La Belgique s’est engagée dans le cadre du « burden sharing » intra-européen à réduire ses émissions de gaz à effet de serre de -7,5% sur la période 2008-2012.

Depuis 1990, les émissions de gaz à effet de serre se sont accrues. Au cours de la période 1990 à 2004, les quantités rejetées de gaz à effet de serre (GES) sont passées de 143 millions à 147,9 millions de tonnes, soit une croissance de 1,4%.

Toutefois, on constate une augmentation beaucoup plus nette pour le dioxyde de carbone (CO2), étroitement lié à la consommation énergétique, par rapport à 1990. Les émissions de CO2 ont augmenté de 6,6% durant la période 1990-2004.

Avec un dépassement de 5,9% par rapport à la « trajectoire Kyoto » (la trajectoire linéaire théorique vers l’objectif de Kyoto), la Belgique est largement en retard par rapport au seuil fixé.

Au cours de la période 1990-2004, la wallonie a enregistré une décroissance de ses émissions de GES, de l’ordre de -6,1%, contre une hausse de +4,4% et +9,9% respectivement pour les régions flamande et bruxelloise.

Le chauffage des bâtiments représente la première source d’émissions de GES en Belgique. Ce secteur a rejeté dans l’atmosphère 14,3% de gaz de plus qu’en 1990.

Le secteur industriel et le secteur de la transformation énergétique sont les secondes sources d’émissions de gaz à effet de serre en Belgique. Essentiellement composées de CO2 d’origine énergétique, leurs émissions totalisent 40,2 % des gaz à effet de serre du Royaume. Par contre, ces secteurs ont poursuivi des efforts importants durant la période 1990-2004 qui se soldent respectivement par des diminutions de 10,9% et 1.2% de leurs émissions de GES. Le transport est le secteur où l’on constate la plus forte croissance des émissions de GES :+ 34%. L’agriculture et les déchets voient leurs émissions diminuer respectivement de -12,9% et -51% par rapport à 1990.

Système isolé ou autonome

Un système photovoltaïque isolé alimente l’utilisateur en électricité sans être connecté au réseau électrique. C’est bien souvent le seul moyen de s’électrifier lorsque le courant du réseau n’est pas disponible : les maisons en site isolé, sur des îles, en montagne…
Ce type de système nécessite l’utilisation de batteries pour le stockage de l’électricité et d’un contrôleur de charge pour assurer la durabilité des batteries.

Système raccordé au réseau

Par système photovoltaïque connecté au réseau, on entend un système couplé directement au réseau électrique à l’aide d’un onduleur. Ce type de système offre beaucoup de facilité pour le producteur/consommateur puisque c’est le réseau qui est chargé de l’équilibre entre la production et la consommation d’électricité.

Dans le cas de systèmes connectés au réseau, il est impératif de convertir le courant continu produit par le système photovoltaïque en un courant alternatif synchronisé avec le réseau. Pour effectuer cette conversion, on utilise un onduleur. Le rendement typique d’un onduleur est d’environ 95%. Il en existe de différentes puissances et les onduleurs sont conçus spécifiquement pour les applications photovoltaïques. L’onduleur possède également une fonction de découplage du réseau qui empêche d’injecter du courant sur le réseau lorsque celui-ci n’est pas en fonctionnement et une fonction de protection contre les surtensions.

Les systèmes photovoltaïques utilisent l’énergie la mieux répartie dans le monde : la lumière du soleil. Celui-ci fournit une énergie colossale à la Terre (10.000 fois l’énergie nécessaire). Mais le problème réside dans la forme de cette énergie qui n’est pas directement exploitable. C’est pourquoi, nous devons utiliser des processus de conversion comme les cellules solaires photovoltaïques qui permettent de convertir l’énergie lumineuse du soleil en énergie électrique.

L’effet photovoltaïque a été découvert par Alexandre Edmond Becquerel en 1839. L’effet photovoltaïque est obtenu par absorption des photons dans un matériau semi-conducteur qui génère alors une tension électrique. Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire, qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou recharger une batterie.

La lumière du soleil se compose de photons contenant une énergie correspondant aux différentes longueurs d’onde du spectre solaire. Quand un photon heurte une cellule photovoltaïque, son énergie peut être transférée à un électron dans le matériau semi-conducteur de la cellule. Avec cette énergie supplémentaire, l’électron peut alors s’échapper de sa position normale dans l’atome créant un « trou », qui deviendra une partie d’un courant dans un circuit électrique. C’est ce qu’on appelle la paire électron-trou.

Une cellule photovoltaïque est une diode, formée de deux couches de matériaux de semi-conducteur dopées de sorte que l’une conduise les charges négatives et l’autre, les charges positives. Ce phénomène crée un champ électrique permanent dans la cellule.

Grâce à cet effet diode et lorsque la paire électron-trou a été crée, les charges négatives vont être séparées des charges positives. Il se crée donc une différence de potentiel entre les couches N et P de la cellule. Un courant circule si une résistance (ampoule par exemple) est placée entre ces contacts.

Afin de maximiser la production d’électricité d’une installation photovoltaïque, il convient d’orienter les modules de façon optimale afin de capter un maximum du rayonnement solaire. En effet, la direction du soleil est importante. Ainsi, on distingue en général 3 types de structures: les panneaux fixes, les panneaux orientables et les panneaux mobiles.

L’énergie solaire reçue par une surface de modules photovoltaïques sera plus importante si cette surface est perpendiculaire aux rayons directs du soleil.

Une surface perpendiculaire au flux lumineux capte davantage de rayons lumineux que la même surface disposée avec une inclinaison différente.
De façon générale, on choisira toujours une orientation au sud ou proche. En ce qui concerne l’inclinaison des panneaux par rapport à l’horizontale, l’approche se fonde sur la hauteur du soleil dans le ciel. Comme on peut le voir sur le graphique ci-dessous, la position du soleil dans le ciel est plus haute en été qu’en hiver. Est représenté sur ce graphique, la hauteur du soleil dans le ciel en fonction de l’azimut lors du solstice d’été (21 juin, en rouge) et lors du solstice d’hiver (21 décembre, en bleu).

Avec des panneaux orientables, on peut modifier l’inclinaison tous les mois, mais par facilité, on peut également choisir une inclinaison pour l’été, une autre pour l’hiver. On utilise généralement ce genre de structure pour des applications au sol ou sur des toits plats.

Pour ces systèmes à inclinaison variable, il existe un angle d’inclinaison des panneaux par rapport à l’horizontale, qui permet de maximiser la production d’électricité mensuelle. Les valeurs de cet angle mensuel optimum sont reprises dans le graphique ci-dessous.

Les panneaux fixes sont installés dans une position fixe tout au long de l’année (azimut et inclinaison). Le rendement optimum est obtenu pour une orientation sud avec une inclinaison de 35°. Dans cette position, un système d’une puissance d’1 kWc produit environ 850 kWh pan an.

Si on s’écarte de cette position, le rendement diminue. Cette diminution du rendement peut être calculée en multipliant le rendement obtenu en position optimale par le facteur de correction pour l’orientation et l’inclinaison choisie. Une installation photovoltaïque orientée entre le sud-est et le sud-ouest avec une inclinaison par rapport à l’horizontale comprise entre 15° et 50° produira une quantité d’énergie presque optimale (zone en orange).

Les combinaisons orientation-inclinaison qui sont grisées dans le tableau sont à déconseiller, sauf si cette combinaison est le résultat d’une contrainte architecturale.

Pour rappel, la production annuelle d’électricité par kWc en Belgique pour un système fixe orienté de manière optimale (sud, 35°) est d’environ 850 kWh.

Comment calculer sa production d’électricité en fonction, de la puissance crête, des données d’orientation et d’inclinaison de mon système ?

Production annuelle d’électricité (en kWh)= 850 x Facteur de correction x Puissance crête du système.

Exemple : Si un système photovoltaïque de 4 kWc est installé avec une orientation sud-est et une inclinaison de 15°, ce système produira environ 850 kWh/kWc (valable pour la Wallonie) x 0,93 (obtenu dans le tableau ci-dessous) x 4 kWc = 3162 kWh par an.

Il est aussi possible de calculer la production d’électricité de son système photovoltaïque via le site internet suivant : http://re.jrc.ec.europa.eu/pvgis/apps3/pvest.php. Il suffit d’encoder la localisation, les données types de son système photovoltaïque, le site permet même une approximation de la production mensuelle d’électricité.

L’objectif du système de panneaux mobiles est de pouvoir suivre le soleil tout au long de la journée. Pour cela, la structure possède deux degrés de liberté : une rotation horizontale pour régler l’azimut et une rotation verticale pour l’inclinaison. Ce système permet aux panneaux photovoltaïques de suivre continuellement la position du soleil pour assurer une production électrique maximum. Ce type de structure permet d’augmenter la production d’électricité par rapport aux panneaux fixes, d’environ 25%.

Si un système fixe situé en Région wallonne produira jusqu’à 867 kWh/kWc dans les meilleures conditions, un suiveur solaire permettra de produire jusqu’à 1093 kWh/kWc, soit un gain d’environ 25%.

Voici une comparaison de la production d’électricité d’un suiveur solaire par rapport à un système fixe.

La différence entre les 2 systèmes est tout à fait évidente au niveau des performances, surtout pour les mois les plus ensoleillés. Néanmoins, les systèmes mobiles nécessitent des fondations importantes (socle en bêton) et peuvent difficilement s’intégrer sur la toiture.

Afin de bien comprendre le fonctionnement d’un système photovoltaïque, il est utile d’en analyser les principaux composants. Les informations présentées ne se veulent pas exhaustives mais doivent permettre de comprendre le rôle et l’utilité de chacun des composants, ainsi que de leur emplacement respectif.

Le générateur photovoltaïque

L’ensemble de panneaux photovoltaïques interconnectés forme le générateur. Celui-ci converti directement la lumière solaire en électricité (courant continu). La quantité d’électricité produite est proportionnelle à la quantité de lumière qui atteint le générateur. Le générateur est caractéristé par sa puissance crête exprimée en kilowatt crête (kWc).

Un câblage spécifique pour le courant continu relie le générateur à l’onduleur. Il est conseiller de placer un sectionneur spécifique pour le courant continu permettant d’isoler électriquement le générateur photovoltaïque. Ce sectionneur se présente parfois sous la forme d’une poignée.

L’onduleur

Les applications domestiques étant généralement alimentées en courant alternatif, il est nécessaire de convertir le courant continu produit par le générateur, en courant alternatif avec les mêmes caractéristiques (tension, fréquence, phasage, …) que le courant qui provient du réseau. Cette transformation est réalisée grâce à un onduleur. L’onduleur est caractérisé par sa puissance de sortie (coté courant alternatif) exprimée en kilovoltampere (kVA).

La sortie de l’onduleur (courant alternatif) est généralement raccordée directement sur tableau électrique basse tension. Ce dernier est donc alimenté en parallèle par 2 sources d’électricité : le générateur photovoltaïque et le réseau. Le tableau électrique distribuera l’électricité entre les différents circuits. Le tableau électrique est évidemment équipé d’un différentiel en tête d’installation et de différents interupteurs et disjoncteurs peremttant d’isoler et de protéger chaque circuit électrique en fonction d’un ampérage précis exprimé en ampères (A).

Le compteur “certificats verts”

Afin de comptabiliser tout la production d’électricité (kWh) de l’installation photovoltaïque, un compteur spécifique est installé entre l’onduleur et le tableau électrique. C’est sur base du relevé trimestriel de ce compteur que les certificats verts sont comptabilisés. Il ne faut pas confondre ce compteur avec le compteur du GRD.

Où va l’électricité photovoltaïque ?

Lorsqu’il y a production d’électricité photovoltaïque, le courant produit alimentera donc les différents circuits électriques et le complément d’électricité proviendra du réseau.
S’il y a surproduction d’électricité photovoltaïque, l’excédent sera réinjecté sur le réseau et pourra être utilisés par d’autres consommateurs. Cette injection se fait naturellement, les câbles électriques permettant de faire circuler l’électricité dans les 2 sens.

Le compteur électrique existant (GRD)

Le compteur du Gestionnaire de Réseau de Distribution (GRD) mesure la quantité d’électricité (kWh) prélevée sur le réseau. Le relevé de ce compteur sert à établir la facture d’électricité du fournisseur d’électricité au client final.
Pour les systèmes de moins de 10 kVA et quand l’électricité est injectée sur le réseau, le compteur unidirectionnel tourne à l’envers (mécanisme de compensation). Pour les systèmes de plus de 10 kVA, l’utilisation d’un compteur bidirectionnel est obligatoire. Ce compteur comptabilisera de façon distincte l’électricité prélevée de l’électricité injectée.

Il est désormais possible pour les installations de moins de 10 kVA de faire tourner son compteur à l’envers. Il est utile de rappeler le fonctionnement de cette compensation entre les achats et les fournitures du client final disposant d’une installation d’autoproduction de petite puissance.

Le compteur qui tourne à l’envers (<10 kVA)

Le principe de compensation a été adopté par le Gouvernement wallon, le 24 mai 2007 et est effectif depuis sa publication au Moniteur le 24 juillet 2007.
En pratique

Pour les installations de moins de 10 kVA (puissance max de sortie de l’onduleur), qui sont certifiées et enregistrées comme installation de production d’électricité verte auprès de la CWaPE :
La quantité d’électricité injectée sur le réseau peut compenser une partie ou la totalité de la quantité d’électricité prélevée du réseau et ce, au même prix.

Il existe alors 3 alternatives au niveau du comptage:

• Utilisation d’un compteur simple sans cliquet (1 EAN) qui peut tourner à l’envers. Dans ce cas, il n’y a généralement pas besoin de changer son compteur électrique. Cependant, si sur base annuelle, la quantité d’électricité injectée dépasse la quantité d’électricité prélevée, le surplus est alors injecté gratuitement.
• Utilisation d’un compteur bidirectionnel (1 EAN). Dans ce cas, le comptage se fait dans les 2 sens et on additionne les 2 mesures. Cependant, si sur base annuelle, la quantité d’électricité injectée dépasse la quantité d’électricité prélevée, le surplus est alors injecté gratuitement.
• Utilisation d’un compteur bidirectionnel (2 EAN). Dans ce cas, le comptage se fait dans les 2 sens et on additionne les 2 mesures. Si la quantité d’électricité injectée dépasse la quantité d’électricité prélevée, le surplus peut alors être valorisé (cf. vente d’électricité), soit auprès d’un fournisseur d’électricité qui pourra racheter cette électricité, soit auprès du gestionnaire de réseau de distribution qui l’obligation de racheter l’électricité injectée sur son réseau au prix du marché. Attention que le changement de compteur (environ 250 €) pour obtenir 2 codes EAN est à charge de l’utilisateur du réseau !

Dans le cas des compteurs bi-horaires, le mécanisme de compensation fonctionne par plage horaire. Concrètement, votre compteur tournera à l’envers en fonction de la plage horaire. Si vous injectez de l’électricité verte pendant la journée en semaine, c’est votre compteur de jour qui tournera à l’envers. Si vous injecter de l’électricité verte durant le weekend, c’est votre compteur de nuit qui tournera à l’envers.

Comment ça marche ?

Le comptage de l’énergie électrique qui passe par endroit donné, se fait généralement à l’aide d’un compteur électromagnétique. Celui-ci a la particularité de faire tourner un disque en fonction de la quantité d’énergie qui passe par le compteur. Cette roue entraine ensuite un système de chiffres rotatifs qui traduisent les effets électriques en valeurs chiffrées. Bien que conçus pour tourner dans un seul sens, les compteurs électromagnétiques peuvent également tourner dans l’autre sens si on inverse le flux électrique. Dans ce cas, on dit que le compteur tourne à l’envers.

A quel moment mon compteur tourne-t-il à l’envers ?

Pas de production (pas de système photovoltaïque)
Lorsqu’il y a uniquement consommation d’électricité, le compteur tourne à l’endroit (vers la droite) et votre facture augmente.

Production < consommation
Le compteur tourne à l’endroit, mais plus lentement que dans le 1er cas.

Consommation = Production
Le compteur est à l’arrêt, vous produisez exactement ce que vous consommer.

Production > consommation
Le compteur tourne à l’envers, votre facture diminue.

De quel compteur s’agit-il ?
Quand on parle du compteur qui tourne à l’envers, il s’agit du compteur général de votre installation électrique, celui qui permet de calculer votre facture d’électricité et dont vous transmettez périodiquement l’index. Il s’agit en fait du compteur placé par le gestionnaire du réseau de distribution.

Compteurs électroniques ?
La technologie a évolué et sont apparus les compteurs électroniques. Ceux-ci ne pourront évidement pas tourner à l’envers puisqu’il n’y a plus de disque électromagnétique. Cependant, il est très aisé de les programmer pour compter l’électricité qui a été prélevée du réseau et l’électricité qui a été injectée.

Et pour les compteurs bi-horaires ?

Les compteurs bi-horaires tournent à l’envers en fonction de leur plage horaire spécifique. Le tarif de nuit ayant été étendu au weekend, ce sera donc le compteur de nuit qui tournera à l’envers le samedi, le dimanche et tous les jours de le semaine entre 22h (ou 23h) et 7h (ou 8h), en cas d’injection de courant sur le réseau à ces moments-là.

Quels avantages ?

• Tous les kWh produits par le système photovoltaïque permettent de réduire directement la facture d’électricité. On ne considère pas le moment de production.
• Les kWh injectés sont valorisés au tarif auquel vous achetez l’électricité.
• Le système est entièrement automatique. Le fait que votre compteur tourne à l’envers ne va normalement pas se voir. À l’analyse des chiffres, on apercevra simplement une diminution de votre consommation annuelle.
• Pas de charge administrative supplémentaire

Peut-on considérer l’électricité produite à partir d’une installation photovoltaïque comme une énergie entièrement renouvelable et propre? La fabrication, l’installation, le démantèlement et le recyclage des panneaux nécessitent de l’énergie. En fin de compte, une installation photovoltaïque génère-t-elle plus d’énergie qu’il en a fallu pour la mettre en place?

Une installation photovoltaïque doit rembourser son contenu en énergie.

Avant de produire de l’électricité, la fabrication, l’installation des systèmes et ensuite leur démantèlement et leur recyclage en fin de vie, ont nécessité une certaine quantité d’énergie qui doit être “remboursée” avant qu’on puisse considérer l’électricité photovoltaïque comme renouvelable et propre.
Bien que ce ne soit plus une problématique parmi la communauté scientifique et l’industrie photovoltaïque, des rumeurs infondées persistent ici et là concernant le statut du photovoltaïque comme énergie renouvelable et un impact global soi-disant négatif sur l’environnement.
Une étude sur l’impact environnemental du photovoltaïque dans les pays de l’OCDE

Une étude à ce sujet a été réalisée par Hespul avec le soutien de l’ADEME (Agence française de l’Environnement et de la Maîtrise de l’Energie) pour les pays membres de l’OCDE. Cette étude est par ailleurs soutenue par les organismes européens suivants :

• IEA-PVPS Task 10
• European Photovoltaic Technology Platform
• European Photovoltaic Industry Association

Cette étude a calculé le temps de retour énergétique (“energy pay-back time”) qui est défini comme le temps en années, nécessaire à un système photovoltaïque pour “rembourser” son contenu initial en énergie. Elle a calculé également le facteur de retour énergétique qui est défini comme le nombre de fois qu’un système photovoltaïque va rembourser son contenu en énergie au cours de sa vie.

Ces études sont disponibles en anglais :

• résumé de l’étude
• étude complète

Les principaux résultats
Le temps de retour énergétique d’un système photovoltaïque complet est (pas seulement les modules, mais aussi les câbles, les cadres et les outils électroniques), en fonction de l’irradiation solaire à cet endroit, entre 19 et 40 mois pour un système monté sur toiture et entre 32 et 56 mois pour un système monté en façade (vertical).

En se basant sur la durée de vie communément admise de 30 ans, le facteur de retour énergétique est entre 8 et 18 pour un système monté sur toiture et entre 5,4 et 10 pour les installations en façade.