Stéphan ASTIER

Le soleil délivre une énergie qui peut être utilisée dans le cadre de la transition énergétique. Toutefois comment peut-on produire et utiliser des équipements photovoltaïques en limitant leurs impacts environnementaux ? 

L'électricité solaire photovoltaïque est issue directement de la seule source d’énergie à basse entropie extérieure à la Terre : le soleil. Comment peut-on la produire avec le meilleur rendement possible ?  

De par l’épuisement programmé des ressources primaires fossiles de la Terre, il est indispensable et urgent que d’autres ressources énergétiques prennent la relève. L’électricité photovoltaïque issue de la conversion directe en énergie électrique de l’énergie du rayonnement solaire, apport extérieur constamment renouvelé, est pour cela en très bonne place. Après une introduction présentant le contexte géophysique et énergétique, cet article expose les caractéristiques du rayonnement solaire dans l’espace et arrivé au sol, le principe physique de la conversion photovoltaïque, et la technologie des matériaux utilisés dans les cellules photovoltaïques.

Le rendement d’une installation d’électricité photovoltaïque dépend essentiellement de la technologie et donc des performances des dispositifs de conversion photovoltaïque et des systèmes qui exploitent cette énergie. Cet article est consacré à l'exploitation de la conversion photovoltaïque, depuis la mise en œuvre pratique des cellules constituant des générateurs électriques de puissance, jusqu'aux systèmes photovoltaïques qui gère cette énergie. Une présentation de la problématique de ces systèmes en termes d'architecture, de gestion et de stockage de l'énergie est détaillée, la variété des applications et des fonctionnements est largement illustrée.

Cet article est consacré aux générateurs et systèmes à énergies renouvelables, notamment les générateurs solaires photovoltaïques et les générateurs éoliens. Y sont développées la démarche et la mise en application de l’outil Bond Graph. Cette méthodologie offre une représentation cohérente des interactions et couplages intervenant au sein du système et ainsi un outil de conception complet et efficace. Deux exemples, une chaîne éolienne et un véhicule solaire, permettent d’illustrer cette approche.

Méthodologie couramment utilisée dans le monde industriel, le Bond Graph apporte, par modélisation, une aide considérable à la conception des systèmes de puissance, qui présentent la complexité d’être constitués d’éléments en interaction. Cet outil repose sur une représentation à constantes localisées des phénomènes de transferts énergétiques, prenant en compte les relations de cause à effet, ce qui en fait un véritable support de l’approche systémique. Cet article traite de la mise en application de l'outil Bond Graph dans des dispositifs de conversion et de stockage d’énergie électrique utilisés dans les systèmes à énergies renouvelables.