Qu’est-ce qu’une centrale solaire photovoltaïque ?

Vous voyez ce que c’est un panneau solaire photovoltaïque, l’équipement qui produit de l’électricité grâce à la lumière du soleil ?

La centrale solaire en est une version plus grande et plus puissante. Elle regroupe plusieurs panneaux solaires photovoltaïques reliés entre eux en série ou en parallèle qui produisent une importante quantité d’énergie pour alimenter le réseau électrique et/ou les installations locales.

Une centrale solaire photovoltaïque peut être aménagée partout où il y a de la place : sur les toits, les façades, les parkings, les serres, les hangars, au sol, etc. Sa puissance peut aller de quelques kilowatts à plusieurs mégawatts. C’est une solution écologique et économique pour réduire la dépendance aux énergies fossiles et pour lutter contre le réchauffement climatique.

Le fonctionnement d’une centrale solaire photovoltaïque

Découvrez ci-dessous comment fonctionne concrètement une centrale solaire photovoltaïque.

Les principes de base du photovoltaïque

Les panneaux solaires sont constitués de cellules photovoltaïques composées de 2 couches de silicium chargées différemment et reliées entre elles par des fils métalliques pour créer une tension électrique. L’une, dite couche négative N, a des électrons (particules chargées négativement) en trop et l’autre, la couche positive P, n’en a pas assez.

Lorsque des photons ou particules de lumière frappent la surface des panneaux, les électrons de la couche N sont libérés (effet photoélectrique). Ils sont ensuite attirés vers la couche P, et se déplacent vers celle-ci (effet photovoltaïque). C’est ce mouvement d’électrons qui génère un courant électrique continu aux bornes des cellules.

L’intensité du courant produit dépend de l’ensoleillement. Plus la lumière est intense, et plus la surface des panneaux photovoltaïques est importante, et plus la production électrique est élevée.

Les éléments d’une centrale photovoltaïque

Une centrale solaire se compose de plusieurs éléments clés qui ont chacun un rôle spécifique :

• Les panneaux solaires photovoltaïques : en charge de la production de l’électricité verte comme expliqué plus haut. Ils sont disponibles sous différentes technologies (monocristalline, polycristalline, amorphe).
• L’onduleur : c’est l’appareil qui convertit le courant électrique continu en courant alternatif compatible avec le réseau et les appareils électriques. Il permet également de réguler la tension et la fréquence du courant électrique, et de protéger l’installation contre les surtensions ou les courts-circuits.
• Le transformateur : il adapte le niveau de tension du courant électrique produite au niveau de tension du réseau. Il permet également d’isoler électriquement l’installation du réseau.
• Le système de stockage : il stocke l’électricité verte non consommée dans l’immédiat à des fins d’utilisation ultérieure. Lorsqu’on parle de stockage de l’énergie solaire, on fait souvent référence à la batterie solaire.
• Les équipements de supervision : l’ensemble des dispositifs qui permettent de contrôler et de surveiller le bon fonctionnement de l’installation (sécurité et performance).

Le raccordement au réseau électrique

Le raccordement au réseau électrique consiste à connecter l’installation solaire au réseau public d’électricité pour pouvoir y injecter l’électricité produite (ou l’excédent dans le cas d’une installation en autoconsommation). Dans le cas d’une centrale solaire, il se fait généralement (pas toujours, mais très souvent) dans le cadre d’un accord de rachat d’électricité avec le fournisseur d’électricité.

Voici comment cela fonctionne :

1. Pour une installation photovoltaïque de puissance entre 100 et 499 kWc*, le raccordement se fait en basse tension (BT), c’est-à-dire à une tension inférieure à 1 kV, par un point de livraison sur le réseau BT local. Le transformateur, dont le but est de passer la tension au niveau du réseau HTA, est situé chez le GRD (gestionnaire du réseau de distribution), qui est généralement Enedis en France.
2. Pour une installation photovoltaïque de 500 kWc ou plus, le raccordement se fait en haute tension (HT), c’est-à-dire à une tension supérieure à 1 kV, par un poste de livraison connecté à une ligne HTA, ou directement à un poste source pour les projets de très grande puissance. Le transformateur est ici possession du  producteur qui est ici Technique Solaire.

À noter : le raccordement d’une installation solaire au réseau électrique public nécessite une étude préliminaire pour déterminer la faisabilité technique et économique du raccordement. Un accord doit, par ailleurs, être conclu avec le fournisseur d’électricité, qui fixe les conditions et les tarifs si revente y afférentes. L’ensemble du processus est encadré par loi.

Les principaux types de centrales solaires photovoltaïques

 

Au sol, sur plan d’eau ou sur bâtiment, les centrales solaires peuvent être aménagées de différentes manières. Chaque type d’aménagement a ses avantages et présente certains défis.

Les centrales solaires au sol ou flottantes

Les centrales solaires au sol

Les centrales solaires au sol sont des installations montées sur de grandes surfaces de terrain plat, accessibles, exploitées ou non exploitées (pour diverses raisons telle que la dégradation) : on parle souvent de parc solaire. Les panneaux solaires sont fixés sur des structures métalliques ou en bois orientables ou non.

La configuration au sol a l’avantage d’offrir une grande surface d’exposition au soleil, ce qui permet d’optimiser la production d’électricité.

Les centrales solaires flottantes

Les centrales solaires flottantes sont des installations situées sur des plans d’eau (lacs, barrages, bassins de rétention, etc.). Les panneaux solaires sont fixés sur des flotteurs en plastique ou en aluminium qui sont reliés entre eux et ancrés au fond de l’eau.

Cette configuration a l’avantage de profiter du refroidissement naturel de l’eau, ce qui améliore le rendement des cellules photovoltaïques. Elle contribue, par ailleurs, à la valorisation des espaces inexploités et aide à limiter l’évaporation de l’eau.

Technique Solaire est un expert dans la conception, la réalisation et l’exploitation de centrales solaires au sol ou flottantes. Nous vous proposons des solutions sur mesure et clé en main pour vos projets photovoltaïques.

Les centrales solaires sur toiture

Les centrales solaires sur bâtiment sont des installations solaires intégrées au bâti ou surimposées sur une structure existante : toitures, façades, parkings, serres, hangars ou abris climatiques… Une configuration qui permet de valoriser les surfaces inutilisées.

Chez Technique Solaire, nous vous proposons différentes solutions adaptées à vos besoins et à votre activité à savoir :

• L’ombrière photovoltaïque : des panneaux solaires montés sur des structures métalliques couvrant les places de parking.
• Le bâtiment photovoltaïque : les modules sont positionnés au-dessus de la couverture en bac acier (surimposition).
• La volière d’élevage photovoltaïque : des panneaux solaires montés sur des structures métalliques qui couvrent les parcours d’élevage plein air de volailles, de gibier, etc.
• L’abri climatique solaire : des panneaux solaires aménagés sur des structures métalliques qui couvrent les cultures fruitières, les arboricultures, les horticultures, les grandes cultures, les viticultures, etc.
• La serre photovoltaïque : des panneaux solaires montés sur la toiture des serres agricoles, maraîchères, horticoles, arboricoles, pépinières…
• La toiture logistique : des panneaux solaires aménagés sur des toitures neuves.

Les avantages des centrales solaires photovoltaïques

 

L’énergie solaire photovoltaïque offre de nombreux avantages écologiques, économiques et sociaux.

Les avantages environnementaux

Les centrales solaires photovoltaïques :

1. Utilisent une source d’énergie renouvelable, inépuisable et gratuite : le soleil. Contrairement aux énergies fossiles qui s’épuisent à mesure qu’on les consomme et dont l’exploitation contribue au réchauffement climatique, l’énergie solaire est disponible partout et ne génère pas de gaz à effet de serre (GES).
2. Améliorent l’autonomie énergétique : les centrales solaires photovoltaïques permettent de produire de l’électricité localement, sans dépendre des importations d’énergies fossiles ou des réseaux centralisés. Elles mettent à l’abri des pénuries, des coupures, des fluctuations de prix de l’énergie, etc.
3. Sont recyclables : à la fin de leur cycle de vie, ils peuvent être recyclés à plus de 95%, ce qui limite la production de déchets.

Les avantages économiques

Les centrales solaires ont des avantages financiers non négligeables :

1. Elles créent des emplois dans le secteur des énergies renouvelables : la conception, la fabrication, la mise en place, la maintenance et l’exploitation des centrales solaires photovoltaïques nécessitent des compétences et des savoir-faire variés. Leur développement stimule l’emploi local, générant ainsi des postes qualifiés dans un secteur en forte expansion.
2. Elles réduisent les coûts de production de l’électricité à long terme : comme les panneaux solaires, les centrales solaires photovoltaïques ont un coût initial élevé, mais sont très rentables. Une fois installées, elles ne nécessitent que peu d’entretien et ne consomment pas de combustibles. Le coût de production de l’électricité solaire est donc stable et compétitif, contrairement au coût des énergies fossiles ou nucléaires qui sont soumises aux fluctuations du marché ou aux taxes.
3. Elles offrent des avantages économiques pour les hébergeurs (propriétaires de terrains ou de bâtiments) : ces derniers bénéficient de la construction d’un bâtiment financé par Technique Solaire. Dans certains cas, ils peuvent également percevoir un revenu complémentaire grâce au loyer versé par Technique Solaire en contrepartie de l’exploitation de la centrale. 

Les perspectives d’avenir

L’investissement dans le solaire représente une avancée significative vers le développement durable et la transition énergétique. Mais malgré ses avantages, il y a encore certains défis qui font barrière à son déploiement. Par exemple, le coût initial de l’installation, la variabilité de la production selon la météo, le stockage et le transport de l’électricité. Or, les progrès techniques et les initiatives pour surmonter ces obstacles sont très prometteurs.

Aujourd’hui, de nouvelles solutions émergent pour améliorer le rendement, la durée de vie, le recyclage ou l’intégration des panneaux solaires. Parmi ces innovations, on peut citer :

• Le stockage de l’électricité qui permet de pallier l’intermittence de la production solaire et de mieux gérer la demande.
• Les systèmes mobiles, qui permettent d’orienter les panneaux en fonction du soleil, augmentent ainsi la production.
• Les nouveaux modèles d’offre ou de valorisation comme le PPA (Power Purchase Agreement) qui consiste à vendre l’électricité produite à un prix fixe sur une longue durée, ou l’autoconsommation qui consiste à consommer sa propre production d’électricité.

Quoi qu’il en soit, l’émergence de pratiques novatrices telles que l’agrivoltaïsme – qui allie production d’électricité solaire et agriculture – est un exemple parmi d’autres de l’expansion et de l’innovation continue dans le secteur photovoltaïque. Cela illustre bien son potentiel et sa promesse de croissance continue sur les années à venir.

Comment optimiser la production d’une centrale photovoltaïque ? 

Optimiser la production d’une centrale photovoltaïque est essentiel pour pouvoir en tirer le meilleur parti : maximiser le rendement de l’investissement, garantir une production d’énergie assez constante (même face aux variations climatiques et à l’usure des équipements) et contribuer plus efficacement à la transition énergétique. 

Plusieurs solutions existent pour maintenir une performance optimale tout au long de l’année. 

Entretien et maintenance des panneaux 

Les panneaux solaires sont conçus pour fonctionner pendant 20 ans (voire 30 ans), mais pour garantir leur performance, un entretien régulier est indispensable. Des dépôts de poussière, de feuilles ou de neige peuvent réduire la capacité des cellules photovoltaïques à capter la lumière solaire. Ce qui aura pour conséquence une baisse de production. Il est donc recommandé d’effectuer un nettoyage périodique, notamment dans les zones sujettes à de fortes accumulations de poussière ou de sable. 

La maintenance ne se limite pas au nettoyage. Il est important de vérifier régulièrement l’état : 

• Des connexions électriques, des supports et des câbles pour prévenir tout dysfonctionnement ou court-circuit.  
• Des onduleurs et des transformateurs pour éviter les pertes d’énergie dues à des équipements défectueux. 

Monitoring de la production 

Le monitoring ou surveillance en temps réel de la production est incontournable pour identifier rapidement toute baisse de performance. Grâce à des outils avancés, il est possible de suivre en temps réel la quantité d’énergie produite, les pertes éventuelles et les anomalies potentielles. 

Ces systèmes permettent aux exploitants de la centrale de recevoir des alertes en cas de baisse de production anormale, facilitant ainsi l’intervention rapide pour corriger le problème. Ils offrent également une vision d’ensemble sur l’évolution de la production au fil des mois, ce qui permet d’ajuster les stratégies d’optimisation en conséquence. 

Autres solutions pour maximiser le rendement tout au long de l’année 

Ci-dessous quelques pratiques pouvant aider à maintenir un rendement optimal, quelle que soit la saison. 

Stockage de l’énergie solaire 

L’une des solutions les plus efficaces pour maximiser la production d’une centrale est le stockage de l’énergie. Les batteries solaires permettent de stocker l’électricité verte produite pendant les périodes d’ensoleillement intense pour l’utiliser ultérieurement, par exemple la nuit ou durant les jours nuageux. Cette solution assure une continuité de l’approvisionnement énergétique, même lorsque la production est interrompue. 

Nettoyage saisonnier intensifié 

L’intensité du nettoyage varie selon les saisons. Par exemple, après une saison de pollen ou de vent fort, un nettoyage intensifié est nécessaire pour éliminer les saletés accumulées. Ce type de maintenance saisonnière garantit que les panneaux continuent de recevoir un maximum de lumière et évite les pertes de rendement. 

Suivi solaire actif 

Le suivi solaire actif ou tracking (au moyen d’un tracker solaire) est une technologie permettant aux panneaux de suivre la course du soleil tout au long de la journée.  

Contrairement aux systèmes fixes, les panneaux solaires équipés de suiveurs augmentent leur rendement en ajustant leur position pour capter les rayons du soleil de manière optimale. 

Optimisation des onduleurs 

Les onduleurs jouent un rôle central dans la conversion de l’électricité produite par les panneaux d’un courant continu en courant alternatif – compatible avec le réseau électrique. Il faut s’assurer qu’ils fonctionnent correctement et les remplacer en cas de vieillissement ou de baisse d’efficacité.

Les onduleurs de dernière génération intègrent souvent des systèmes d’optimisation qui permettent de minimiser les pertes de conversion et de maximiser la production d’énergie. 

Mise en place de refroidissement passif 

Les panneaux solaires, comme tout autre équipement électrique, peuvent surchauffer lorsqu’ils fonctionnent, ce qui entraîne une baisse de leur performance. La mise en place d’un système de refroidissement peut aider à pallier ce problème et à maintenir un rendement optimal. Le refroidissement passif consiste en la mise en œuvre de systèmes de ventilation, de matériaux réfléchissants, etc. pour abaisser la température des panneaux solaires et des équipements essentiels à leur exploitation  

Parmi les solutions innovantes, on trouve : 

Hydrogels intelligents 

La start-up A&B Smart Materials a développé des hydrogels intelligents capables d’absorber l’eau atmosphérique la nuit et de la libérer par évaporation le jour. Ce matériau passif régule ainsi la température des cellules photovoltaïques, les protégeant du risque de surchauffe pendant les heures de fonctionnement. Cette technologie présente l’avantage d’être moins coûteuse et de nécessiter peu d’entretien par rapport aux solutions de refroidissement traditionnelles. Elle pourrait augmenter la production d’électricité des panneaux solaires d’environ 5% 

Matériaux à changement de phase (MCP) 

Des chercheurs de l’Université de Sohag en Égypte ont exploré l’utilisation de matériaux à changement de phase, notamment la cire de paraffine RT-42, pour le refroidissement passif des panneaux solaires  

Les MCP peuvent absorber, stocker et libérer de grandes quantités de chaleur latente sur une amplitude thermique donnée. Dans leur étude, les scientifiques ont placé un système de refroidissement utilisant ce MCP sur un panneau solaire polycristallin et ont comparé ses performances à celles d’un panneau de référence sans système de refroidissement. Ils ont constaté que ce matériau à changement de phase améliorait la puissance de plus de 15% par rapport à un module de référence sans refroidissement.