Les consommateurs, les industries et les gouvernements prennent tous des mesures pour accroître l’utilisation des énergies renouvelables.Cela fait passer le système de production et de distribution d’électricité d’une architecture centralisée en étoile à une production et une consommation d’énergie localisées davantage basées sur le réseau, ainsi qu’à une offre et une demande stables grâce à l’interconnexion des réseaux intelligents.
Selon le rapport sur les carburants d'octobre 2019 de l'Agence internationale de l'énergie (AIE),d’ici 2024, la production d’énergie renouvelable augmentera de 50 %.
Cela signifie que la capacité mondiale de production d'énergie renouvelable augmentera de 1 200 GW, ce qui équivaut à la capacité installée actuelle des États-Unis.Le rapport prédit que 60 % de l’augmentation de la production d’énergie renouvelable prendra la forme d’équipements solaires photovoltaïques.
Le rapport souligne également l'importance des systèmes de production d'énergie photovoltaïque distribuée, à mesure que les consommateurs, les bâtiments commerciaux et les installations industrielles commencent à produire eux-mêmes de l'électricité.Il prévoit que d’ici 2024, la production distribuée d’énergie photovoltaïque fera plus que doubler pour atteindre plus de 500 GW.Cela signifie quela production d’énergie photovoltaïque distribuée représentera près de la moitié de la croissance totale de la production d’énergie solaire photovoltaïque.
Avantage solaire
Pourquoi la production d’énergie solaire photovoltaïque occupe-t-elle une telle position de leader dans la croissance de la production d’énergie renouvelable ?
Une raison évidente est que le soleil brille sur nous tous et que son énergie est donc largement utilisée.Cela rapproche la production d'électricité de la consommation d'énergie et fournit l'énergie au point hors réseau, ce qui est particulièrement utile pour réduire les pertes dans la distribution d'énergie.
Une autre raison évidente est queil y a beaucoup d'énergie solaire.Il existe de nombreuses différences subtiles dans le calcul de la quantité d’énergie que la Terre reçoit du soleil.En règle générale, le niveau moyen de la mer est de 1 kW par mètre carré lors d'une journée ensoleillée, ou lorsque des facteurs tels que le cycle jour/nuit, l'angle d'incident et la saisonnalité sont pris en compte, la moyenne est par mètre carré et par jour.M 6 kWh.
Les cellules solaires utilisent l’effet photoélectrique pour convertir la lumière incidente en énergie électrique sous la forme d’un flux de photons.Les photons sont absorbés par des matériaux semi-conducteurs tels que le silicium dopé, et leur énergie excite les électrons de leurs orbitales moléculaires ou atomiques.Ces électrons sont alors libres de dissiper l'excès d'énergie sous forme de chaleur et de retourner sur son orbite, ou de se propager à l'électrode et de faire partie du courant pour compenser la différence de potentiel qu'il crée sur l'électrode.
Comme pour tous les processus de conversion d’énergie, toute l’énergie fournie aux cellules solaires n’est pas restituée sous la forme préférée d’énergie électrique.En fait, l’efficacité énergétique des cellules solaires en silicium monocristallin oscille depuis de nombreuses années entre 20 % et 25 %.Cependant, les opportunités offertes par l’énergie solaire photovoltaïque sont si grandes que l’équipe de recherche travaille depuis des décennies à utiliser des structures et des matériaux de plus en plus complexes pour améliorer l’efficacité de la conversion des cellules, comme le montre cette image du NREL.
L’obtention d’une efficacité énergétique plus élevée se fait généralement au détriment de l’utilisation de plusieurs matériaux différents et de techniques de fabrication plus complexes et plus coûteuses.
De nombreux dispositifs solaires photovoltaïques sont basés sur diverses formes de silicium cristallin ou de films minces de silicium, de tellurure de cadmium ou de séléniure de cuivre, d'indium et de gallium, avec un rendement de conversion de 20 % à 30 %.La batterie est intégrée au module et l'installateur peut utiliser ces modules comme unité de base pour construire un système de production d'énergie solaire photovoltaïque.
Le défi de l’efficacité énergétique
La conversion photovoltaïque convertit les kilowatts d'énergie solaire présents sur chaque mètre carré de la surface terrestre en 200 à 300 W d'énergie électrique.Bien entendu, cela se déroule dans des conditions idéales.Cependant, l'efficacité de conversion peut être réduite pour les raisons suivantes : pluie, neige et poussière déposées sur la surface de la batterie, influence du vieillissement des matériaux semi-conducteurs et augmentation de l'ombre due aux changements environnementaux tels que la croissance de la végétation. ou la construction de nouveaux bâtiments.
Par conséquent, la réalité est que, même si l’énergie solaire est gratuite, son utilisation pour générer de l’énergie électrique utile nécessite une optimisation minutieuse de chaque étape de collecte, de stockage et de conversion finale en énergie électrique.L'une des plus grandes possibilités d'amélioration de l'efficacité énergétique réside dans la conception desonduleur, qui convertit la sortie CC du panneau solaire (ou sa batterie de stockage) en courant alternatif pour une utilisation directe ou une transmission via le réseau.
L'onduleur change la polarité du courant d'entrée CC pour le rapprocher de la sortie CA.Plus la fréquence de commutation est élevée, plus l'efficacité de conversion est élevée.Un simple interrupteur peut produire une sortie d'onde carrée capable de piloter une charge résistive, mais avec des harmoniques, il endommagera des équipements électroniques plus complexes alimentés par du courant alternatif à onde sinusoïdale pure.Par conséquent, la conception de l’onduleur est devenue la clé de l’équilibre.D'un côté,augmenter la fréquence de commutation pour améliorer l'efficacité énergétique, la tension de fonctionnement et la production d'électricité, d'autre part,pour minimiser le coût des composants auxiliaires utilisés pour lisser l'onde carrée.
2021-04-16
