Les infrastructures de réseaux de communication dans le bâtiment de demain
Réussir votre installation photovoltaïque
1.
2. La technologie photovoltaïque,
une réalité
La technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie des
solutions qui permettront à la fois de diversifier les sources d’énergie
et de préserver la planète en luttant contre l’effet de serre.
Du module photovoltaïque, jusqu’à la production d’énergie au
réseau électrique, les équipements qui composent l’installation
photovoltaïque relèvent de l’activité des constructeurs et des
metteurs en œuvre du secteur électrique.
Ce marché à haut niveau d’exigence en matière de sécurité et
de qualité est en forte croissance. Il est passé en une décennie
d’un stade expérimental à un stade industriel qui appelle à une
professionnalisation s’appuyant sur la normalisation des règles
d’installation, des composants et de leur mise en œuvre.
La maîtrise de cette technologie photovoltaïque est une
opportunité pour les constructeurs de matériels électriques
regroupés au sein du Gimélec de démontrer leur implication
dans la recherche de solutions pour optimiser les installations
électriques concourant à la préservation de l’environnement.
C’est une profession consciente de sa responsabilité
qui vous propose cette plaquette d’information.
3. Les principes
La conversion d’énergie solaire
en énergie électrique
La transformation du courant continu
en courant alternatif
En frappant les cellules semi-
conductrices à base de silicium (ou
d’autres matériaux) qui constituent
le panneau solaire, les photons du
rayonnement solaire provoquent
l’apparition d’un courant électrique
continu de l’ordre de quelques
ampères sous une tension de l’ordre
de quelques centaines de millivolts.
Afin d’augmenter la tension, les
cellules sont assemblées en séries
pour former des modules (« panneaux
solaires »). Les modules sont à
leur tour mis en séries appelées
« chaînes » (‘strings’) et les chaînes
mises en parallèle pour obtenir des
générateurs (‘arrays’). Ces derniers
peuvent aller de quelques centaines
de VA à plusieurs MVA.
Le courant continu produit
varie en permanence en fonction
de l’intensité lumineuse reçue et
de la température.
L’unité de mesure photovoltaïque est
le Watt-crête (Wc). C’est la puissance
théorique exprimée en Wc ou en
kWc d’une installation lorsqu’elle
est soumise à un éclairement
de 1000 W/m2
perpendiculaire
à la surface des capteurs, à une
température conventionnelle de 25°C.
L’énergie électrique est distribuée
et utilisée principalement sous forme
de courant alternatif. C’est pourquoi
l’énergie photovoltaïque produite
en courant continu doit faire
l’objet d’une conversion en courant
alternatif à l’aide d’un onduleur.
L’impératif de rendement optimum
du système complet impose que
l’onduleur s’adapte aux variations de
la puissance (celle-ci étant fonction
de l’ensoleillement), tout en restant
synchronisé sur le réseau alternatif
de distribution.
En outre, le système présente les
spécificités suivantes :
• Etant impossible d’arrêter
l’ensoleillement, l’énergie toujours
présente engendre des risques
d’électrocution ou d’incendie. Ces
risques sont anticipés par la mise
en œuvre de coffrets, canalisations,
connectiques très sécurisées en
plus des dispositions constructives
particulièrement sévères des
panneaux photovoltaïques.
• L’installation en courant continu
nécessite la mise en œuvre
d’appareillage de commande, de
coupure et de protection dédié à
ce type de tension.
• L’exposition à la foudre des
infrastructures et des capteurs
prédispose ces installations aux
surtensions engendrées. Une mise
en œuvre adaptée de parafoudre est
nécessaire à ce niveau de réseau.
La fourniture et la mise en place de
dispositifs adaptés pour garantir
la sûreté de fonctionnement et
d’exploitationdecetyped’installation
implique la contribution de
professionnels avertis.
Photons
Zone dopée N
Zone dopée P
(tranche de silicium)
300 µm
Schéma symbolique d’un onduleur
Courant continu
Courant alternatif
L
N
Principe d’un panneau photovoltaïque
4. À l’échelle mondiale comme en
Europe, les 7 dernières années ont
vu la puissance installée multipliée
par 10 ce qui a permis une réduction
des coûts de 40% pour les systèmes
et de 30% pour les modules.
Les études récentes affichent une
capacité cumulée au niveau mondial
de 800 GWc à 1800 GWc en 2030,
ce qui représenterait plus de 20% de
la production d’électricité.
En France, les prévisions du
Grenelle de l’environnement fixent
un objectif national à 5,4 GWc d’ici
2020. Cependant une vision du
marché s’appuyant sur la prospective
de pénétration prioritaire du
photovoltaïque dans le bâtiment neuf
permet d’envisager pour 2020 une
puissance installée de 13,4 GWc soit
le triple de cet objectif, si l’on inclut
les centrales au sol.
Les enjeux
Un énorme potentiel
Les sources d’énergies
renouvelables
offrent l’équivalent
de 3078 fois la
consommation actuelle
mondiale d’énergie
(UVS e.V. / Source DLR,
Dr Nitsch)
En 2050, 20 % de
l’énergie utilisée dans
le monde sera produite
par des installations
photovoltaïques
(DENA/ Source WBGU)
France :
une croissance
exponentielle
MWc installés annuellement en France
Taux d’énergie primaire [EJ/an]
0
50
100
150
200
250
300
350
400
20122011201020092008200720062005
2100205020402030202020102000
0
200
400
600
800
1000
1200
1400
1600
Solaire (photovoltaïque
et thermo-électrique)
et solaire thermique
Autres énergies renouvelables
dont éolien et géothermie
Biomasse
Nucléaire
Energies fossiles
Les sources d’énergies renouvelables
offrent l’équivalent de 3078 fois
la consommation actuelle
mondiale d’énergie
Rayonnement
solaire direct
2850 fois
Vent
200 fois Biomasse
20 fois
Géothermie
20 fois
Océans
2 fois
Hydro-électrique
1 fois
5. L’efficacité énergétique et la
réduction des émissions de gaz à
effet de serre sont des éléments
majeurs pris en compte par le secteur
de la construction de bâtiments. En
effet, l’habitat (tertiaire et résidentiel)
représente environ 40% de la
consommation énergétique française.
Les constructeurs du Gimélec
apportent des réponses au défi
énergétique de ce siècle. Ils
s’organisent et travaillent ensemble
pour que les innovations apportées
par la recherche deviennent une
réalité à l’échelle industrielle.
Les solutions proposées en
technologie photovoltaïque en
constituent un parfait exemple.
Elles englobent la totalité de
l’installation électrique depuis la
boîte de jonction positionnée en aval
des cellules photovoltaïques, jusqu’au
raccordement au réseau public.
L’environnement
L’objectif européen des 3 x 20
Présenté le 23 janvier 2008, le
« paquet climat – énergie » de la
commission européenne propose un
objectif dit des « 3 x 20 » :
Arriver d’ici 2020 à…
• 20% d’économies d’énergie
• 20% de réduction des émissions
de gaz à effet de serre
• 20% d’énergie renouvelable dans
la consommation totale d’énergie
L’atteinte du premier objectif
nécessitera une amélioration
considérable de l’efficacité
énergétique des bâtiments et loge-
ments en réduisant la consomma-
tion énergétique d’une moyenne de
250 kWh/m2
/an aujourd’hui à moins
de 100 kWh/m2
/an en 2020.
L’investissement
Le photovoltaïque est un excellent
outil pour atteindre les deux autres
objectifs, puisque :
• Un module photovoltaïque est conçu
pour durer de l’ordre de 20 ans.
• Il rembourse en 2 à 4 ans,
suivant son exposition et son lieu
d’installation,l’énergie nécessaire à
sa production.
• Sa production d’énergie n’est
accompagnée d’aucune émission
de gaz à effets de serre.
• 25 m2
de modules photovoltaïques
permettent de produire l’équivalent
de la consommation électrique
moyenne annuelle d’un ménage
(3500 kWh par an).
Facilement intégrable au bâtiment,
le photovoltaïque est donc le
complément idéal aux mesures
d’amélioration de la performance
Logement économe
Logement énergivore
Logement
kWh/m2
/an
≤ 50 A
51 à 90 B
91 à 150 C
151 à 230 D
231 à 330 E
331 à 450 F
450 G
énergétique pour atteindre le
« bâtiment zéro énergie », dont la
production et la consommation
s’équilibreront.
Des conditions favorables
pour investir
Pour favoriser le développement de
l’énergie photovoltaïque et enclencher
le cercle vertueux augmentation du
volume – réduction des coûts,les
pouvoirs publics ont mis en place
différents dispositifs incitatifs qui
peuvent être classés en trois catégories :
1 - L’obligation d’achat
et le tarif d’achat
La loi n° 2000-108 du 10 février 2000
relative à la modernisation et au
développement du service public
de l’électricité a introduit la notion
d’obligation d’achat.
…
Une rentabilité
croissante
En France, une
parité du coût
avec l’électricité
conventionnelle
devrait être
atteinte entre
2014 et 2019,
en fonction des
utilisations.
(UVS e.V. / Source
RWE Schott Solar)
Espagne
France
Allemagne
Evolution du coût de l’électricité photovoltaïque (EUR/kWh)
0
0,2
0,4
0,6
0,8
20402030202020102000
Heures de pointe
Coût de l’électricité
conventionnelle
Heures creuses
Zone de rentabilité
de l’électricité
photovoltaïque
6. Une réalité
La première maison d’habitation résidentielle
alimentée par des cellules photovoltaïques a été
construite à l’Université de Delaware (USA) en 1973.
Au cours des cinq dernières années, la production de
modules photovoltaïques et leur utilisation en Europe
ont augmenté de façon spectaculaire en s’étendant aux
fermes solaires puis aux bâtiments tertiaires.
Le marché s’articule autour de quatre segments :
• la maison individuelle (2 à 5 kWc),
• le bâtiment collectif (5 à 100 kWc),
• les toitures industrielles ou grand tertiaires
(au-delà de 250 kWc),
• et les centrales au sol ou « fermes solaires »
(plusieurs MWc).
Cette notion oblige les distributeurs
à conclure, si les producteurs
intéressés en font la demande, un
contrat pour l’achat de l’électricité
produite sur le territoire national
par les installations photovoltaïques
d’une puissance inférieure à 12 MW.
Ce contrat est établi pour une durée
de vingt ans.
2 - Les avantages fiscaux
Pour les particuliers, l’article 90
de la loi de finances 2005 a mis en
place un crédit d’impôt dédié aux
dépenses d’équipements de l’habitation
principale en faveur des économies
d’énergie et du développement durable.
Les entreprises ne bénéficient pas
de ces dispositions, mais peuvent
par contre amortir leur installation
de production d’électricité au même
titre que leurs investissements de
production.
3 - Les aides et subventions
Certaines collectivités locales ont
complété le dispositif par des aides
et des subventions qui peuvent être
attribuées aussi bien aux particuliers
qu’aux entreprises, suivant les cas.
Une installation
résidentielle
Une installation sur un
bâtiment commercial
Une centrale
de production
… d’une puissance
typique de :
3 kWc 250 kWc 4 MWc
… représente : 25 m2
de modules
silicium cristallin
intégrés en toiture
6000 m2
de modules
couches minces sur
revêtement d’étanchéité
80 000 m2
d’emprise au sol
… coûte (*) : 7 à 8 k€ le kWc 5,5 à 6 k€ le kWc 4,5 à 5 k€ le kWc
… et produit
annuellement :
3000 à 3500 kWh 250 à 300 MWh 4000 à 4500 MWh
(*) Matériel, installation et raccordement, hors avantages fiscaux et subventions
Schéma
Protection des chaînes PV
Parafoudres
Interrupteur DC
Conduire en DC
Connectique DC
7. Garantir une exploitation optimale
• Les installations photovoltaïques
nécessitent des précautions dans
le choix de produits adaptés et
un réel savoir-faire de spécialistes
avertis pour la mise en œuvre.
• Une défaillance peut entraîner
une production aléatoire d’énergie
voire la destruction complète
de l’installation, avec des
conséquences considérables au
regard de l’investissement.
Sans parler des risques encourus
par les personnes…
Impliqués dans les Comités de
normalisation, les constructeurs
du Gimélec proposent des
équipements à la fois adaptés et
compatibles entre eux.
La cohérence d’ensemble de votre
installation s’en trouve facilitée et son
exploitation optimisée et sécurisée.
de principe
Onduleurs PV
Relais différentiels
Interrupteurs DC
Parafoudres
Contrôle d’isolement
Boîtes de jonction
CompteursConnectique
Interconnecter
Produire
Raccorder
Convertir en AC
Séparer
Surveiller
Superviser
Équipements de monitoring
