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RÉSUMÉ
Le rendement d’une installation d’électricité photovoltaïque dépend essentiellement de la technologie et donc des performances des dispositifs de conversion photovoltaïque et des systèmes qui exploitent cette énergie. Cet article est consacré à l'exploitation de la conversion photovoltaïque, depuis la mise en œuvre pratique des cellules constituant des générateurs électriques de puissance, jusqu'aux systèmes photovoltaïques qui gère cette énergie. Une présentation de la problématique de ces systèmes en termes d'architecture, de gestion et de stockage de l'énergie est détaillée, la variété des applications et des fonctionnements est largement illustrée.
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The yield of a photovoltaic electricity facility essentially depends on the technology used and thus on the performances of photovoltaic conversion devices and systems that exploit this energy. This article is dedicated to the exploitation of photovoltaic conversion, from the practical implementation of cells constitutive of electrical power generators, to the photovoltaic systems that manage this energy. A detailed presentation of the issues raised by these systems in terms of architecture as well as energy management and storage is provided and the variety of applications and operations is amply illustrated.
Auteur(s)
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Stéphan ASTIER : Professeur à l'Institut national polytechnique de Toulouse, École nationale d'électrotechnique, électronique, informatique, hydraulique, télécommunications de Toulouse, - Chercheur dans le Groupe Énergie Électrique & Systémique du LAPLACE (Laboratoire plasmas et conversion de l'énergie)
INTRODUCTION
L'électricité photovoltaïque implique les contextes géophysique et énergétique, les propriétés physiques du rayonnement solaire, les propriétés technologiques des dispositifs de conversion photovoltaïque et finalement celles des systèmes et des applications qui exploitent efficacement cette énergie. Les éléments principaux de cette problématique globale font l'objet de deux dossiers complémentaires [D 3 935] et Conversion photovoltaïque : de la cellule aux systèmes[D 3 936].
Le premier dossier [D 3 935] traite des contextes géophysique et énergétique et de la conversion photovoltaïque proprement dite, depuis les principes physiques jusqu'au matériaux et aux technologies utilisés dans les cellules photovoltaïques. En particulier, les propriétés principales des cellules photovoltaïques à jonction PN y sont introduites, décrites et modélisées au plan électrique.
Dans la continuité, ce dossier Conversion photovoltaïque : de la cellule aux systèmes[D 3 936] traite de l'exploitation de la conversion photovoltaïque, depuis la mise en œuvre pratique des cellules photovoltaïques pour constituer des générateurs électriques de puissance jusqu'aux systèmes photovoltaïques qui exploitent cette énergie. Après une analyse de la problématique de ces systèmes en termes d'architecture et de gestion de l'énergie, plusieurs exemples sont décrits afin d'illustrer la variété des applications et des fonctionnements.
Le lecteur trouvera par ailleurs des développements différemment ciblés sur le photovoltaïque dans la collection des Éditions techniques de l'Ingénieur, auxquels ce dossier se réfère lorsque nécessaire, particulièrement :
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VERSIONS
- Version courante de sept. 2021 par Stéphan ASTIER
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De la cellule au générateur photovoltaïque : modularité3. Conclusion : quel avenir pour l'électricité solaire ?
Le secteur de l'énergie connaît une vulnérabilité croissante car son système actuel est source de tensions multiples et compromet l'équilibre des écosystèmes de la Terre. Il contribue pour plus de 50 % dans l'empreinte écologique totale de l'humanité ; son impact en terme de développement durable est donc majeur. D'importants efforts sont maintenant consentis pour remédier à cette situation par exemple en réduisant les émissions de gaz à effet de serre ou en séquestrant le dioxyde de carbone tout en prolongeant l'exploitation des filières actuelles, nécessairement dominantes pour plusieurs lustres encore. Mais les progrès sont difficiles et lents même si l'urgence se fait sentir. À long terme, peut-être pourrons-nous un jour émuler ici bas l'équivalent de petits soleils artificiels prodiguant d'immenses quantités d'énergie ainsi que le promet la fusion thermonucléaire contrôlée, mais l'aboutissement reste encore lointain, sinon incertain car il faudra attendre 2050 pour savoir si ce rêve était ou non une utopie.
Dans ce contexte, nous avons rappelé que la Terre bénéficie d'un apport extérieur d'énergie considérable en provenance du Soleil, apport extérieur justement indispensable à la complexification d'un système, celle-ci ne pouvant être durable si le système n'exploite que ses ressources internes. Ce formidable réacteur thermonucléaire naturel est la source première de presque toutes les énergies renouvelables exploitables qui permettraient de couvrir de larges « besoins » de l'humanité pendant longtemps. Celles-ci font donc l'objet d'un renouveau d'intérêt, d'autant qu'elles bénéficient maintenant de technologies avancées et éprouvées. Pourtant, malgré une croissance soutenue, la part des énergies renouvelables dans le bouquet énergétique global est encore bien marginale et le demeure dans nombre de prospectives ! En partie certainement parce que les énergies renouvelables, par leur caractère « dispersé » et « intermittent », introduisent une problématique de valorisation qui impose un nouveau modèle, fait de sources réparties judicieusement mutualisées avec du stockage, différent du modèle dominant fortement centralisé. Dans ce nouveau modèle, l'électricité, par ses qualités intrinsèques reconnues, est appelée à jouer un rôle de premier plan. Sa production à partir de sources renouvelables, dont elle...
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ANNEXES
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À lire également dans nos bases
MULTON (B.) - GERGAUD (O.) - Consommation d'énergie et ressources énergétiques - . [D 3 900] Convertisseurs et machines électriques, 11/2003.
RICAUD (A.) - Modules photovoltaïques. Filières technologiques - . [D 3 940] Convertisseurs et machines électriques, 05/2005.
RICAUD (A.) - Modules photovoltaïques. Aspects technico-économiques - . [D 3 941] Convertisseurs et machines électriques, 05/2005.
DESTRUEL (P.) - SEGUY (I.) - Les cellules photovoltaïques organiques - . [RE 25] Convertisseurs et machines électriques, 11/2004.
ROBOAM (X.) - ASTIER (S.) - Graphes de liens causaux pour systèmes à énergie - . [D 3 970] et [D 3 971]...
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