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Le solaire photovoltaïque
Une installation solaire photovoltaïque permet de couvrir dans nos régions 100% de la consommation électrique d’un logement.
Fonctionnement
Les installations solaires photovoltaïques (PV) peuvent être scindées en deux grandes catégories : les installations connectées au réseau et celles autonomes.
A. Installations solaires photovoltaïques "AC" connectées au réseau
Dans les installations PV classiques, le réseau de distribution électrique publique joue le rôle d’accumulateur de l’énergie produite le jour mais requise le plus souvent en dehors des périodes d’ensoleillement.
Une telle installation est composée principalement des éléments suivants.
1. Un champ de modules solaires photovoltaïques, aussi communément appelés "panneaux solaires", orientés vers le soleil et le plus souvent montés en surimposition sur une toiture, voire éventuellement intégrés dans celle-ci : le générateur PV, qui produit un courant continu
2. Un boîtier de raccordement du générateur PV, proche de celui-ci, avec idéalement des équipements de protection électrique (parafoudre, protection incendie)
3. Des câbles de raccordement en courant continu
4. Un disjoncteur du courant continu et un onduleur qui transforme ce courant continu du générateur PV en courant alternatif domestique
5. Un compteur électrique dit "vert", permettant de comptabiliser l'énergie produite grâce au soleil, important pour le calcul des primes (voir Avantages financiers)
6. Un disjoncteur et le raccordement au tableau de distribution existant
7. Le compteur électrique de fourniture existant qui tournera "à l’envers" en cas de production solaire supérieure à sa propre consommation électrique
8. Le circuit électrique existant du bâtiment
En journée, l’installation photovoltaïque proprement dite (éléments 1, 2, 3, 4 et 5 de l'illustration ci-dessus) produira de l’électricité (flèches vertes sur le schéma) qui sera en grande partie injectée dans le réseau électrique public puisque supérieure à la consommation du logement, le compteur électrique de fourniture (7) tournera à l’envers.
Le soir et la nuit, lorsque que le ménage consomme plus d’électricité que celle produite grâce au soleil, le compteur de fourniture (7) tournera alors à l’endroit puisque cette électricité sera fournie principalement par le réseau public (flèches noires).
Comme en Belgique les fournisseurs d'électricité ne rétribuent pas ou presque pas une production photovoltaïque nette excédentaire, à l’instar de ce qui ce fait dans d'autres pays, il n’y est économiquement pas intéressant à l’heure actuelle de "surdimensionner" une installation*. Celle-ci sera donc calculée de sorte que l’énergie électrique solaire produite annuellement sera juste inférieure voire égale à la consommation électrique annuelle, afin que la variation nette totale de l’indexe du compteur électrique de fourniture (7) en fin d’année soit toujours positif mais proche de zéro. Autrement dit, d’avoir en fin d’année une consommation d’électricité de la part du fournisseur, donc une facture d’électricité, la plus basse possible.
* Ceci dit, au cas où l'acquisition d'un véhicule électrique (10) alimenté par une borne de recharge (9) est envisagée, il sera dans ce cas opportun de surdimensionner l'installation photovoltaïque (1a).
Variante - les installations PV connectées au réseau avec stockage
Il est possible d'ajouter à une installation classique en couplage AC une banque de batteries (au plomb ou au lithium) afin de stocker le jour l'énergie produite par les modules PV, pour la récupérer le soir.
Mis à part pour se protéger contre d'éventuels blackouts, ce type d'installation extrêmement coûteuse n'a aucun intérêt économique en Belgique où règne le bien-heureux principe de "compensation" (compteur qui tourne à l'envers). Il est par contre très intéressant dans les pays où l'électricité injectée dans le réseau le jour est en fait vendue au fournisseur à un tarif inférieur à celui pour lequel il doit lui être racheté le soir et la nuit, en Allemagne par exemple.
B. Installations solaires photovoltaïques autonomes "CC"
Les installations autonomes en couplage CC (Courant Continu, par opposition à "AC", soit CA, Courant Alternatif) sont souvent utilisées dans des maisons de campagne ou des huttes sans raccordement au réseau électrique domestique, dans des caravanes, camping-cars et bateaux. Le dimensionnement de ces installations autonomes est dépendant de la quantité d’énergie requise.
Une telle installation est composée des éléments suivants.
1. Un ou plusieurs modules solaires photovoltaïques montés le plus souvent sur la toiture du bâtiment ou du véhicule : le générateur PV
2. Un boîtier de raccordement du générateur, proche de celui-ci, avec ses équipements de protection électrique (parafoudre, protection incendie)
3. Des câbles de raccordement en courant continu
4. Un régulateur de tension et chargeur de batterie
5. Un groupe de batteries dites "solaires" car optimisées pour cette application
6. Le circuit électrique existant de consommateurs basse tension (12V ou 24V), p. ex. un petit réfrigérateur, des éclairages LED, un ordinateur portable
7. Un petit onduleur qui transforme le courant continu du générateur PV en courant alternatif domestique 230V
8. Le circuit électrique existant de consommateurs haute tension (230V), p. ex. un aspirateur ou une télévision
Comme encore une fois la production d’énergie électrique solaire diurne coïncide rarement avec la consommation nocturne des appareils connectés (lampes, réfrigérateurs, radio, télévision etc.), l'électricité produite en journée par l'installation solaire (éléments 1, 2, 3 et 4 de l'illustration) et non consommée immédiatement sera cette fois-ci stockée dans les batteries (5), pour être ensuite utilisée le soir et la nuit directement par le circuit de consommateurs basse tension (6) et par celui haute tension (8) via un onduleur (7). Le régulateur de tension (4) entre les batteries et les consommateurs veillera à éviter une décharge profonde des batteries en coupant l'alimentation en cas de tension trop basse ce celles-ci.
Il est possible de combiner la production autonome d’énergie solaire avec celle d’une autre source autonome, par exemple une éolienne ou un groupe électrogène, l’on parle dans ce cas d’une installation autonome mixte.
Variante - les installations PV autonomes en couplage CC avec backup réseau mais sans injection dans celui-ci (installations "PV zéro-injection CC")
Une application intéressante lorsque l'on dispose d'un raccordement électrique publique consiste à coupler une installation PV autonome CC avec un mécanisme de commutation automatique entre elle et le réseau électrique publique, lorsque les batteries sont épuisées.
Cette variante certes plus coûteuse au départ qu'une Installation PV classique présente cependant de nombreux avantages.
1. Pour l'utilisateur :
Autonomie maximale (modules PV + batterie) en cas de blackout même prolongé
Flexibilité en cas de nouveaux besoins à venir (p. ex. véhicules électriques)
Pas de redevance éventuelle à venir d'utilisation du réseau électrique
Indépendance totale face à d'autres mesures rétroactives à venir relatives aux systèmes de subventions (cfr. épisode des Certificats Verts il y a quelques années)
Moins voire plus aucune bureaucratie administrative et fiscale
Economie la plus sûre à long terme
2. Pour les gestionnaires de réseaux et les fournisseurs d'électricité :
Délestage des réseau - plus besoins d'en augmenter à posteriori la capacité
Diminutions des charges administratives (gestion des systèmes de subventions)
Moins d'utilisation par les "prosumers" (producteurs-consommateurs) du coûteux principe de compensation "net metering"
Nouvelles opportunités de business (leasing du système + tarifs spéciaux liés)
3. Pour la communauté, le contribuable, l'environnement :
Diminution du montant de la facture électrique (le financement de systèmes de subventions coûte moins)
Diminution des émissions polluantes nocturnes par les énergies fossiles
Passage d'un modèle de rentabilité financière à un modèle d'économie d'énergie
Amélioration de l'image du photovoltaïque
Comparatif
Pour résumer, voici un comparatif des avantages et inconvénients des 3 types d'installations PV principaux décrits plus haut.
D'un point de vue financier, une installation solaire photovoltaïque classique subsidiée grâce au mécanisme de soutien actuel QUALIWATT reste la plus économique à court et moyen terme. Celle "zéro injection" qui présente certes le plus d'avantages ne devient particulièrement intéressante économiquement qu'à long terme.
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