est-à-dire qui produit au cours d’une année entière autant qu’elle consomme, toutes formes d’énergie confondues.

Zoom sur les différents systèmes

Les systèmes connectés au réseau public

Les systèmes de production d’énergie photovoltaïque connectés au réseau publics résultent de la tendance à la décentralisation du réseau électrique. L’énergie est produite plus près des lieux de consommation - et non pas seulement par de grandes centrales thermiques ou hydroélectriques. Au fil du temps, les systèmes branchés au réseau réduiront la nécessité d’augmenter la capacité des lignes de transmission et de distribution. Une telle approche permet de produire sa propre électricité en périodes ensoleillées et d’acheminer son excédent d’énergie vers le réseau, auprès duquel le client s’approvisionne au besoin.

Ces transferts éliminent la nécessité d’acheter et d’entretenir une batterie d’accumulateurs qui nécessite un grand investissement financier et qui ont une durée de vie très limitée, sans compter leur impact environnemental peu reluisant. Il est toujours possible d’utiliser ceux-ci pour servir d’alimentation d’appoint lorsque survient une panne de réseau, mais ce n’est pas une obligation (Ressources naturelles Canada , 2003).

Même si la conception théorique d’un système lié au réseau est plus simple qu’une installation autonome, il faut tout de même choisir et assembler des composants susceptibles de fonctionner ensemble. Pour le dimensionnement optimum du dispositif il est fortement recommandé de s’appuyer sur une simulation avec un logiciel adéquat. La simulation permettra d’estimer l’énergie produite anticipée sur la base des statistiques climatiques locales et aussi d’avoir une référence en cas de doute sur les performances du système (Labouret et al , 2006).

Les systèmes autonomes et les systèmes hybrides : le PV combiné à l’éolien ou à un groupe électrogène à combustible

Si vous avez besoin d’une source d’électricité fiable dans un endroit où vous n’avez pas accès à un réseau électrique, l’énergie photovoltaïque peut s’avérer la solution la plus appropriée et la plus rentable. Bien des régions du Canada qui possèdent un climat continental sec bénéficient du même nombre d’heures d’ensoleillement que certains pays méditerranéens. Un système photovoltaïque utilisé pendant l’été au Canada peut tirer profit de la quantité substantielle d’énergie solaire disponible. Contrairement à ce que pensent bien des gens, les systèmes PV convertissent la lumière solaire en électricité plus efficacement à de basses températures. L’énergie photovoltaïque peut servir :

  • À alimenter des lampes, des radios, des téléviseurs, des pompes et plusieurs autres appareils d’usage courant au chalet et à la maison ;
  • À alimenter des clôtures électriques, des pompes à eau et d’autres dispositifs employés en agriculture ;
  • À faire fonctionner les systèmes de pompage et de circulation de l’eau des installations d’aquaculture et de pêche sportive ;
  • À assurer une source d’électricité fiable aux gîtes et aux camps de chasse et pêche ;
  • À charger une batterie ou à en maintenir la charge lors d’activités de loisirs faisant appel à des véhicules de plaisance ou des voiliers, par exemple ;
  • À alimenter des appareils portatifs tels que des ordinateurs ;
  • À alimenter des appareils d’éclairage extérieur…

Les systèmes hybrides sont composés d’un générateur photovoltaïque combiné à une éolienne ou à un groupe électrogène à combustible, ou aux deux à la fois. Un tel système s’avère un bon choix pour les applications qui nécessitent une alimentation continue d’une puissance assez élevée, lorsqu’il n’y a pas assez de lumière solaire à certains moments de l’année, ou si vous désirez diminuer votre investissement dans les champs de modules photovoltaïques et les batteries d’accumulateurs (Ressources naturelles Canada , 2003). Ils permettent généralement un retour sur investissement plus rapide.

Bien que les mois d’hiver canadiens donnent lieu à deux fois moins d’heures d’ensoleillement que l’été, le vent d’hiver souffle avec force à bien des endroits ce qui rend logique l’utilisation d’une éolienne combinée au système photovoltaïque. Un groupe électrogène à combustible est alors utilisé uniquement pour l’alimentation d’appoint.

« Au Québec, la plupart des installations sont autonomes (seulement 18 installations branchées au réseau) car le bas prix (actuel) de l’électricité ne permet pas de rentabiliser son investissement à moyen terme. Une installation autonome, quoique plus coûteuse à cause des batteries, peut être rentable si le branchement au réseau serait trop coûteux, par exemple pour une maison construite trop loin du réseau. » – Patrick Savoie, formateur Écohabitation.

Le courant DC (direct) produit par le champ PV peut recharger une batterie pour utilisation ultérieure, mais la plupart des installations sont connectées directement à un convertisseur DC/AC pour utilisation immédiate ou pour fournir le réseau public avec le surplus d’énergie afin d’être crédité sur sa facture mensuelle.

L’albédo, qu’est-ce que c’est ? 

Un concept que vous retrouverez fréquemment dans la littérature, c’est la notion de l’albédo. L’albédo est essentiellement la partie du rayonnement réfléchi par le sol; il est fonction des caractéristiques du site et des conditions comme la présence de neige ou une surface mouillée. L’albédo est défini comme le pourcentage de la radiation incidente à une surface qui est réfléchie par cette surface. En pratique, les surfaces claires ont une valeur d’albédo supérieure à celle des surfaces sombres et les finis luisants une valeur supérieure aux surfaces mates. Un albédo élevé aidera à obtenir un meilleur rendement de votre installation photovoltaïque, si toutefois les modules PV sont placés de manière à en bénéficier (ex. des modules placés verticalement sur une façade du bâtiment).

Effet de l’albédo
Effet de l’albédo, Denis Boyer pour Écohabitation

La lumière du soleil réfléchie sur la neige contribue à augmenter la productivité d’une installation photovoltaïque. Un toit plat ne profiterait pas de cet apport en lumière diffuse. La neige jouit d’un albédo très élevé, ce qui explique l’éblouissement qu’on perçoit par une journée ensoleillée d’hiver avec de la neige au sol.

 

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