L’analyse comparative des systèmes PV révèle que les micro-systèmes hybrides peuvent transformer l’approvisionnement énergétique dans les zones rurales du Cameroun. Avec une capacité de production significative et une réduction des émissions de CO2, cette recherche est cruciale pour le développement durable et l’innovation technologique.
Panneau photovoltaïque
Les panneaux PV sont obtenus à partir de l’association de plusieurs modules montés en série/parallèle (figure I.14 et I. 15) selon la puissance crête souhaitée et aussi selon le constructeur.
Installations photovoltaïques
Une association série de plusieurs cellules donne un module et une association série et/ou parallèle de plusieurs modules permet de réaliser un panneau photovoltaïque. Plusieurs panneaux regroupés dans une centrale solaire photovoltaïque sont appelés champ photovoltaïque ou générateur photovoltaïque (GPV).
Figure I. 16: Distinction terminologie [20]
Différentes configurations des installations photovoltaïques
Généralement une installation photovoltaïque comprend les éléments suivants : un générateur photovoltaïque ;
un convertisseur statique continu / continu (DC/DC) ; un convertisseur statique continu / alternatif (DC/AC) ; un système de régulation et de stockage ;
une source auxiliaire d’appoints.
Différents types d’installation de systèmes PV
Un système PV se compose d’un champ de modules et d’un ensemble de composants encore appelé ”Balance of System (BoS)” (la structure rigide (fixe ou mobile) pour poser ces modules, le câblage, la batterie en cas de stockage, son régulateur de charge et l’onduleur lorsque les appareils fonctionnent en courant alternatif) qui adapte l’électricité produite par les panneaux aux spécifications des récepteurs.
On peut avoir :
Les installations de systèmes PV autonomes
Les installations de systèmes PV autonomes permettent de produire l’énergie électrique immédiatement utilisée soit pour le pompage, la ventilation, etc.…) ou le stockage dans des batteries en vue d’une utilisation ultérieure. C’est ce type d’installation qu’on retrouve dans les sites isolés (voir figure I.17).
Figure I. 17: Installations PV autonome [20]
Les installations de systèmes PV couplées au réseau
Les installations de systèmes PV couplées au réseau peuvent s’affranchir du coût et de la problématique du stockage de l’électricité. Cependant, ces systèmes ne peuvent fonctionner qu’en présence du réseau de distribution car, lorsqu’une coupure de ce dernier survient bien qu’ayant son propre système de production d’électricité, le producteur indépendant se trouve privé d’électricité parce que l’onduleur ne fonctionne qu’en présence du réseau de distribution et une éventuelle panne de ce dernier rend inopérationnel le système de production d’origine renouvelable. Un onduleur réversible est donc nécessaire si on a une charge à courant continu [12].
Le principal avantage des systèmes PV couplés au réseau de distribution est qu’ils permettent de fournir au réseau public et d’alimenter les consommateurs voisins si la production locale est supérieure à la consommation (revendre l’énergie produite au fournisseur du réseau). Ils permettent aussi de fournir au réseau local et d’alimenter les consommateurs locaux si la production de la centrale est inférieure à la consommation locale (voir figure I.18).
Figure I. 18: Installation PV couplée au réseau [20]
Dans ce deuxième cas, on distingue deux types de configurations :
Les systèmes PV à couplage direct au réseau dont l’énergie produite par le GPV est directement couplée au réseau électrique à l’aide d’un onduleur locale (voir figure I.19).
Les systèmes PV à bus continu intermédiaire dont le GPV est connecté à un bus continu par l’intermédiaire d’un convertisseur continu-continu et un onduleur délivre une tension modulée pouvant être injectée dans le réseau locale (voir figure I.20 ).
Les deux schémas de principe ci-dessous illustrent les systèmes PV couplés au réseau
[12][23][24].
Figure I. 19: Injection des excédents de la production au réseau (à gauche) et Injection de la totalité de la production au réseau (à droite) [20]
Avantages et les inconvénients de l’énergie photovoltaïque
I.3.5.7.1 Avantages de l’énergie photovoltaïque
L’énergie solaire est gratuite et elle n’a pas besoin d’aucun carburant et ne produit aucune pollution [30] [77].
Dans les pays ensoleillés, l’énergie solaire peut être employée dans les endroits isolés où il n’y a pas de moyen facile d’avoir de l’électricité :
Son utilisation est pratique pour des utilisations nécessitant peu d’énergies telles que les lampadaires de jardin et les chargeurs de batteries ;
Son carburant est gratuit : le soleil est la seule ressource dont on a besoin d’un seul panneau solaire pour produire l’énergie et en plus il brillera jusqu’à la fin des temps. La plupart des cellules photovoltaïques sont fabriquées à base de silicium, un matériau abondant et non toxique (second matériau le plus abondant sur Terre) ;
L’énergie solaire photovoltaïque ne génère ni bruit ni émissions nocives, ni gaz polluants : l’électricité solaire utilise seulement l’énergie du soleil comme carburant. Elle ne crée aucun co-produit nocif et contribue activement à réduire le réchauffement climatique ;
Les systèmes photovoltaïques sont très sûrs et d’une grande fiabilité : l’espérance de vie d’un panneau solaire est d’environ 30 ans et la performance des cellules photovoltaïques est généralement garantie par les fabricants pour une durée de 20 à 25 ans et le photovoltaïque est donc une technologie fiable sur le long terme. De plus, la fiabilité des produits est garantie aux consommateurs ;
Les panneaux photovoltaïques sont recyclables et les matériaux utilisés pour leur production (silicium, verre, aluminium, etc.) peuvent être réutilisés ;
L’énergie solaire photovoltaïque exige peu de maintenance : les modules solaires ne nécessitent pratiquement aucune maintenance et sont faciles à installer ;
L’énergie solaire photovoltaïque fournit de l’électricité aux zones rurales les plus isolées : les systèmes photovoltaïques apportent une valeur ajoutée aux zones rurales (en particulier dans les pays en développement où il n’y a pas de réseau électrique disponible).
L’énergie solaire photovoltaïque peut être intégrée de manière esthétique dans les bâtiments : les modules solaires peuvent couvrir toits et façades, contribuant ainsi à l’autonomie énergétique des bâtiments et ils sont silencieux et peuvent être installés de manière très esthétique ;
L’énergie solaire captée par la terre pendant une heure pourrait suffire à la consommation mondiale pendant une année: au total ce rayonnement représente 1, 6 milliards de TWh soit 8 000 fois la consommation énergétique annuelle mondiale.
I.3.5.7.2. Inconvénients de l’énergie photovoltaïque
L’énergie PV présente les inconvénients suivants :
La fabrication du module photovoltaïque relève de la haute technologie et requiert des investissements d’un coût élevé ;
Le rendement réel de conversion d’un module est faible (la limite théorique pour une cellule au silicium cristallin est de 28%) ;
Les générateurs photovoltaïques ne sont compétitifs par rapport aux générateurs diesel que pour des faibles demandes d’énergie en région isolée ;
Lorsque le stockage de l’énergie électrique sous forme chimique (batterie) est nécessaire, le coût du générateur photovoltaïque est accru. La fiabilité et les performances du système restent cependant équivalentes pour autant que la batterie et les composants de régulation associés soient judicieusement choisis ;
Tributaire des conditions météorologiques ;
Beaucoup d’appareils vendus dans le marché fonctionnent au 220 à 230 V alternatif. Or, l’énergie issus du générateur PV est unidirectionnelle et de faible voltage (<30V), elle doit donc être transformée par l’intermédiaire d’un onduleur et même être élevée par un convertisseur.
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Questions Fréquemment Posées
Quels sont les composants d’une installation photovoltaïque ?
Une installation photovoltaïque comprend un générateur photovoltaïque, un convertisseur statique continu / continu (DC/DC), un convertisseur statique continu / alternatif (DC/AC), un système de régulation et de stockage, et une source auxiliaire d’appoints.
Quelles sont les différences entre les systèmes PV autonomes et couplés au réseau ?
Les systèmes PV autonomes permettent de produire l’énergie électrique immédiatement utilisée ou de la stocker dans des batteries, tandis que les systèmes PV couplés au réseau fonctionnent en présence du réseau de distribution et peuvent revendre l’énergie produite au fournisseur du réseau.
Quels sont les avantages des systèmes photovoltaïques couplés au réseau ?
Les systèmes PV couplés au réseau permettent de fournir au réseau public et d’alimenter les consommateurs voisins si la production locale est supérieure à la consommation, et ils peuvent également alimenter les consommateurs locaux si la production est inférieure à la consommation locale.