Centrales solaires photovoltaïques

Définition des centrales solaires

Les centrales solaires produisent de l'électricité en utilisant l'énergie solaire, et sont classées en centrales photovoltaïques (PV) et en centrales à concentration solaire (CSP).

Centrales photovoltaïques

Convertissent directement la lumière du soleil en électricité en utilisant des cellules solaires et comprennent des composants tels que des modules solaires, des onduleurs et des batteries.

Une centrale photovoltaïque est un système PV de grande échelle connecté au réseau et conçu pour produire une quantité importante d'électricité à partir du rayonnement solaire. Une centrale photovoltaïque comprend plusieurs composants, tels que :

• Modules solaires : Les unités de base d'un système PV, composés de cellules solaires qui transforment la lumière en électricité. Les cellules solaires, généralement fabriquées en silicium, absorbent les photons et libèrent des électrons, créant un courant électrique. Les modules solaires peuvent être disposés en série, en parallèle ou en configuration série-parallèle, selon les besoins en tension et en courant du système.

• Structures de montage : Peuvent être fixes ou ajustables. Les structures fixes sont moins chères mais ne suivent pas le mouvement du soleil, ce qui peut réduire la production. Les structures ajustables inclinent ou pivotent pour suivre le soleil, améliorant ainsi la production d'énergie. Elles peuvent être manuelles ou automatiques, selon le contrôle nécessaire.

• Onduleurs : Ce sont des dispositifs qui convertissent le courant continu (CC) produit par les modules solaires en courant alternatif (CA) qui peut être injecté dans le réseau ou utilisé par des charges CA.

• Les onduleurs peuvent être classés en deux types : onduleurs centraux et micro-onduleurs. Les onduleurs centraux sont de grandes unités qui connectent plusieurs modules solaires ou tableaux et fournissent une sortie CA unique. Les micro-onduleurs sont de petites unités qui se connectent à chaque module solaire ou panneau et fournissent des sorties CA individuelles. Les onduleurs centraux sont plus rentables et efficaces pour les systèmes de grande échelle, tandis que les micro-onduleurs sont plus flexibles et fiables pour les systèmes de petite échelle.

• Contrôleurs de charge : Régulent la tension et le courant des modules solaires pour éviter la surcharge ou la décharge excessive des batteries. Ils existent en deux types : modulation de largeur d'impulsion (PWM) et suivi du point de puissance maximum (MPPT). Les contrôleurs PWM sont plus simples et moins chers mais gaspillent une partie de l'énergie. Les contrôleurs MPPT sont plus efficaces et optimisent la production d'énergie en adaptant le point de puissance maximum des modules solaires.

• Batteries : Ce sont des dispositifs qui stockent l'électricité excédentaire générée par les modules solaires ou les tableaux pour une utilisation ultérieure lorsque il n'y a pas de soleil ou lorsque le réseau est en panne. Les batteries peuvent être classées en deux types : batteries plomb-acide et batteries lithium-ion. Les batteries plomb-acide sont moins chères et plus largement utilisées, mais elles ont une densité d'énergie plus faible, une durée de vie plus courte et nécessitent plus d'entretien. Les batteries lithium-ion sont plus chères et moins courantes, mais elles ont une densité d'énergie plus élevée, une durée de vie plus longue et nécessitent moins d'entretien.

• Interrupteurs : Connectent ou déconnectent des parties du système, comme les modules solaires, les onduleurs et les batteries. Ils peuvent être manuels ou automatiques. Les interrupteurs manuels nécessitent une opération humaine, tandis que les interrupteurs automatiques fonctionnent en fonction de conditions ou de signaux prédéfinis.

• Compteurs : Ce sont des dispositifs qui mesurent et affichent divers paramètres du système, tels que la tension, le courant, la puissance, l'énergie, la température ou l'irradiance. Les compteurs peuvent être analogiques ou numériques, selon le type d'affichage et la précision requise. Les compteurs analogiques utilisent des aiguilles ou des cadrans pour montrer les valeurs, tandis que les compteurs numériques utilisent des chiffres ou des graphiques pour montrer les valeurs.

• Câbles : Ce sont des fils qui transmettent l'électricité entre les différents composants du système. Les câbles peuvent être classés en deux types : câbles CC et câbles CA. Les câbles CC transportent le courant continu des modules solaires aux onduleurs ou aux batteries, tandis que les câbles CA transportent le courant alternatif des onduleurs au réseau ou aux charges.

La partie de production comprend les modules solaires, les structures de montage et les onduleurs qui produisent de l'électricité à partir de la lumière du soleil.La partie de transmission comprend les câbles, les interrupteurs et les compteurs qui transmettent l'électricité de la partie de production à la partie de distribution.

La partie de distribution comprend les batteries, les contrôleurs de charge et les charges qui stockent ou consomment l'électricité.Le diagramme suivant montre un exemple de disposition d'une centrale photovoltaïque :

Le fonctionnement d'une centrale photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs, tels que les conditions météorologiques, la demande de charge et l'état du réseau. Cependant, un fonctionnement typique comprend trois modes principaux : mode de charge, mode de décharge et mode raccordé au réseau.

Le mode de charge se produit lorsque il y a un excès de lumière solaire et une faible demande. Dans ce mode, les modules solaires génèrent plus d'électricité que nécessaire. L'électricité supplémentaire charge les batteries via les contrôleurs de charge.

Le mode de décharge se produit lorsque il n'y a pas de lumière solaire ou une forte demande de charge. Dans ce mode, les modules solaires génèrent moins d'électricité que nécessaire pour les charges. L'électricité manquante est fournie par les batteries via les onduleurs.

Le mode raccordé au réseau peut également se produire en cas de panne de réseau, lorsque une alimentation de secours est nécessaire. Dans ce mode, les modules solaires génèrent de l'électricité qui peut être utilisée par les charges via les onduleurs.

Avantages

• Les centrales solaires utilisent une énergie renouvelable et propre qui n'émet pas de gaz à effet de serre ni de polluants.

• Les centrales solaires peuvent réduire la dépendance aux combustibles fossiles et renforcer la sécurité et la diversité énergétique.

• Les centrales solaires peuvent fournir de l'électricité dans des zones éloignées où la connexion au réseau n'est pas possible ou fiable.

• Les centrales solaires peuvent créer des emplois locaux et des avantages économiques pour les communautés et les régions.

• Les centrales solaires peuvent bénéficier de divers incitatifs et politiques qui soutiennent le développement et le déploiement des énergies renouvelables.

Inconvénients

• Les centrales solaires nécessitent de grandes surfaces de terrain et peuvent avoir des impacts environnementaux sur la faune, la flore et les ressources en eau.

• Les centrales solaires ont des coûts initiaux de capital élevés et des périodes de retour sur investissement longues comparées aux centrales conventionnelles.

• Les centrales solaires ont des facteurs de capacité faibles et dépendent des conditions météorologiques et des cycles diurnes qui affectent leur production et leur fiabilité.

• Les centrales solaires nécessitent des systèmes de secours ou de stockage pour assurer un approvisionnement continu en électricité pendant les périodes de faible ou absence de lumière solaire.

• Les centrales solaires font face à des défis techniques tels que l'intégration au réseau, l'interconnexion, la transmission et la distribution.