Centrale solaire photovoltaïque : Tout savoir sur le fonctionnement et les avantages de l’énergie solaire

Dans un monde où la durabilité et l’énergie renouvelable deviennent prioritaires, il faut comprendre le fonctionnement des centrales photovoltaïques. Vectura, spécialiste belge des solutions d’énergies durables, vous offre un aperçu détaillé du processus par lequel la lumière du soleil est transformée en électricité propre et renouvelable.

Qu’est-ce qu’une centrale solaire photovoltaïque ?

Une centrale solaire photovoltaïque est une installation qui capte l’énergie lumineuse du soleil et la transforme en électricité. Contrairement à une centrale solaire thermique qui utilise la chaleur, la centrale photovoltaïque exploite les propriétés des cellules semi-conductrices pour produire un courant électrique.

Les principales étapes du fonctionnement d’une centrale photovoltaïque

Le fonctionnement repose sur un processus en plusieurs étapes :

1. Captation des rayons solaires : Les panneaux solaires, composés de cellules photovoltaïques, captent la lumière du soleil.
2. Conversion de l’énergie lumineuse en électricité : Les cellules utilisent l’effet photovoltaïque pour générer un courant électrique continu.
3. Transformation du courant : Les onduleurs convertissent ce courant continu en courant alternatif.
4. Raccordement au réseau : Le courant alternatif est ensuite acheminé vers le réseau électrique via des transformateurs.

Les composants du fonctionnement d’une centrale photovoltaïque

Une centrale photovoltaïque est un vaste ensemble complexe qui comprend:

• Des panneaux photovoltaïques : les panneaux sont l’élément le plus visible d’une centrale photovoltaïque. Composés de cellules photovoltaïques, ils sont chargés de capturer la lumière du soleil pour pouvoir, ensuite, la convertir en électricité.
• Des onduleurs : les onduleurs convertissent le courant continu produit par les panneaux photovoltaïque en courant alternatif. Cette étape est importante dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque car elle rend le courant compatible avec le réseau électrique global et donc utilisable.
• Divers câbles : les câbles et raccordements jouent un rôle essentiel en connectant les panneaux photovoltaïques entre eux, mais aussi en les liant aux onduleurs et au réseau électrique. Leur qualité et leur puissance déterminent la distance que peut parcourir le courant sans perdre d’énergie.

D’autres composants peuvent également entrer en compte dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque : les structures de support, les systèmes de suivi du soleil (pour optimiser l’efficacité), les parafoudres, etc.

La conversion de la lumière du soleil en électricité dans une centrale solaire

Le cœur du fonctionnement d’un panneau solaire repose sur l’effet photovoltaïque :

• Les cellules photovoltaïques, majoritairement faites de silicium, captent la lumière du soleil.
• Cette lumière génère un flux d’électrons, créant ainsi un courant électrique continu.
• Ce processus transforme directement l’énergie lumineuse en énergie électrique, sans pièces mobiles ni émissions.

Les 5 étapes clés de la production d’électricité dans une centrale photovoltaïque

Le chemin de la lumière du soleil à l’électricité dans nos foyers se décompose en plusieurs étapes :

• Captation : La lumière est capturée par les panneaux solaires.
• Conversion : Les cellules convertissent cette lumière en électricité continue.
• Transport : Cette électricité est acheminée vers les onduleurs.
• Conversion : Les onduleurs transforment ce courant en courant alternatif.
• Injection : L’électricité est finalement injectée dans le réseau électrique.

Analogie simple permettant de comprendre le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque

Imaginez le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque comme une usine sophistiquée. Les panneaux photovoltaïques sont les fenêtres captant la lumière du soleil. Les cellules photovoltaïques sont les machines transformant cette lumière en énergie électrique (courant continu). Et les onduleurs sont les transformateurs qui adaptant cette énergie pour une utilisation quotidienne, prête à être distribuée sur le réseau électrique.(courant alternatif)

Quel type de courant intervient dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque ?

Dans le fonctionnement d’une centrale photovoltaïque, la conversion de la lumière solaire en électricité produit initialement du courant continu (CC). Ce courant est ensuite transformé en courant alternatif (CA) par un onduleur, pour être compatible avec les réseaux électriques domestiques et industriels. Le courant continu, avec son flux d’électrons constant, est optimal pour le stockage d’énergie comme les batteries de stockage, tandis que le courant alternatif, changeant de direction périodiquement, est adapté pour la distribution énergétique à grande échelle. Cette transition entre le courant continu et alternatif est un aspect fondamental du fonctionnement d’une centrale photovoltaïque, assurant l’efficacité et la praticité de l’utilisation de l’énergie solaire.

Les différents types de centrales photovoltaïques et leur fonctionnement

L’utilisation de l’énergie solaire ne cesse de croître, et avec elle, la diversité des types de centrales photovoltaïques. Vectura, expert en solutions d’énergie durable, vous présente un tour d’horizon des différents types d’installations photovoltaïques, chacune adaptée à des besoins et des environnements spécifiques.

1. Centrales photovoltaïques au sol

Les centrales photovoltaïques au sol sont typiquement installées sur de grands terrains, souvent en zones rurales. Elles se caractérisent par leur vaste étendue de panneaux photovoltaïques alignés au niveau du sol.

Avantages :

• Grande capacité de production : En raison de leur taille, ces centrales peuvent générer une quantité significative d’électricité.
• Coût d’installation plus bas : L’installation sur des terrains plats et dégagés réduit les coûts. Le fonctionnement de ces centrales photovoltaïques permet de tirer le maximum de l’exposition du terrain grâce à une installation orientée vers le sud.

Inconvénients :

• Impact visuel : Ces installations peuvent altérer l’esthétique du paysage naturel.
• Occupation de terres arables : L’usage de terres potentiellement cultivables peut être un point de contention. L’idéal est de placer ces centrales sur des terrains peu fertiles ou en pente les rendant difficiles à cultiver.

2. Centrales photovoltaïques sur toits

Ces installations sont réalisées sur les toits des bâtiments, qu’ils soient résidentiels, commerciaux ou industriels. Elles permettent d’exploiter des espaces souvent inutilisés. Le fonctionnement de ces centrales photovoltaïques permet à l’entreprise occupant les lieux de disposer d’électricité peu onéreuse et dans certains cas de bénéficier d’avantages financiers. Ces installations apportent d’ailleurs généralement une valeur ajoutée aux bâtiments étant donné la montée en popularité des bornes de recharge pour voitures électriques.

Avantages :

• Intégration architecturale : Les panneaux peuvent être conçus pour s’harmoniser avec l’esthétique du bâtiment.
• Utilisation d’une surface non exploitée : Ils offrent une solution pratique sans nécessiter de terrain supplémentaire.

Inconvénients :

• Capacité de production limitée : La taille et l’orientation du toit peuvent restreindre la quantité d’énergie produite.
• Dépendance de la structure du bâtiment : Les capacités de support du toit limitent parfois l’installation. Bien que relativement légères, ces structures nécessitent une vérification préalable de solidité structurelle.

3. Centrales flottantes

Un concept innovant, ces centrales sont installées sur des plans d’eau, comme des lacs ou des bassins artificiels. Le fonctionnement de ces centrales photovoltaïques permet d’utiliser une surface autrement “perdue” pour générer de l’électricité abordable.

Avantages :

• Faible impact visuel : Leur implantation sur l’eau les rend moins intrusives visuellement que d’autres installations de centrales photovoltaïques.
• Réduction de l’évaporation d’Eau : Les panneaux aident à limiter l’évaporation des plans d’eau grâce à l’ombre qu’ils projettent.

Inconvénients :

• Coût d’installation plus élevé : Les défis techniques liés à l’installation sur l’eau augmentent les coûts d’installation et de fonctionnement de ces centrales photovoltaïques.
• Maintenance plus complexe : L’accès et l’entretien de ces installations peuvent être plus difficiles étant donné leur emplacement.

4. Parking photovoltaïque et ombrières solaires

Une innovation remarquable dans le domaine des centrales photovoltaïques est celle des parkings photovoltaïques équipés d’ombrières solaires. Ces installations permettent d’associer la protection des véhicules à l’optimisation du potentiel énergétique d’une superficie inutilisée. Le fonctionnement de ces centrales photovoltaïques permet notamment de produire sur place l’électricité nécessaire à la recharge de véhicules électriques et hybrides au moyen de bornes de recharge.

Avantages :

• Production d’électricité polyvalente : Ces structures ne se contentent pas de produire de l’électricité, elles peuvent aussi alimenter des bornes de recharge pour véhicules électriques, offrant ainsi une solution énergétique intelligente.
• Protection des véhicules : En plus de générer de l’énergie, les ombrières solaires offrent une protection contre les intempéries et le soleil pour les véhicules stationnés en dessous. Fini les voitures bouillantes en été ou la crainte des grêlons et de la neige.

Inconvénients :

• Dépendance de l’espace de parking : La faisabilité et la capacité de production dépendent de la taille et de la configuration du parking dont vous disposez.
• Coût d’Installation : Bien que ces installations apportent une valeur ajoutée importante à votre espace extérieur, leur mise en place peut représenter un investissement initial plus important étant donné la hauteur à laquelle les panneaux doivent être montés.

Quelles sont les étapes en Wallonie pour étudier et concevoir un projet de centrale photovoltaïque ?

PHASE 1 : Développement du projet solaire

La première phase consiste à analyser le potentiel du site envisagé pour le parc solaire et à réaliser diverses études techniques et environnementales.

• Étude du potentiel solaire : Cette étape évalue le niveau d’ensoleillement du site pour déterminer la faisabilité et l’efficacité du projet. Des outils comme la modélisation solaire et les capteurs sur site permettent de mesurer précisément l’exposition solaire.
• Études environnementales : Elles sont nécessaires pour évaluer l’impact potentiel du projet sur la biodiversité, l’eau, le sol et les écosystèmes environnants. Cela inclut également des consultations avec des experts en écologie et des études de terrain.
• Conception du projet : En fonction des résultats des études, un design adapté du parc est élaboré. Il prend en compte les contraintes locales, l’optimisation de l’espace et le type de technologie solaire à utiliser (fixe, tracker, etc.).

PHASE 2 : Demande de permis et d’autorisation légale belge

La phase de permis est déterminante pour obtenir les autorisations nécessaires au lancement du projet.

• Permis de construire : Selon la région, des permis spécifiques, comme le permis unique de classe 2 en Belgique, doivent être obtenus. Cette phase inclut des consultations publiques pour recueillir les avis des riverains et autres parties prenantes.
• Enquête publique : Une enquête publique est réalisée pour évaluer les impacts potentiels du projet et recueillir les objections ou suggestions de la communauté locale.
• Décision des autorités : Les fonctionnaires techniques et les autorités locales examinent les études soumises et décident si le projet peut être approuvé. Une fois le permis octroyé, le projet peut passer à la phase suivante.

PHASE 3 : Exécution du chantier photovoltaïque

La phase de construction marque le début de la transformation du projet en réalité concrète.

• Début du chantier : Le chantier démarre avec l’installation des fondations et des structures de support pour les panneaux solaires. Ces installations peuvent être réalisées sans béton pour réduire l’impact environnemental, en utilisant des structures métalliques ancrées dans le sol.
• Installation des panneaux solaires et des câbles : Les panneaux photovoltaïques sont ensuite montés sur les structures, et les câbles nécessaires à la connexion au réseau électrique sont enfouis. Cela inclut également l’installation des onduleurs qui transforment le courant continu en courant alternatif.
• Raccordement au réseau : Une fois les modules installés, le parc est connecté au réseau électrique local afin de commencer la production d’énergie une fois la construction terminée.

PHASE 4 : Exploitation et gestion du parc

Après la construction, le parc solaire entre en phase d’exploitation, produisant de l’électricité pour une durée de vie prévue de plusieurs décennies.

• Mise en service et début de la production : Une fois que tout est en place, le parc est mis en service et commence à produire de l’électricité verte. Les premiers tests sont effectués pour s’assurer que tout fonctionne correctement.
• Gestion et maintenance : Pendant toute la durée de vie du parc (environ 30 ans), une surveillance régulière est effectuée pour garantir que les panneaux solaires fonctionnent à leur capacité optimale. La maintenance inclut le nettoyage des panneaux et la réparation des composants si nécessaire.
• Démantèlement et recyclage : À la fin de la vie du parc, les panneaux solaires sont démontés, recyclés, et le site est restauré à son état initial. Cela garantit que le projet reste durable tout au long de son cycle de vie, sans laisser de traces néfastes pour l’environnement.

L’histoire des parcs solaires en Belgique et dans le monde

Des débuts timides dans les années 2000

Le premier parc solaire en Belgique a été installé au début des années 2000, marquant le début de l’essor de l’énergie photovoltaïque dans le pays. Bien que ce projet initial ait été modeste par rapport aux normes actuelles, il a ouvert la voie à une adoption plus large de cette technologie. Depuis, la Belgique a vu croître de nombreux projets solaires, notamment grâce aux incitations gouvernementales et à l’introduction des certificats verts, qui ont favorisé l’investissement dans les énergies renouvelables.

Un coup de boost pour le secteur

L’évolution majeure est survenue à partir de 2008 avec l’introduction de mesures de soutien plus robustes, similaires aux tarifs de rachat adoptés en Allemagne. Cela a conduit à la construction de plusieurs parcs solaires de grande envergure à travers le pays. Aujourd’hui, la Belgique compte plusieurs centaines d’installations photovoltaïques dépassant 1 MWc, et quelques sites atteignant plus de 10 MWc.

En parallèle, des pays comme les États-Unis, la Chine, l’Espagne et l’Inde ont également investi massivement dans le solaire, et la Belgique s’efforce de rattraper ce retard en se concentrant sur des projets innovants, comme les parcs flottants et les installations sur les toitures industrielles.

Des opportunités pour des projets ambitieux belges

En 2024, la Belgique vise à accroître considérablement sa capacité solaire, avec des projets à grande échelle, notamment dans les régions de Flandre et de Wallonie, où des parcs de plusieurs centaines de MWc sont en cours de développement, contribuant à l’objectif de réduction des émissions de CO2 et à l’indépendance énergétique du pays. Bien que la Belgique ne soit pas encore au niveau de grandes puissances solaires comme l’Allemagne ou l’Italie, elle continue de jouer un rôle clé dans la transition énergétique de l’Union européenne.

Vous avez d’autres questions concernant un projet photovoltaïque technique et ambitieux ?

Vectura est reconnu pour son expertise dans la réalisation de projets photovoltaïques ambitieux et complexes. Fort d’une solide expérience dans le domaine des énergies renouvelables, nous accompagnons nos clients à chaque étape du processus, depuis les études de faisabilité jusqu’à la maintenance et l’exploitation des installations. Grâce à une équipe multidisciplinaire, nous sommes capables de gérer des projets de grande envergure tout en surmontant les défis techniques, environnementaux et réglementaires.