Les différents types d’installations solaires photovoltaïques

Plus petit qu’une feuille de contreplaqué, un panneau PV, ou module solaire photovoltaïque, est un générateur de courant continu (CC) 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, nonobstant certaines technologies BIPV (building integrated photovoltaic; photovoltaïque intégré au bâtiment) qui peuvent être transparentes ou similaires à une finition extérieure d'un bâtiment.

Puissance d’une installation PV

On caractérise la puissance d'une installation en watt crête (W_c). Il s'agit de la puissance électrique optimale qu’elle peut délivrer, sous des conditions standard testées en laboratoire indépendant. Les modules photovoltaïques employés pour les applications résidentielles affichent une puissance entre 400 à 450Wc, avec les meilleurs panneaux solaires pouvant aller jusqu'à environ 500Wc., et mesurent environ 1,0 m x 2,1 m (environ 3,3 pi x 6,9 pi). L'efficacité des modules d'aujourd'hui est de 20% ou plus.

Pour maximiser la rentabilité d’une installation solaire branchée au réseau, il serait judicieux de produire juste assez de puissance pour éviter de tomber dans la seconde tranche de consommation d’Hydro-Québec (la portion excédant 40 kWh par jour). De cette façon, on pourra éviter de payer le prix le plus élevé sur notre facture d’électricité. Par exemple, puisque 40 kWh/jour revient à 14 600 kWh par année, une maison qui consomme en moyenne 30 000 kWh annuellement devrait être équipée de suffisamment de panneaux pour produire environ 15 400 kWh annuellement, sans plus. Pour cela, il faudrait installer un maximum de 13 kWc, soit 26 panneaux de 500 Wc chacun.

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, par exemple une éolienne domestique. On considère également une système branché réseau comportant des accumulateurs comme une installation hybride.

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, ce qui exclut le chauffage du bâtiment et le chauffage de l'eau. De plus, souvent, les gros appareils électriques sont alimentés par du gaz propane.

La seconde approche, raccordée au réseau électrique, permet quant 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. La production d'énergie d'une maison nette zéro peut provenir d'un système solaire PV uniquement ou d'une système solaire PV couplé à d'autres technologies d'énergie renouvelable, ce qui exclut toutes technologies fonctionnant aux ressources fossiles.

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 des accumulateurs qui nécessite un grand investissement financier et qui ont une durée de vie très limitée, sans compter leur impact environnemental. Il est toujours possible d’utiliser ceux-ci pour servir d’alimentation d’appoint lorsque survient une panne de réseau, sachant que si le réseau est en panne, la maison est aussi en panne, et ce, malgré une journée ensoleillée. La tendance actuelle mondiale est d'ajouter des accumulateurs pour un système solaire PV branché réseau.

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. 

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 un accumulateur 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.

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.

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 une plus grande production 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).

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.

Ce qu'il faut savoir sur l'installation de panneaux solaires au Québec

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