Qui est le soleil?
Le soleil est l’étoile centrale du système solaire ,
Le soleil : première source d'énergie sur terre ,
Le soleil ,bien que distant de 150 millions de kilomètres de la terre ,est la plus grande source d'énergie dont elle dispose. En effet ,outre l'énergie directement apportée sous forme de lumière et de chaleur,le soleil est à l'origine de différentes sources énergétiques utilisées par l'homme :
- Voir fig 1
Le soleil est l’étoile centrale du système solaire ,
Le soleil : première source d'énergie sur terre ,
Le soleil ,bien que distant de 150 millions de kilomètres de la terre ,est la plus grande source d'énergie dont elle dispose. En effet ,outre l'énergie directement apportée sous forme de lumière et de chaleur,le soleil est à l'origine de différentes sources énergétiques utilisées par l'homme :
- Voir fig 1 
- La biomasse ( ensemble des matières organiques pouvant devenir des sources d'énergie ) par l’intermédiaire de la photosynthèse notamment.
- Le cycle de l'eau ( centrales hydrauliques, barrages )
- L’énergie éolienne ' le vent ,dont l'origine est due à un gradient de température de l’atmosphère induit la rotation de la terre )
- Les hydroliennes ( courant océaniques )
- La géothermique horizontale ou tout autre réservoir de chaleur (air,eau)
- Voir fig 2 
Même les énergies fossiles telles que le pétrole,gaz et charbon sont issues de l'énergie solaire . Mais à l'inverse des énergies citées ci-dessus ,les énergies fossiles ne sont pas des énergies renouvelables ( les réserves sont limitées ).
Les seules sources énergétiques non-solaires sont la géothermie verticale (chaleur intrinsèque de la terre ) ,les marées ( dues aux forces gravitationnelles exercées par la lune ) .L’énergie nucléaire est issue de la fission d'atomes et n'est donc pas non plus issue de l'énergie solaire.
De la lumière à l'électricité
L e terme « photovoltaïque »est composé du mot grec ancien « photos »(lumière,clarté) et du nom de famille physicien italien (Allessandro Volta) qui inventa la pile électrique en 1800 et donna son nom à l'unité de mesure de la tension électrique ,le volt.
L'effet photovoltaïque ,découvert en 1839 par le français Antoine -César Becquerel,désigne la capacité que possèdent certains matériaux,notamment les semi-conducteurs,à convertir directement les différentes composantes de la lumière du soleil (et non sa chaleur) en électricité. L'effet photovoltaïque représente ainsi la seule alternative existante à la production d'électricité à partir de la force mécanique,puisque toutes les autres techniques sans exception, renouvelables ou non,font appel à des génératrices tournantes (alternateurs ou dynamo) qui peuvent être actionnées de diverses manières : vapeur ,vent,force de l'eau,courants marins........
Outre cette spécificité qui distingue très nettement des autres techniques ,le photovoltaïque possède de nombreuses qualités qui présentent autant d'avantages :
- Basé sur un phénomène physique imperceptible,son fonctionnement n'occasionne strictement aucune nuisance ou impact sur l'environnement immédiat : ni mouvement,ni bruit, ni odeur,ni émission quelconque.
- Le fonctionnement d'un système photovoltaïque ne fait appel à aucune pièce en mouvement ,le risque de panne ou d'accident est donc quasiment nul et le niveau de fiabilité très élevé.
- Les caractéristiques physiques des matériaux photovoltaïques ne s’altèrent pas dans le temps,et la baisse de rendement des panneaux,que l'on peut éventuellement observer est due essentiellement aux imperfections mineures de fabrication,est très lente et très limitée,ce-qui permet aux fabricants d'apporter une garantie de rendement pouvant aller jusqu'à 30 ans.
- Hormis le coût d'investissement,l’accès à la ressource énergétique primaire est totalement libre et gratuit,puisqu'il s'agit de la lumière du soleil,et comme les besoins d'entretien et de maintenance sont très réduits (ils concernent essentiellement l'électronique de régulation et de connexion ), le bilan économique est prévisible avec un haut degré de certitude .
- L'alternance jour/nuit étant un phénomène universel,même si sa répartition temporelle peut être très différente selon les lieux ,le photovoltaïque peut fonctionner en tout point du globe terrestre avec un écart de potentiel annuel allant de 1 à 4 entre le moins bon et le meilleur site.
- La quantité d'énergie récupérable en un lieu donné est directement proportionnelle à la surface exposée à la lumière du soleil ,ce qui confère au photovoltaïque un caractère intrinsèquement modulaire et flexible:la surface des capteurs va de quelques cm² pour l'alimentation d'une calculette à plusieurs centaines de milliers de m² pour les centrales au sol et cette taille peut être modifiée à tout moment par simple ajout (ou retrait) de « tranches »,sans même interrompre le fonctionnement de l’installation existante.
Les applications du photovoltaïque
Marquée par une grande variété permise par les caractéristiques intrinsèques de la technologie photovoltaïque,la longue liste des applications du photovoltaïque peut être divisée en deux grandes catégories :
- Les applications autonomes, c'est à dire non accordées à un réseau électrique,apparues les premières ,comportent quatre domaines distincts :
- Les satellites artificiels pour lesquels le photovoltaïque constitue la seule source d'énergie qui réponde à toutes les contraintes
- Les appareils portables , aujourd’hui calculettes et montres,demain téléphones et micro ordinateurs
- Les applications « professionnelles » ,relais de télécommunications,balises maritimes ou aéroportuaires,signalisation routière,bornes de secours autoroutières,horodateurs de stationnement,etc..
-L'électrification rurale des sites isolés,habitat dispersé,refuges ,dispensaires et écoles dans les pays en voie de développement, …..
- Les applications raccordées au réseau public de distribution d'électricité que l'on peut subdiviser en trois grands domaines :
1-Les systèmes attachés à un bâtiment consommateur d'électricité,qu'il soit à usage résidentiel (maison individuelles,habitat collectif social ou privé ) ou professionnel ( bureaux,commerces,équipements publics,industrie,agriculture,..) Les modules peuvent être "sur-imposés" à la toiture (toit en pente ou toiture-terrasse) sans assurer le clos ni le couvert ou bien "intégrés au bâti" dans une logique de double fonction ( clos et couvert ,bardage,verrière,garde du corps,..)Leur surface active va de quelques dizaines à quelques milliers de m² ,soit des puissances de quelques kilowatts-crêtes à quelques mégawatts-crêtes.
2-Les systèmes posés sur ou intégrés à des structures non -consommatrices d'électricité par elles mêmes mais pour lesquelles les panneaux remplissent une fonction bien identifiée en sus de la production d'électricité ( ombriére de parking,couverture de passage public ou de quai de gare ,mur antibruit,...) Leur surface active va en général de quelques centaines à quelques milliers de m² ,soit des puissances de quelques dizaines à quelques centaines de kilowatts-crêtes .
3-Les parcs photovoltaïques au sol ,constitués de quantités importantes de modules posés sur des structures porteuses,dont la production est exclusivement destinée à l'alimentation directe du réseau électrique.Leur surface active va de quelques milliers à plusieurs dizaines de milliers de m²(puissance de quelques centaines de kilowatts à plusieurs dizaines de mégawatts).
Principe de fonctionnement
De manière courante,les modules sont installés sur le pan de toiture qui sera le plus exposé au sud .Ils peuvent également être intégrés à la structure du bâtiment ,en toiture,en façade,en brise -soleil,etc..
L'électricité est produite en courant continu par les modules,puis transformée en courant alternatif par un petit appareil électronique appelé onduleur.
L'électricité produite et injectée sur le réseau,est comptabilisée par un compteur de production électrique préalablement installé par le gestionnaire du réseau ERDF ou L'ELD (ex des régies) .
Elle est achetée à un tarif fixé par le gouvernement .
-voir sur l'image 
- Électrifier un site isolé du réseau de distribution grâce au solaire ,c'est possible! 
Pour autant,il est souvent indispensable d'avoir accès à l'électricité afin d'assurer quelques services de base tels que l'éclairage,la production de froid ,ou encore l'alimentation d'un poste de radio.Ces sites peuvent alors êtres alimentés en électricité par l'énergie solaire photovoltaïque.
Principe de fonctionnement
Les besoins en électricité durant l'hiver sont considérablement plus importants qu'en été.Or sur un site isolé,il n'y a pas d'apport d'électricité extérieur à l’installation photovoltaïque .Il est donc primordial de privilégier une meilleure moyenne de production d'électricité durant l'hiver que sur l'année,contrairement à un site raccordé au réseau .Comme le soleil est bas dans le ciel,une inclinaison des panneaux proche de 45° leur permettra de recevoir un maximum de rayonnement solaire en hiver ,tout en gardant une production "correcte" durant le reste de l'année.
Parce que les périodes de consommation ne correspondent pas toujours aux heures de production,un parc de batteries est installé pour stocker l'énergie produite.Les batteries sont chargées durant les périodes de jour afin de pouvoir alimenter le site la nuit ou les jours de très mauvais temps.
Un régulateur électronique est alors indispensable de manière à ce que la quantité d'électricité ,injectée ou soutirée,corresponde à la capacité des batteries installées.
La plus part des appareils électriques de grande consommation fonctionnent en courant alternatif.Ces appareils nécessiteront un onduleur qui transformera le courant continu,produit par le système photovoltaïque,en courant alternatif.Il existe aussi des appareils spécifiques ,pour la plupart peu consommateurs d'électricité,qui fonctionnent en courant continu.Dans ce cas ,il n'est pas nécessaire d'introduire un onduleur.
- Image site isolé 
Estimation des besoins et coûts
Avant de vouloir électrifier un site isolé,il est indispensable de bien recenser les besoins du site de manière à adapter la production .Quels appareils électriques seront utilisés?Combien de temps par jour ? combien de jours par an?....
Cette étude permet d'une part de réguler le système,d'autre part de limiter les consommations au strict nécessaire afin que le dimensionnement du système photovoltaïque soit réalisé au plus juste.Le coût des modules et des batteries étant particulièrement élevé,l'investissement en sera ainsi minimisé.
Estimer la production
La production électrique d'une centrale photovoltaïque dépend de trois facteurs:
-sa localisation géographique
-l'orientation et l'inclinaison des panneaux
-les ombrages éventuels
La localisation géographique du site
La capacité de production électrique d'un site peut être déterminée par les données météorologiques d'ensoleillement annuel du site.
La carte ci-dessous donne la production électrique moyenne attendue dans les conditions optimales d'implantation pour un système photovoltaïque d'une puissance de 1 kwc avec des modules polycristallins standard,en fonction de la localisation géographique de l'installation.
- Image carte 
En France ,les modules doivent idéalement être exposés plein sud et être inclinés à 30 degrés par rapport à l'horizontal pour produire un maximum d'énergie sur l'année.
Cependant des écarts de plus ou moins 45° par rapport au sud (c'est à dire de sud -est à sud -ouest)et une inclinaison de 20 à 60° par rapport à l'horizontale sont acceptables et n'engendrent pas de baisse de production importante.
Le tableau ci dessous donne le facteur de correction à appliquer à la production attendue du système en fonction de son orientation et de son inclinaison.
-voir sur l'image 
Les positions en jaune sont à éviter si elles ne sont pas imposées par une intégration architecturale
Les ombrages éventuels
Un ombrage sur les modules peut avoir des origines diverses: arbre,bâtiment,relief naturel installé plus au sud que le système photovoltaïque.Selon la taille de l'obstacle et surtout sa hauteur ,l'impact de l'ombrage -une perte de production-est plus ou moins importante,c'est pourquoi ,il vaut mieux la quantifier avant d'installer.
Cours mis en ligne par Hamichi .M
