Systèmes photovoltaïques solaires

Table des matières

  1. Systèmes photovoltaïques solaires
  2. Emplacement de votre système photovoltaïque
  3. Combien cela coûtera‑t‑il?
  4. Description de la technologie
  5. Éléments d'un système de production d'électricité solaire
  6. État de l'industrie
  7. Le système photovoltaïque, est-ce bien pour moi?
  8. Incitatifs
  9. Autres sources d'information
  10. Références

Cette fiche d'information s'adresse aux agriculteurs et aux résidents des régions rurales; on y présente différents types de systèmes photovoltaïques solaires et on explique les technologies actuelles, avec des commentaires sur la pertinence de l'installation d'un tel système selon les cas. On y trouve également de l'information sur les incitatifs qui existent actuellement.

Systèmes photovoltaïques solaires

Les panneaux photovoltaïques (solaires électriques) contiennent des semi‑conducteurs tels que le silicium qui convertissent directement le rayonnement solaire en électricité. Contrairement aux sources d'énergies non renouvelables, l'énergie solaire est gratuite, elle ne produit aucune émission et est à la portée de tous. Les panneaux photovoltaïques n'ont pas de pièces mobiles et exigent peu d'entretien.

Emplacement de votre système photovoltaïque

Les panneaux photovoltaïques doivent avoir une bonne exposition au sud pendant les heures d'ensoleillement maximal, soit de 10 à 15 h. Ils donnent les meilleurs résultats lorsqu'ils sont perpendiculaires aux rayons du soleil, c'est‑à‑dire inclinés à un angle égal à la latitude du site, soit de 42 è 45o de l'horizontale pour le sud de l'Ontario.

Les systèmes photovoltaïques fixes peuvent être montés sur le sol (figure 1) ou sur n'importe quel toit placé face au sud, y compris un toit de grange (figure 2). Les granges sont généralement conçues pour une occupation humaine de faible densité, et elles ne répondent pas aux mêmes exigences structurelles que d'autres constructions. L'ajout de panneaux solaires peut accroître la charge supportée par le toit. Ces constructions peuvent aussi avoir des dommages structurels dus à l'humidité dégagée par les animaux et par les gaz de fumier, ou simplement à l'âge. Si vous avez le moindre doute quant à la santé structurelle de votre grange, veuillez consulter un ingénieur en structures.

Système photovoltaïque à inclinaison fixe. Avec la permission de Bill Kemp.

Figure 1. Système photovoltaïque à inclinaison fixe. Avec la permission de Bill Kemp.

Système photovoltaïque monté sur le toit d’une grange. Avec la permission de TDL Electronics.

Figure 2. Système photovoltaïque monté sur le toit d'une grange. Avec la permission de TDL Electronics.

Les systèmes photovoltaïques à système de poursuite, montés sur le sol (figure 3), tournent de l'est vers l'ouest en même temps que le soleil. Ce dispositif permet un accroissement de la production des modules photovoltaïques atteignant 25 %. Cependant, pour que les avantages du système de poursuite soient pleinement mis à profit, les panneaux doivent avoir aussi une bonne exposition vers l'est et vers l'ouest.

Système photovoltaïque monté sur un dispositif de poursuite.

Figure 3. Système photovoltaïque monté sur un dispositif de poursuite.

Combien cela coûtera‑t‑il?

Le coût d'un système photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs : surface des panneaux, type de cellule photovoltaïque et montage.

Un système photovoltaïque au silicium cristallin monté avec une inclinaison fixe et produisant 10 kW coûte environ 80 000 $ après installation. Le montage d'un tel système sur un dispositif de poursuite fait augmenter les coûts de plusieurs milliers de dollars. Un dispositif de concentration du rayonnement solaire à cellules photovoltaïques à triple jonction et monté sur un dispositif de poursuite coûte environ 90 000 $ après installation.

Description de la technologie

Les différents types de cellules photovoltaïques sont les suivants :

Cellules monocristallin

Les cellules monocristallin (figure 4) comportent une plaquette de silicium purifié détachée d'un gros cristal de ce matériau semi‑conducteur. Ce type de cellules photovoltaïques est apparu en 1955, et c'est le plus ancien. Comme chaque plaquette est découpée à partir d'un même cristal, toutes les cellules sont d'une teinte bleu foncé uniforme. Ce sont les cellules les plus répandues et les plus facilement disponibles; en laboratoire, elles convertissent jusqu'à 25 % du rayonnement solaire reçu en électricité, mais dans la pratique leur rendement est plutôt voisin de 16 %.

Cellule solaire monocristallin. Avec la permission de Day4 Energy.

Figure 4. Cellule solaire monocristallin. Avec la permission de Day 4 Energy.

Cellules polycristallin

Les cellules polycristallin sont fabriquées à partir du même matériau que les cellules monocristallin, mais au lieu d'un gros cristal, elles sont formées de plusieurs cristaux moulés dans un bloc carré. Les différentes structures cristallines donnent à chaque plaquette plusieurs teintes de bleu, ce qui permet de distinguer les cellules polycristallin des cellules monocristallin. Le découpage des plaquettes à partir d'un cube de cristaux multiples et non d'un gros cristal permet de réduire les pertes pendant la production, mais il entraîne aussi une légère diminution du rendement des cellules (1 à 2 %).

Cellules en couches minces

Les cellules en couches minces (figure 5) ne sont pas fabriquéees &agrav; partir d'une plaquette de silicium entière, mais elles sont constituées d'une couche de semi‑conducteur d'une épaisseur que quelques micromètres, ce qui permet une forte réduction des coûts de production. Cependant, actuellement, les cellules de ce type ont un rendement beaucoup moins élevé que les types plus anciens à cristaux, soit seulement 10 % en laboratoire et 6 à 8 % dans la pratique.

Cellule en couches minces. Avec la permission de the Muskegon Chronicle.

Figure 5. Cellule en couches minces. Avec la permission de the Muskegon Chronicle.

Cellules à triple jonction

Les cellules à triple jonction (figure 6) sont constituées de couches de différents semi‑conducteurs (gallium, indium, germanium, arsenic) qui absorbent un spectre plus large du rayonnement solaire; elles ont un rendement de plus de 40 % en laboratoire et de plus de 30 % dans la pratique, et on les emploie dans les satellites. Étant donné leur coût relativement élevé, leurs applications commerciales se limitent à de petites surfaces sur lesquelles la lumière peut être concentrée par un jeu de miroirs.

Schéma d’une cellule solaire à triple jonction. Avec la permission de Unisolar.

Figure 6. Schéma d'une cellule solaire à triple jonction. Avec la permission de Unisolar.

Un montage en série d'un grand nombre de cellules constitue un module photovoltaïque, et plusieurs modules montés sur un cadre forment un panneau photovoltaïque. Là où il n'y a pas de réseau, les panneaux génèrent un courant électrique de façon simple et rentable et permettent donc d'alimenter un système autonome; ils peuvent aussi être branchés au réseau pour permettre au propriétaire de vendre l'électricité ainsi produite.

Éléments d'un système de production d'électricité solaire

Les principaux éléments d'un système photovoltaïque (figure 7) sont les suivants :

  • Les modules photovoltaïques, constitués d'un ensemble de cellules qui, à partir de l'absorption du rayonnement solaire, créent un champ électrique et génèrent ainsi un courant continu (CC);
  • Un onduleur qui convertit le courant continu produit par les modules photovoltaïques en courant alternatif (CA) comme celui qui circule sur le réseau et qui peut alimenter la majorité des appareils électriques.

La plupart des systèmes photovoltaïques en service sont équipés d'un onduleur central qui convertit le courant produit par plusieurs panneaux. Les gros onduleurs de ce type provoquent une perte de puissance et peuvent être bruyants.

Diagramme du cheminement de l’énergie photovoltaïque. Avec la permission de Go Solar.

Figure 7. Diagramme du cheminement de l'énergie photovoltaïque. Avec la permission de Go Solar.

Les micro‑onduleurs, produits d'une nouvelle technologie, se branchent directement sur chacun des modules du système photovoltaïque.

État de l'industrie

Comme les panneaux photovoltaïques sont largement disponibles pour les usages commerciaux depuis les années 1970, les développements technologiques subséquents ont été suivis d'une diminution de leurs coûts et d'un accroissement de leur rendement. On prévoit que les progrès futurs de la technologie des cellules en couches minces s'accompagneront d'une forte réduction du prix de production des modules photovoltaîques. Cependant, étant donné le plus faible rendement par cellule, la surface de capteurs en couches minces devrait être le double de celle d'un système à cristaux pour produire la même puissance.

En moyenne, le prix des modules photovoltaïques a diminué de 10 % par an pendant les 8 dernières années et se situe à 4,50 $ par watt; cependant, en l'absence de subventions, il est peu probable que cette option soit rentable comme principale source de courant électrique pour les ménages.

Le système photovoltaïque, est-ce bien pour moi?

Avant d'installer un système photovoltaïque, l'un des principaux facteurs à considérer est l'ensoleillement de votre région, soit la quantité de rayonnement solaire reçue par unité de surface. Les figure 8 et figure 9 sont des cartes de l'ensoleillement de l'Ontario qui montrent le potentiel énergétique annuel en kilowatts‑heures produits par kilowatt de panneaux solaires installés avec une inclinaison égale à la latitude du site.

Bien que cette option ne soit pas encore rentable comme source principale d'électricité en l'absence d'importantes subventions, un système photovoltaïque peut servir de générateur de secours. S'il est branché au réseau, il permet de produire une partie de votre consommation et de réduire le montant de votre facture d'électricité. L'Ontario offre un service de facturation nette en vertu duquel la production de votre système photovoltaïque (ou de toute autre source d'énergie renouvelable) est soustraite de votre consommation totale d'électricité pour le calcul de votre facture.

Incitatifs

Actuellement, le gouvernement provincial offre une remise sur la taxe de vente provinciale à l'achat de tout système photovoltaïque. La future Loi sur l'énergie verte et l'économie verte (à l'état de projet) établira un programme de tarif de rachat qui rendra plus économique l'adoption d'une forme d'énergie renouvelable.

Le tableau 1 montre les tarifs d'achat d'électricité d'origine photovoltaïque pour des systèmes de différentes tailles.

Tableau 1. Tarifs de rachat garantis proposés
Technologie Production (kW) Prix/kWh
Système photovoltaïque monté sur le toit et sur le sol
< ou = 10 $0,802
Système photovoltaïque monté sur le toit 10 - 250 $0,713
250 - 500 $0,653
> 500 $0,539
Système photovoltaïque monté sur le sol > 10 $0,443


Les modes de propriété d'un système photovoltaïque sont les suivants :

  • Propriétaire unique – le propriétaire achète les composantes et fait installer son système photovoltaïque à contrat;
  • Contrat de location‑achat – des compagnies offrent des ensembles solaires complets en échange de versements mensuels, avec possibilité d'achat;
  • Location (terrain ou toit) – des compagnies spécialisées offrent de construire, d'installer et d'exploiter un système photovoltaïque sur un toit ou un terrain convenable et de verser au propriétaire un montant fixe à partir de la vente de l'électricité ainsi produite.

Note : L'information qui est présentée ici, surtout en ce qui concerne les prix, n'est pas définitive et est sujette à changement. Pour plus de renseignements sur les tarifs de rachat garantis, voir fit.powerauthority.on.ca.

Cartes d’ensoleillement, sud de l’Ontario. Provenance des données : Ressources naturelles Canada. Avec la permission du MAAARO.

Figure 8. Cartes d'ensoleillement, sud de l'Ontario. Provenance des données : Ressources naturelles Canada. Avec la permission du MAAARO.

Cartes d’ensoleillement, nord de l’Ontario. Provenance des données : Ressources naturelles Canada. Avec la permission du MAAARO.

Figure 9. Cartes d'ensoleillement, nord de l'Ontario. Provenance des données : Ressources naturelles Canada. Avec la permission du MAAARO.

Autres sources d'information

Références

Ayoub, Josef, et Dignard-Bailey, Lisa. Situation présente et évolution du photovoltaïque – Rapport annuel canadien 2007. Ressources naturelles Canada, 2007.

Un grand merci à Graham Juneau pour la somme de travail qu'il a consacrée à la rédaction de cette fiche technique.

 

Pour plus de renseignements :
Sans frais : 1 877 424-1300
Local : 519 826-4047
Courriel : ag.info.omafra@ontario.ca
Auteur : Steve Clarke - Ingénieur, énergie et systèmes de récolte /MAAARO; Helmut Spieser - Ingénieur, conditionnement pour les grandes cultures et questions environnementales /MAAARO
Date de création : 05 octobre 2009
Dernière révision : 24 janvier 2011