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La technologie photovoltaïque,une réalitéLa technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie dessolutions qui ...
Les principesLa conversion d’énergie solaireen énergie électriqueLa transformation du courant continuen courant alternatif...
À l’échelle mondiale comme enEurope, les 7 dernières années ontvu la puissance installée multipliéepar 10 ce qui a permis ...
L’efficacité énergétique et laréduction des émissions de gaz àeffet de serre sont des élémentsmajeurs pris en compte par l...
Une réalitéLa première maison d’habitation résidentiellealimentée par des cellules photovoltaïques a étéconstruite à l’Uni...
Garantir une exploitation optimale• 	Les installations photovoltaïquesnécessitent des précautions dansle choix de produits...
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  1. 1. La technologie photovoltaïque,une réalitéLa technologie photovoltaïque est une réalité. Elle fait partie dessolutions qui permettront à la fois de diversifier les sources d’énergieet de préserver la planète en luttant contre l’effet de serre.Du module photovoltaïque, jusqu’à la production d’énergie auréseau électrique, les équipements qui composent l’installationphotovoltaïque relèvent de l’activité des constructeurs et desmetteurs en œuvre du secteur électrique.Ce marché à haut niveau d’exigence en matière de sécurité etde qualité est en forte croissance. Il est passé en une décennied’un stade expérimental à un stade industriel qui appelle à uneprofessionnalisation s’appuyant sur la normalisation des règlesd’installation, des composants et de leur mise en œuvre.La maîtrise de cette technologie photovoltaïque est uneopportunité pour les constructeurs de matériels électriquesregroupés au sein du Gimélec de démontrer leur implicationdans la recherche de solutions pour optimiser les installationsélectriques concourant à la préservation de l’environnement.C’est une profession consciente de sa responsabilitéqui vous propose cette plaquette d’information.
  2. 2. Les principesLa conversion d’énergie solaireen énergie électriqueLa transformation du courant continuen courant alternatifEn frappant les cellules semi-conductrices à base de silicium (oud’autres matériaux) qui constituentle panneau solaire, les photons durayonnement solaire provoquentl’apparition d’un courant électriquecontinu de l’ordre de quelquesampères sous une tension de l’ordrede quelques centaines de millivolts.Afin d’augmenter la tension, lescellules sont assemblées en sériespour former des modules (« panneauxsolaires »). Les modules sont àleur tour mis en séries appelées« chaînes » (‘strings’) et les chaînesmises en parallèle pour obtenir desgénérateurs (‘arrays’). Ces dernierspeuvent aller de quelques centainesde VA à plusieurs MVA.Le courant continu produitvarie en permanence en fonctionde l’intensité lumineuse reçue etde la température.L’unité de mesure photovoltaïque estle Watt-crête (Wc). C’est la puissancethéorique exprimée en Wc ou enkWc d’une installation lorsqu’elleest soumise à un éclairementde 1000 W/m2perpendiculaireà la surface des capteurs, à unetempérature conventionnelle de 25°C.L’énergie électrique est distribuéeet utilisée principalement sous formede courant alternatif. C’est pourquoil’énergie photovoltaïque produiteen courant continu doit fairel’objet d’une conversion en courantalternatif à l’aide d’un onduleur.L’impératif de rendement optimumdu système complet impose quel’onduleur s’adapte aux variations dela puissance (celle-ci étant fonctionde l’ensoleillement), tout en restantsynchronisé sur le réseau alternatifde distribution.En outre, le système présente lesspécificités suivantes :• Etant impossible d’arrêterl’ensoleillement, l’énergie toujoursprésente engendre des risquesd’électrocution ou d’incendie. Cesrisques sont anticipés par la miseen œuvre de coffrets, canalisations,connectiques très sécurisées enplus des dispositions constructivesparticulièrement sévères despanneaux photovoltaïques.• L’installation en courant continu nécessite la mise en œuvred’appareillage de commande, decoupure et de protection dédié àce type de tension.• L’exposition à la foudre desinfrastructures et des capteursprédispose ces installations auxsurtensions engendrées. Une miseen œuvre adaptée de parafoudre estnécessaire à ce niveau de réseau.La fourniture et la mise en place dedispositifs adaptés pour garantirla sûreté de fonctionnement etd’exploitationdecetyped’installationimplique la contribution deprofessionnels avertis.PhotonsZone dopée NZone dopée P(tranche de silicium)300 µmSchéma symbolique d’un onduleurCourant continuCourant alternatifLNPrincipe d’un panneau photovoltaïque
  3. 3. À l’échelle mondiale comme enEurope, les 7 dernières années ontvu la puissance installée multipliéepar 10 ce qui a permis une réductiondes coûts de 40% pour les systèmeset de 30% pour les modules.Les études récentes affichent unecapacité cumulée au niveau mondialde 800 GWc à 1800 GWc en 2030,ce qui représenterait plus de 20% dela production d’électricité.En France, les prévisions duGrenelle de l’environnement fixentun objectif national à 5,4 GWc d’ici2020. Cependant une vision dumarché s’appuyant sur la prospectivede pénétration prioritaire duphotovoltaïque dans le bâtiment neufpermet d’envisager pour 2020 unepuissance installée de 13,4 GWc soitle triple de cet objectif, si l’on inclutles centrales au sol.Les enjeuxUn énorme potentielLes sources d’énergiesrenouvelablesoffrent l’équivalentde 3078 fois laconsommation actuellemondiale d’énergie(UVS e.V. / Source DLR,Dr Nitsch)En 2050, 20 % del’énergie utilisée dansle monde sera produitepar des installationsphotovoltaïques(DENA/ Source WBGU)France :une croissanceexponentielleMWc installés annuellement en FranceTaux d’énergie primaire [EJ/an]05010015020025030035040020122011201020092008200720062005210020502040203020202010200002004006008001000120014001600Solaire (photovoltaïqueet thermo-électrique)et solaire thermiqueAutres énergies renouvelablesdont éolien et géothermieBiomasseNucléaireEnergies fossilesLes sources d’énergies renouvelablesoffrent l’équivalent de 3078 foisla consommation actuellemondiale d’énergieRayonnementsolaire direct2850 foisVent200 fois Biomasse20 foisGéothermie20 foisOcéans2 foisHydro-électrique1 fois
  4. 4. L’efficacité énergétique et laréduction des émissions de gaz àeffet de serre sont des élémentsmajeurs pris en compte par le secteurde la construction de bâtiments. Eneffet, l’habitat (tertiaire et résidentiel)représente environ 40% de laconsommation énergétique française.Les constructeurs du Gimélecapportent des réponses au défiénergétique de ce siècle. Ilss’organisent et travaillent ensemblepour que les innovations apportéespar la recherche deviennent uneréalité à l’échelle industrielle.Les solutions proposées entechnologie photovoltaïque enconstituent un parfait exemple.Elles englobent la totalité del’installation électrique depuis laboîte de jonction positionnée en avaldes cellules photovoltaïques, jusqu’auraccordement au réseau public.L’environnementL’objectif européen des 3 x 20Présenté le 23 janvier 2008, le« paquet climat – énergie » de lacommission européenne propose unobjectif dit des « 3 x 20 » :Arriver d’ici 2020 à…• 20% d’économies d’énergie• 20% de réduction des émissionsde gaz à effet de serre• 20% d’énergie renouvelable dansla consommation totale d’énergieL’atteinte du premier objectifnécessitera une améliorationconsidérable de l’efficacitéénergétique des bâtiments et loge-ments en réduisant la consomma-tion énergétique d’une moyenne de250 kWh/m2/an aujourd’hui à moinsde 100 kWh/m2/an en 2020.L’investissementLe photovoltaïque est un excellentoutil pour atteindre les deux autresobjectifs, puisque :• Un module photovoltaïque est conçupour durer de l’ordre de 20 ans.• Il rembourse en 2 à 4 ans,suivant son exposition et son lieud’installation,l’énergie nécessaire àsa production.• Sa production d’énergie n’estaccompagnée d’aucune émissionde gaz à effets de serre.• 25 m2de modules photovoltaïquespermettent de produire l’équivalentde la consommation électriquemoyenne annuelle d’un ménage(3500 kWh par an).Facilement intégrable au bâtiment,le photovoltaïque est donc lecomplément idéal aux mesuresd’amélioration de la performanceLogement économeLogement énergivoreLogementkWh/m2/an≤ 50 A51 à 90 B91 à 150 C151 à 230 D231 à 330 E331 à 450 F 450 Génergétique pour atteindre le« bâtiment zéro énergie », dont laproduction et la consommations’équilibreront.Des conditions favorablespour investirPour favoriser le développement del’énergie photovoltaïque et enclencherle cercle vertueux augmentation duvolume – réduction des coûts,lespouvoirs publics ont mis en placedifférents dispositifs incitatifs quipeuvent être classés en trois catégories :1 - L’obligation d’achatet le tarif d’achatLa loi n° 2000-108 du 10 février 2000relative à la modernisation et audéveloppement du service publicde l’électricité a introduit la notiond’obligation d’achat.…Une rentabilitécroissanteEn France, uneparité du coûtavec l’électricitéconventionnelledevrait êtreatteinte entre2014 et 2019,en fonction desutilisations.(UVS e.V. / SourceRWE Schott Solar)EspagneFranceAllemagneEvolution du coût de l’électricité photovoltaïque (EUR/kWh)00,20,40,60,820402030202020102000Heures de pointeCoût de l’électricitéconventionnelleHeures creusesZone de rentabilitéde l’électricitéphotovoltaïque
  5. 5. Une réalitéLa première maison d’habitation résidentiellealimentée par des cellules photovoltaïques a étéconstruite à l’Université de Delaware (USA) en 1973.Au cours des cinq dernières années, la production demodules photovoltaïques et leur utilisation en Europeont augmenté de façon spectaculaire en s’étendant auxfermes 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 distributeursà conclure, si les producteursintéressés en font la demande, uncontrat pour l’achat de l’électricitéproduite sur le territoire nationalpar les installations photovoltaïquesd’une puissance inférieure à 12 MW.Ce contrat est établi pour une duréede vingt ans.2 - Les avantages fiscauxPour les particuliers, l’article 90de la loi de finances 2005 a mis enplace un crédit d’impôt dédié auxdépenses d’équipements de l’habitationprincipale en faveur des économiesd’énergie et du développement durable.Les entreprises ne bénéficient pasde ces dispositions, mais peuventpar contre amortir leur installationde production d’électricité au mêmetitre que leurs investissements deproduction.3 - Les aides et subventionsCertaines collectivités locales ontcomplété le dispositif par des aideset des subventions qui peuvent êtreattribuées aussi bien aux particuliersqu’aux entreprises, suivant les cas.Une installationrésidentielleUne installation sur unbâtiment commercialUne centralede production… d’une puissancetypique de :3 kWc 250 kWc 4 MWc… représente : 25 m2de modulessilicium cristallinintégrés en toiture6000 m2de modulescouches minces surrevêtement d’étanchéité80 000 m2d’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 produitannuellement :3000 à 3500 kWh 250 à 300 MWh 4000 à 4500 MWh(*) Matériel, installation et raccordement, hors avantages fiscaux et subventionsSchémaProtection des chaînes PVParafoudresInterrupteur DCConduire en DCConnectique DC
  6. 6. Garantir une exploitation optimale• Les installations photovoltaïquesnécessitent des précautions dansle choix de produits adaptés etun réel savoir-faire de spécialistesavertis pour la mise en œuvre.• Une défaillance peut entraînerune production aléatoire d’énergievoire la destruction complètede l’installation, avec desconséquences considérables auregard de l’investissement.Sans parler des risques encouruspar les personnes…Impliqués dans les Comités denormalisation, les constructeursdu Gimélec proposent deséquipements à la fois adaptés etcompatibles entre eux.La cohérence d’ensemble de votreinstallation s’en trouve facilitée et sonexploitation optimisée et sécurisée.de principeOnduleurs PVRelais différentielsInterrupteurs DCParafoudresContrôle d’isolementBoîtes de jonctionCompteursConnectiqueInterconnecterProduireRaccorderConvertir en ACSéparerSurveillerSuperviserÉquipements de monitoring
  7. 7. Groupement des industries de l’équipement électrique, du contrôle-commande et des services associés11-17 rue de l’Amiral Hamelin - 75783 Paris cedex 16 - France - Tél. : +33 (0) 1 45 05 70 70 - Fax : +33 (0) 1 47 04 68 57 - www.gimelec.fr* le cas échéantCe document a été élaboréavec le concoursdes membres de la commission« Photovoltaïque »du Gimélec©GimélecPromotion-Tousdroitsréservés-Editionmai2009Démarches administratives1 Faire établir un devis Consulter un bureaud’étude ou un installateur2 Déposer le permis de construireou l’autorisation de travaux Mairie du site de l’implantation8 Effectuer les travaux et obtenirl’attestation de conformité Maître d’œuvre : BE ou installateur9 Faire assurer l’installation auprès d’une compagnie d’assurance3* Déposer une demanded’aide ou de subvention Info. : www.ademe.fr4 Déposer une demandede raccordement au réseau auprès d’un distributeur5 Demander uncertificat d’éligibilité àl’obligation d’achat www.drire.gouv.fr7 Demander un contrat d’achat http://achat-photovoltaique.edf.fr10 Établir le contratde raccordement avec votre distributeur11 Établir le contrat d’achat etl’accord de rattachement aupérimètre d’équilibre http://achat-photovoltaique.edf.fr6 Demander une autorisation d’exploiter https://ampere.industrie.gouv.fr/Créditsphotos:SMA,constructeurs,Digitalvision,Elektravision12 Effectuer la mise en servicede l’installation avec votre distributeur
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