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L'effet photovoltaïque a été officialisé par Becquerel en 1839 comme étant la capacité à produire de l'électricité à partir de lumière. Les photons alimentent en énergie un matériau semi-conducteur de sorte à créer un courant électrique continu collecté sur une grille métallique. Le rendement varie entre 8 et 20 % selon la performance du système – les technologies à couche mince ont un rendement plus limité à 8 % par rapport aux technologies silicium à 15 %.
Une cellule est de taille limitée, elles sont assemblées en série ou parallèle sous la forme de modules, dont la dimension standard pour 60 cellules est de 1,5 m², pour 15 kg, et d'une puissance nominale de 280 W.
Soit l'ensoleillement dans ma région[1] alors, la production potentielle serait de l'ordre de 175 kWh.m⁻².an⁻¹, ou 480 Wh.m⁻².j⁻¹, pour une estimation à 9 kWh.j⁻¹. C'est 5 équivalent humains[2].
Une cellule photovoltaïque produit un courant continu. Pour son transport, celui-ci est d'abord transformé en courant alternatif, puis retransformé pour sa consommation. C'est le rôle d'un onduleur. Ceux-ci ont une durée de vie d'une dizaine d'années, et il en existe différents types selon leur position dans un système.
À noter que la conversion AC-DC n'est pas complète, une part de l'énergie est perdue, estimée à 30 %[3].
Le marché offre principalement une technologie basée sur le silicium. Bien que celle-ci n'implique pas de matériaux précieux, les ressources sont principalement importées d'Asie, et l'extraction de silicium n'a pas été jugée économiquement viable en Europe. Ces systèmes dit « silicium cristallins » sont composés de :
verre à 75 % ;
aluminium à 12 % ;
cuivre ou argent à 1 % ;
silicium cristallin à 4 % ;
plastique à 8 %.
Verre et aluminium sont recyclables à l'infini, ce qui fait qu'un panneau est théoriquement recyclé à hauteur de 87 % – métal et silicium sont limités dans leur réutilisation.
La durée de vie d'un système est supérieure à 20 ans (avec une garantie de production d'au moins 80 % de la puissance initiale à 25 ans[4]) tandis que le temps de retour énergétique (au bout de laquelle une production compense l'énergie de production, d'installation, et de recyclage) est estimée à 1 an[5].
Un système photovoltaïque présente des coûts :
à l'achat estimé à 3 €.W⁻¹ ;
pour l'onduleur a 0,6 €.W⁻¹ tous les 10 ans ;
surcoût d'assurance à 50 €.an⁻¹.
Pour les systèmes de taille significative des aides et taxes s'appliquent également.
Pour un rendement optimal, une cellule photovoltaïque doit être perpendiculaire aux flux lumineux. Une explication à cela serait l'encombrement des particules à la source de la densité énergétique reçue[6]. Simple sur le papier, contrôler l'inclinaison est une tâche compliquée étant donné que la position du Soleil dans le ciel n'est pas fixe. À défaut d'avoir un suivi continu de sa position – Relativement complexe à mettre en œuvre – des compromis doivent être faits sur la fréquence de modification de l'inclinaison.
Des calculateurs existent pour cela et l'inclinaison optimale pour mon logement serait entre 20° et 66° – par rapport à la verticale –, respectivement pour les mois de décembre et juin. Autrement dit, une installation fixe serait optimale à 43° pour une production constante, tandis que pour une fréquence de réglage semestriel des angles de 27° et 59° semblent optimales.
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