PV- Guide de l'installation - tout ce que vous devez savoir sur les installations photovoltaïques

Tout ce que vous devez savoir sur les installations photovoltaïques - de leur fonctionnement à la planification de votre propre installation photovoltaïque (PV) en passant par l'histoire de l'astronautique.

Que fait une installation photovoltaïque ?

Une installation photovoltaïque transforme la lumière solaire incidente en électricité. Ses principaux composants sont des modules solaires dans lesquels des cellules solaires sont connectées en série ou en parallèle. Ces modules solaires assurent la transformation du rayonnement solaire en courant électrique.

La différence, petite mais réelle, entre une installation photovoltaïque et une installation solaire

Les termes "installation photovoltaïque" et "installation solaire" sont souvent utilisés de manière erronée comme synonymes. Une installation solaire est une installation qui transforme l'énergie solaire en un autre type d'énergie, mais pas nécessairement en électricité. Outre l'installation photovoltaïque, l'installation solaire thermique est donc une autre installation qui relève de la notion d'installation solaire. Cette dernière transforme l'énergie solaire en chaleur, qui peut ensuite être utilisée pour le chauffage ou la production d'eau chaude.

Comment fonctionne une cellule solaire ?

Les composants centraux d'une installation photovoltaïque sont les modules solaires avec leurs cellules solaires. Les cellules sont composées de matériaux semi-conducteurs. Lorsque les minuscules particules de photons de la lumière du soleil rencontrent ce matériau, elles déclenchent un flux de courant. L'énergie lumineuse est ainsi transformée en énergie électrique, ou plus précisément en électricité, comme nous l'utilisons tous au quotidien. Ce processus est appelé processus photoélectrique. Le courant ainsi créé est un courant continu. Il peut être consommé directement, stocké dans une batterie ou injecté dans le réseau électrique public. Mais comme la plupart des appareils électriques et le réseau électrique ont besoin de courant alternatif, ce courant continu doit encore être transformé en courant alternatif à l'aide de ce que l'on appelle des onduleurs. Comme le rayonnement solaire est toujours présent, indépendamment de son utilisation, l'électricité solaire fait partie des énergies renouvelables (également appelées énergies régénératives).

Histoire : de l'espace au toit en passant par la calculatrice

Les premières cellules solaires proviennent du domaine passionnant de l'aérospatiale. Dans les années 1950, elles ont été utilisées dans la technologie des satellites pour générer de l'électricité. Elles étaient fabriquées en silicium et avaient un rendement de 10 %. Sur Terre, ils ont été utilisés pour la première fois dans les posemètres des photographes. Jusque dans les années 1970, les cellules solaires étaient principalement utilisées dans l'espace.

Repenser la production d'énergie

La grave crise pétrolière de 1973-74 et les tragiques accidents des réacteurs nucléaires de Harrisburg et de Tchernobyl ont entraîné un changement de mentalité en matière de production d'énergie. Les énergies renouvelables ont pour la première fois occupé le devant de la scène et l'utilisation de cellules solaires sur la terre a soudain été discutée. Cela a conduit à un investissement accru dans la recherche et le développement de cellules solaires dans le monde entier au cours des années 1980.

Grâce aux efforts déployés depuis cette époque jusqu'à aujourd'hui, le rendement des cellules solaires au silicium a presque doublé. Alors que les premières cellules solaires étaient encore utilisées pour les calculatrices et autres petits appareils, elles représentent aujourd'hui une part en constante augmentation, actuellement de 7,4 %, de la production totale d'électricité en Allemagne.

Vous trouverez plus de statistiques sur Statista

Ce dont vous avez besoin : Composants de l'installation photovoltaïque

• PV Système de montage
• Panneaux solaires avec leurs cellules photovoltaïques
• Onduleurs solaires
• Stockage d'électricité
• Câbles et connecteurs
• Compteur bidirectionnel

Sans système de montage PV , pas de fixation solide et sûre

Parmi les systèmes de montagePV , on distingue les systèmes sur ou dans le toit et les systèmes de serrageou d'insertion. Il existe en outre des systèmes correspondants pour les toits plats et pour le plein air. (voir domaines d'application). Dans le cas des systèmes sur toiture, il existe des solutions adaptées à chaque type de revêtement de toit - par exemple pour les tuiles, la tôle trapézoïdale, la tôle à joint debout ou la thernite ondulée.

Les modules solaires : Une unité composée de très nombreuses petites cellules

Les modules solaires se composent de plusieurs cellules solaires. Celles-ci sont généralement basées sur l'élément silicium. D'autres matériaux semi-conducteurs utilisés pour la fabrication de cellules solaires sont le tellurure de cadmium (CdTe) et l'arséniure de gallium (GaAs). Les cellules solaires tandem, qui combinent différents semi-conducteurs, constituent un développement récent intéressant.

Les cellules solaires au silicium sont soit polycristallines, soit monocristallines. Les cellules solaires monocristallines sont composées d'un seul cristal de silicium. Elles sont plus chères et plus difficiles à fabriquer, mais leur rendement est meilleur, jusqu'à 20 % et plus. Les cellules solaires polycristallines sont composées de plusieurs cristaux de silicium. Elles sont moins chères et plus faciles à fabriquer, mais leur rendement est nettement inférieur à celui des cellules monocristallines, de l'ordre de 12 à 16 %.

Les cellules à couche mince sont un autre type de cellule solaire fréquemment utilisé. Lors de la fabrication, le matériau semi-conducteur est déposé par évaporation ou par pulvérisation sur un support. Ce support peut être en métal, en plastique ou en verre. Le semi-conducteur est souvent du silicium amorphe, du diséléniure de cuivre et d'indium (CIS) ou du tellurure de cadmium. Ces cellules solaires sont peu coûteuses à fabriquer, mais leur rendement, de 4 % à 10 %, est bien inférieur à celui des autres cellules.

Les onduleurs solaires transforment le courant continu en courant alternatif

L'onduleur solaire, également appelé inverseur, transforme la tension continue de l'installation PV en tension alternative. Il existe des onduleurs pour les installations raccordées au réseau et pour les installations en îlot. En outre, on les distingue en fonction du nombre maximal de modules mis en réseau.

Une installation en îlot est une installation PV qui n'est pas raccordée au réseau électrique public. On la trouve par exemple comme installation domestique dans des régions éloignées, comme installation de jardin ou comme installation dans un camping-car. Une installation en îlot est toujours équipée d'une batterie dans laquelle l'onduleur puise le courant. L'entrée de l'onduleur en îlot est donc reliée à la batterie et la sortie au consommateur. Or, les différents consommateurs finaux ont besoin de tensions différentes. C'est pourquoi la tension de sortie est régulée par l'onduleur. Lors de l'achat d'un onduleur en îlot, vous devez veiller à ce que la tension de sortie maximale soit suffisamment élevée pour l'utilisation prévue chez le client.

Un seul module solaire peut être raccordé à un onduleur de module. S'il y a plusieurs modules, il faut donc aussi utiliser plusieurs onduleurs de module. Cela s'avère utile lorsque les différents modules fournissent des puissances très différentes et sont orientés différemment. Ils sont principalement utilisés dans les petites installations.

Un onduleur de branche rassemble une ou plusieurs branches (strings) de modules solaires. En raison de leur bon rapport qualité-prix, ils sont très appréciés pour les petites et moyennes installations.

Lesonduleurs multistrings sont principalement utilisés dans les grandes installations. Ils regroupent plusieurs strings. Plusieurs trackers MPP veillent à ce que chaque string reste toujours au point de fonctionnement optimal. MPP = point de puissance maximale.

Dans les grandes installations, il existe des onduleurs centraux. Ils sont utiles lorsqu'un grand nombre de strings sont orientés de la même manière et présentent la même inclinaison.

Avec un accumulateur d'électricité, l'installation est vraiment rentable

Dans le cas des installations isolées, les accumulateurs d'électricité servent à rendre l'utilisateur indépendant du rayonnement solaire du moment. Ces accumulateurs d'électricité sont généralement des accumulateurs, appelés brièvement batteries. Autrefois, ils étaient principalement fabriqués sous forme d'accumulateurs au plomb, mais les accumulateurs au lithium-titanate sont aujourd'hui plus répandus en raison de leur meilleur rendement.

Dans le cas des installations raccordées au réseau, les accumulateurs d'électricité servent à augmenter la part d'autoconsommation d'électricité. Plus la consommation propre est élevée, plus l'installation PV est rentable, car la rétribution du courant injecté est désormais relativement faible.

Câbles et connecteurs pour les bonnes connexions sur les installations PV

Lescâbles et connecteurs photovoltaïques constituent le lien entre les modules solaires et les autres composants de l'installation PV. Ils doivent être de première qualité et résistants aux intempéries. L'un des premiers systèmes de connecteurs pour installations solaires a été fourni par l'entreprise Multi-Contact, qui fait désormais partie du groupe Stäubli Electrical Connectors. Mais on retrouve toujours son nom, notamment dans les systèmes MC3 et MC4, très appréciés.

Compteurs bidirectionnels pour une vue d'ensemble

Dans le cas d'une installation PV raccordée au réseau, il est bon de savoir quelle quantité d'électricité vous injectez dans le réseau public. Pour le mesurer, il existe ce que l'on appelle des compteurs d'injection. D'autre part, vous prélevez généralement de l'électricité supplémentaire sur le réseau. C'est ce que mesure le compteur de soutirage. Au lieu d'utiliser deux compteurs individuels, il est conseillé d'utiliser un compteur bidirectionnel que les gestionnaires de réseau louent généralement.

Les installations photovoltaïques et leur utilisation

Le toit solaire pour plus d'indépendance vis-à-vis du réseau

On distingue les systèmes sur toiture et les systèmes dans la toiture. Dans le cas des systèmes sur toiture, les modules solaires sont montés sur le toit de la maison à l'aide d'un support de montage. L'angle d'inclinaison des toits inclinés peut être facilement optimisé. Il s'agit également de la manière la plus simple et la plus courante d'installer un système PV. Différents supports sont spécialement adaptés aux toits en tôle, aux toits en tuiles, aux toits en ardoises et aux toits en plaques ondulées. Un autre avantage est la bonne ventilation des modules solaires par l'arrière. Il est important de veiller à la résistance aux intempéries des matériaux de fixation. Les toits plats n'ont généralement pas ou peu d'angle d'inclinaison. C'est pourquoi les modules solaires doivent être inclinés d'au moins 6° par le système de montage. L'inclinaison la plus courante est de 13°.

Dans un système intégré au toit, les modules solaires remplacent les tuiles. D'une part, cela est plus esthétique et d'autre part, l'installation est ainsi plus résistante aux intempéries. Toutefois, le montage est plus complexe et plus cher. Le refroidissement des modules solaires est également plus coûteux que pour une installation sur le toit et réduit le rendement d'environ 0,5 %. Les systèmes intégrés au toit ne conviennent qu'aux toits en tuiles qui sont conçus comme des toits inclinés avec une pente relativement importante, car le rendement est sinon fortement réduit. Cette solution n'est pas possible pour les toits en tôle ou en bitume.

Mini-installations pour carports, garages, façades et satellites

Une mini-installationPV ne nécessite qu'un à deux mètres carrés de surface. Elle est donc idéale pour un abri de voiture, une façade ou un abri de jardin. Avec une installation aussi petite, vous produisez jusqu'à 600 W de puissance électrique, selon les modules solaires utilisés. La seule condition technique est que le toit ou la façade en question doit être suffisamment stable pour supporter le poids des modules solaires plus le système de montage. Toutefois, dans certains Länder, vous devez obtenir une autorisation pour installer PV sur votre carport ou votre garage. Renseignez-vous à temps avant l'achat de l'installation PV auprès du service d'urbanisme compétent pour votre région. Vous pouvez utiliser l'électricité ainsi produite pour recharger votre voiture électrique, votre plug-in hybride ou autre. Bien entendu, vous pouvez également utiliser cette électricité dans votre ménage et réduire ainsi votre facture d'électricité. Vous ne pouvez toutefois pas produire toute l'électricité nécessaire à un ménage sur une si petite surface.

Installation en plein air (parc solaire)

Un toit n'est pas une condition préalable au montage d'une installation PV. En tant que fan de PV, vous connaissez certainement les images impressionnantes d'immenses parcs solaires. Là aussi, des systèmes de montage sont utilisés pour rendre possible la production d'énergie en plein air. Il existe deux systèmes de montage différents : le système de montage fixe et le système de tracking.

Installation fixe PV

Dans le cas d'une installation fixe, une structure en acier ou en aluminium est vissée sur des blocs de béton ou ancrée dans le sol. L'inclinaison et l'orientation des modules ne peuvent donc pas être modifiées après le montage.

L'installation au sol avec support fixe présente plusieurs avantages par rapport à une installation sur toit :

• Il y a généralement plus de surface disponible.
• L'orientation peut être choisie librement et n'est pas imposée par un toit.
• Ainsi, l'inclinaison peut également être réglée presque à volonté.
• Plus de surface signifie aussi plus de modules. Dans ce cas, il est également intéressant d'utiliser des modules à plus faible rendement, qui sont moins chers à l'achat.

Systèmes de suivi

Dans les systèmes de tracking, les modules sont suivis en fonction de l'orientation du soleil. On distingue ici le suivi uni-axial et le suivi bi-axial. Dans le cas du suivi uniaxial, l'orientation des modules change soit horizontalement soit verticalement en fonction de la position du soleil. Le suivi horizontal suit la position du soleil d'est en ouest. Dans le cas de la poursuite verticale, le module solaire est orienté vers le sud et tourne - en fonction de la hauteur du soleil - au-dessus de l'horizon. La poursuite à deux axes est une combinaison de la poursuite horizontale et de la poursuite verticale.

Avantages du système de suivi :

• Le rendement électrique de l'installation PV augmente nettement par rapport à celui de l'installation fixe.
• Rien qu'en Europe centrale, l'augmentation du rendement électrique est de 20 % avec un suivi à un axe et de 30 % avec un suivi à deux axes.

Inconvénients du système de suivi :

• Les coûts d'investissement sont plus élevés.
• L'installation nécessite plus d'entretien. Cela augmente les coûts d'exploitation.
• Le système de suivi nécessite à nouveau de l'électricité.

Installation flottante PV

L'installation flottante PV est une forme particulière d'installation en plein air. Pour ce faire, les modules solaires sont montés sur des flotteurs en plastique. Les coûts d'investissement sont de 20 % à 25 % supérieurs à ceux d'une installation en plein air habituelle sur terre.

Installations couplées au réseau électrique public

Les installations raccordées au réseau sont également appelées installations raccordées au réseau. Elles portent ce nom parce qu'elles sont reliées au réseau électrique public. La majorité des installations PV sont des installations couplées au réseau.

Installations en îlot non couplées

Il existe également des installations PV qui ne sont pas reliées au réseau public. Comme une île dans la mer qui n'est pas reliée à la terre ferme, on les appelle donc des installations isolées. Comme il n'est donc pas possible d'alimenter le réseau public, ces installations sont généralement exploitées en combinaison avec un accumulateur d'électricité.

Comment planifier une installation photovoltaïque

Conditions pour l'utilisation d'une installation PV

Avant de commencer à planifier une installation photovoltaïque, vous devez vérifier les conditions préalables :

• Avez-vous besoin d'un permis de construire pour l'installation ? Pour le savoir, adressez-vous au service local de l'urbanisme.
• Le toit est-il suffisamment solide pour accueillir une installation PV?
• Le rayonnement solaire est-il suffisant pour que l'installation soit rentable ? Pour répondre à cette question, il vaut la peine de jeter un coup d'œil à la "carte de rayonnement du service météorologique allemand" (voir image 3). En Allemagne, c'est pourtant le cas presque partout.
• Comment se présente le financement de l'installation ? De quelles aides pouvez-vous bénéficier ? En utilisant un moteur de recherche, vous trouverez diverses possibilités, par exemple de la KfW-Bank.

Quelle installation PV choisir ?

Vous devez tout d'abord choisir entre une installation sur le toit et une installation au sol. Dans le cas d'une installation en toiture, les questions suivantes se posent :

• Dans quelle direction le toit est-il orienté ?
• S'agit-il d'un toit en pente ou d'un toit plat ?
• La surface du toit est-elle ombragée par des arbres ou des bâtiments environnants ?

L'idéal serait un toit incliné orienté vers le sud avec une pente d'environ 30°. Mais même si votre toit a une inclinaison comprise entre 10° et 60° et qu'il est orienté vers le sud-est ou le sud-ouest, il convient encore à une installation PV. Il en résulte seulement un rendement légèrement inférieur. La prudence est de mise lors de l'abattage de grands arbres pour éviter l'ombrage. Renseignez-vous au préalable pour savoir si cela est autorisé et quelles mesures de compensation vous devrez éventuellement prendre.

Apprenez-en plus sur la planification d'une installation PV .

Soutien par un logiciel PV

Un logiciel photovoltaïque permet de concevoir des installations photovoltaïques de manière optimale en fonction du toit et des modules et onduleurs utilisés, tout en choisissant la meilleure variante possible du système de montage PV. Dans le cas idéal, le logiciel PV vous offre les possibilités suivantes : planification de la conception de l'onduleur, calcul du rendement avec des surfaces d'ombrage optimisées et planification des chaînes.

De combien de mètres carrés d'installation PV avez-vous besoin ?

Selon que vous souhaitez couvrir une partie ou la totalité de vos propres besoins, la quantité de modules que vous utilisez diffère. Si vous vous demandez combien de modules doivent être installés pour couvrir vos besoins en énergie et si vous disposez de la surface nécessaire, l'article suivant vous aidera :

→ Comment calculer les besoins propres pour votre installation PV

Confier le montage et l'installation à un professionnel

Le montage et l'installation de votre nouveau système photovoltaïque devraient en tout cas être confiés à une entreprise spécialisée. En règle générale, nous déconseillons aux profanes d'intervenir eux-mêmes, car le travail avec l'électronique est dangereux et peut mettre en danger aussi bien vous-même que votre entourage. De plus, si l'installation n'est pas effectuée par un professionnel, la garantie des composants de l'installation solaire est généralement annulée.

Vous pouvez vous attendre à ces coûts

En général, les grandes installations PV sont un peu moins chères au niveau du prix du kWh que les petites installations :

• Pour un petit toit de 25 m², les modules coûtent 216 €/m² ou l'installation complète 5 400 €.
• Pour un toit moyen de 50 m², les modules coûtent 180 €/m² ou l'installation complète 9.000 €.
• Pour un grand toit de 72 m², les modules coûtent 172 €/m² ou l'installation complète 12 900 €.

Source : www.solaranlagen-portal.com

Comment exploiter une installation photovoltaïque

Le nettoyage : Des modules sales réduisent les performances

Une installation PV est exposée 24 heures sur 24, 365 jours par an, à toutes sortes d'influences environnementales. La poussière, les déjections d'oiseaux, les chutes de feuilles, le pollen des plantes, etc. La saleté s'accumule surtout aux interfaces entre le cadre et le verre, et la pluie et la neige ne l'enlèvent pas facilement. De la mousse ou du lichen peuvent même s'y installer. Cela signifie que l'installation PV doit être nettoyée à intervalles réguliers. Vous ne devriez vous en occuper vous-même que si toutes les parties de l'installation sont accessibles sans avoir à grimper grâce à des perches télescopiques ou autres. Dans le cas contraire, vous devriez confier ce travail à des entreprises spécialisées dans le nettoyage de panneaux photovoltaïques . Les coûts varient d'une région à l'autre. Comptez entre 1,00 € et 2,50 € par mètre carré de surface de module.

Pour le nettoyage, nous recommandons de l'eau sans calcaire, un détergent non agressif et un chiffon ou une éponge - sans éléments qui grattent.

Assurer un fonctionnement correct grâce à la maintenance et au service

Pour cela, il est préférable de conclure un contrat de maintenance avec l'entreprise qui a installé l'installation. Les experts connaissent déjà votre installation et n'ont pas besoin de se former. L'entretien comprend le contrôle visuel des modules solaires ainsi que la vérification des connexions électriques et des onduleurs. Le coût de cette opération se situe entre 150 et 250 euros pour une maison individuelle.

Couvert par une assurance

Comme votre installation PV est constamment exposée aux influences de l'environnement, une assurance peut s'avérer tout à fait rentable. Les dégâts causés par la grêle, les fortes pluies ou la foudre sont vite arrivés. C'est pourquoi il est judicieux de souscrire une assurance appropriée pour l'installation PV.

Une bonne assurance devrait couvrir les risques suivants :

• Feu
• Tempête
• Grêle
• Pression de la neige
• Surtension
• Morsures d'animaux
• Vol
• négligence grave

Déterminez si des impôts sont dus

Si vous ne consommez pas vous-même toute l'électricité produite par l'installation PV, vous devenez un entrepreneur sur le plan fiscal. La rétribution de l'injection est le prix par kWh,
que l'entreprise énergétique vous paie pour l'électricité injectée dans le réseau public. Un impôt sur le revenu est donc également dû pour la rétribution de l'injection. Tant que vous ne gagnez pas plus de 22.000 euros par an, vous pouvez bénéficier de l'exonération de la TVA pour les petites entreprises.

Si vous ne le faites pas, vous devrez payer la TVA aussi bien sur l'électricité injectée dans le réseau que sur l'électricité que vous consommez vous-même.

Gestion de l'énergie : injection dans le réseau public

Pour injecter votre surplus d'électricité dans le réseau public, vous devez conclure un contrat avec le fournisseur d'énergie public. En règle générale, celui-ci vous loue également un compteur d'injection ou un compteur bidirectionnel.

L'installation PV est d'autant plus intéressante économiquement que vous consommez vous-même de l'électricité. La rétribution de l'injection est nettement inférieure au prix de l'électricité que vous devez payer pour l'électricité achetée. C'est pourquoi il est généralement intéressant d'acheter un accumulateur d'électricité pour faire face aux périodes de faible ensoleillement.

Après combien de temps une installation PV est-elle vraiment rentable ?

Selon le Frauenhofer ISE, une installation PV génère un rendement des capitaux propres d'environ 5 %. Mais chaque installation est différente et cela dépend aussi du comportement de l'exploitant. L'important est d'obtenir une consommation propre d'électricité aussi élevée que possible grâce à l'utilisation d'un accumulateur à batterie et/ou à une commande intelligente.

Cela sera d'autant plus important à l'avenir que le tarif de rachat prévu par la loi sur les énergies renouvelables est en baisse constante. A l'heure actuelle, il n'est pas possible d'évaluer l'évolution de la rétribution du courant injecté.

Le nombre d'années au bout desquelles une installation PV est réellement rentable (après amortissement) dépend des facteurs suivants :

• Coûts d'acquisition
• production d'électricité attendue
• Part d'autoconsommation
• Montant de la rétribution du courant injecté
• Évolution du prix de l'électricité
• Coût du financement
• impôt à payer

En règle générale, une installation photovoltaïque est amortie au bout de neuf à douze ans. Avec une durée de vie d'au moins 20 ans, il vous reste donc de nombreuses années pendant lesquelles vous ferez des bénéfices.

Possibilités de subventions pour votre nouvelle installation photovoltaïque

La KfW (Kreditanstalt für Wiederaufbau) propose des programmes d'aide à l'acquisition et à l'installation de systèmes photovoltaïques, aussi bien pour les nouvelles constructions que pour la modernisation des bâtiments existants. Les aides consistent en des crédits à faible taux d'intérêt avec une, deux ou trois années de démarrage sans intérêt et des durées pouvant aller jusqu'à 20 ans.

Les Länder, les communes et les villes proposent également des programmes d'aide spécifiques pour l'utilisation des énergies renouvelables. Ces aides peuvent également consister en des subventions pour les coûts d'investissement. Différentes banques et la KfW proposent en outre des crédits solaires spéciaux. La particularité de ces crédits réside dans le fait que la rémunération attendue du courant injecté est acceptée comme garantie pour les crédits.