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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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Conclusion : quel avenir pour l'électricité solaire ?2. Systèmes photovoltaïques
Les systèmes solaires photovoltaïques présentent une problématique spécifique en terme de gestion de l'énergie qui impacte fortement les architectures et leur dimensionnement, ce qui est analysé dans ce paragraphe. Après avoir indiqué les principaux types d'applications exploitant cette énergie, raccordées au réseau électrique général ou autonomes, nous traitons quelques applications : les systèmes PV pour l'habitat, le pompage d'eau au fil du soleil, les véhicules solaires Sunracers et la production d'hydrogène par électrolyse solaire.
2.1 Problématique des systèmes exploitant l'électricité photovoltaïque
2.1.1 Gestion de l'énergie dans les systèmes photovoltaïques
La valorisation des énergies renouvelables de flux à caractère intermittent pose un problème de gestion de l'énergie pour assurer la continuité du service et donc de stockage de l'énergie. Tel est le cas de l'énergie solaire disponible en tous lieux, mais avec une densité peu élevée et une production variable journalière et saisonnière. De plus, ainsi que nous l'avons vu, afin d'amortir efficacement un investissement coûteux, sa valorisation conduit à maximiser la production électrique du générateur photovoltaïque par MPPT, indépendamment du besoin instantané des consommateurs, sauf priorité de sécurité naturellement. Cela introduit une problématique spécifique de gestion de l'énergie au sein d'architectures complexes couplant étroitement production, stockage et consommation.
Malgré les efforts consentis et les progrès importants réalisés, le stockage de l'énergie électrique présente encore pas mal de limitations : entretien et durée de vie des accumulateurs, gestion du stockage, faibles autonomies massiques pour les usages mobiles ou nomades, coût élevé des nouveaux composants les plus performants. Il est cependant incontournable pour les systèmes photovoltaïques autonomes isolés d'un réseau.
On peut éviter l'installation d'un stockage en mode connecté au réseau d'électricité, celui-ci assurant la continuité énergétique. On cherche dans la majorité des cas à couvrir au moins 40 %...
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Systèmes photovoltaïques
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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