Fonctionnement d’un panneau solaire : Le guide

L’énergie solaire gagne du terrain dans le monde entier car de plus en plus de pays ont commencé à l’adopter comme source d’énergie primaire. Le coût de l’énergie solaire s’étant effondré ces dernières années, parallèlement à des améliorations majeures en termes d’efficacité technique et de qualité de fabrication, de nombreux propriétaires français commencent à considérer l’énergie solaire comme une solution énergétique alternative viable. Alors que l’énergie solaire fait son entrée sur les marchés de l’énergie, la grande question qui se pose est la suivante : Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Dans cet article, nous allons parler du solaire photovoltaïque, ou PV, car il s’agit du type de production d’énergie solaire le plus courant, en particulier pour les particuliers et les entreprises. Mais il en existe d’autres, qui fonctionnent différemment des panneaux solaires photovoltaïques traditionnels. Deux des options solaires alternatives les plus courantes qui fonctionnent différemment des panneaux PV sont les capteurs solaires thermiques et les panneaux solaires hybrides.

Qu’est-ce que l’énergie solaire ?

Les photons qui atteignent vos cellules solaires et génèrent un courant électrique viennent d’une étoile : le soleil. L’énergie solaire est créée par les réactions constantes de fusion nucléaire qui se produisent dans les profondeurs du soleil. La fusion nucléaire dans le soleil se produit lorsque des protons (qui sont essentiellement les mêmes que les atomes d’hydrogène) entrent en collision et fusionnent à une température et une pression extrêmes pour créer de l’hélium. Ce processus émet une quantité massive d’énergie (ainsi que d’autres protons). Au cœur du soleil, cette réaction se produit constamment, produisant plus de 500 millions de tonnes d’atomes d’hydrogène chaque seconde.

Le résultat ? Notre soleil a une température d’environ sept millions de degrés Fahrenheit et émet constamment des quantités massives d’énergie sous forme de rayonnement électromagnétique. Ces rayonnements existent sous de nombreuses formes, et le soleil produit tous les types de rayonnements, transmis à la terre sous forme de photons.

Genèse des panneaux solaires

La lumière du soleil parcourt 93 millions de kilomètres avant d’atteindre la terre. La lumière du soleil atterrit sur votre toit et se transforme comme par magie en électricité. L’énergie ainsi produite permet de faire fonctionner votre télévision, de chauffer l’eau et d’éclairer votre chemin la nuit. La clé de ce miracle moderne est la cellule photovoltaïque qui utilise cette énergie renouvelable et durable pour produire de l’électricité.

L’utilisation des panneaux solaires remonte à 1839, lorsque Alexandre Edmond Becquerel a découvert l’effet photovoltaïque, expliquant comment l’électricité peut être générée à partir de la lumière du soleil.

Le photovoltaïque existe depuis quelques des décennies. À la fin des années 1950, les cellules photovoltaïques étaient presque exclusivement utilisées pour alimenter des objets tels que les satellites. Et beaucoup d’entre nous se souviennent d’avoir eu à l’école des calculatrices qui n’avaient pas besoin de batterie car elles étaient alimentées par le soleil. Le désir d’exploiter cette énergie a été le Saint Graal des énergies renouvelables au cours des 30 à 40 dernières années.

L’avantage des cellules solaires est qu’elles n’ont pas besoin d’un soleil radieux pour fonctionner. Elles ont simplement besoin de lumière et peuvent produire de l’électricité même par temps nuageux. Il existe plusieurs types de cellules photovoltaïques utilisées dans les panneaux solaires. Elles sont fabriquées à partir de silicium, un excellent semi-conducteur. Ces différentes cellules varient dans l’efficacité de leur production d’électricité, leur pureté et leur coût.

Pour faire simple, les cellules absorbent la lumière du soleil et la convertissent en électricité. En plaçant une connexion à chaque extrémité de la cellule, vous pouvez alors collecter ce courant et l’utiliser pour alimenter tous vos besoins énergétiques.

Cependant, nous ne sommes capables d’exploiter que 0,001 % de cette énergie. Nous devons donc tout simplement utiliser la plus grande partie possible de la puissance qu’offre cette incroyable étoile au centre du système solaire.

L’effet photovoltaïque ?

Le processus de production d’électricité solaire commence par les cellules solaires, les pièces individuelles qui composent un panneau solaire plus grand. Les cellules solaires sont généralement fabriquées à partir de l’élément silicium (numéro atomique 14 dans le tableau périodique). Le silicium est un semi-conducteur non métallique capable d’absorber et de convertir la lumière du soleil en électricité. Nous utilisons également du silicium dans presque tous les ordinateurs de la planète. Il existe différents types de semi-conducteurs généralement utilisés dans les cellules solaires. Le silicium est de loin le plus courant, utilisé dans 95 % des cellules solaires fabriquées aujourd’hui. Le tellurure de cadmium et le di séléniure de cuivre, d’indium et de gallium sont les deux principaux matériaux semi-conducteurs utilisés dans la production de panneaux solaires à couche mince.

Deux couches de silicium sont utilisées dans les cellules photovoltaïques, et chacune est spécialement traitée, ou « dopée », pour créer un champ électrique à la jonction entre les couches. Ce champ électrique force les électrons libres à circuler dans la cellule solaire et à sortir de la jonction du silicium, générant ainsi un courant électrique. Le phosphore et le bore sont couramment utilisés comme agents de dopage positif et négatif, respectivement, pour créer les côtés positif et négatif d’une cellule photovoltaïque.

Comment les panneaux solaires fonctionnent-ils pour produire de l’électricité ?

Un panneau solaire standard (également appelé module solaire) se compose d’une couche de cellules de silicium, d’un cadre métallique, d’une enveloppe en verre et de divers câblages permettant au courant de circuler entre les cellules de silicium. Le silicium est un non-métal doté de propriétés conductrices qui lui permettent d’absorber et de convertir la lumière du soleil en électricité. Lorsque la lumière interagit avec une cellule de silicium, elle met les électrons en mouvement, ce qui déclenche un flux de courant électrique.

Détail du fonctionnement

Les cellules photovoltaïques sont regroupées en modules qui constituent un panneau. Dans un panneau solaire standard, vous avez deux fines couches de silicium qui ont été traitées de manière légèrement différente. La couche supérieure, qui fait face au soleil, contient des atomes instables, de sorte que lorsqu’une source d’énergie les frappe, des électrons s’envolent.

La couche inférieure comporte un certain nombre de « trous » dans les atomes qui ont un besoin urgent d’un ou deux électrons. Lorsque la lumière du soleil frappe la couche supérieure, les électrons instables sont excités et attirés vers la couche inférieure. Ce mouvement d’électrons provoque un courant. Si vous ajoutez deux contacts métalliques au-dessus et au-dessous, vous obtenez un circuit et un système qui produit de l’électricité.

Outre ses cellules solaires en silicium, un module solaire typique comprend une enveloppe en verre qui offre durabilité et protection aux cellules PV en silicium. Sous l’enveloppe de verre, le panneau comporte une couche d’isolation et une feuille de protection arrière, qui protège contre la dissipation de la chaleur et l’humidité à l’intérieur du panneau. L’isolation est importante car l’augmentation de la température entraîne une diminution du rendement, ce qui se traduit par une baisse des performances du panneau solaire.

Les panneaux solaires sont dotés d’un revêtement antireflet qui augmente l’absorption de la lumière du soleil et permet aux cellules de silicium de recevoir une exposition maximale à la lumière du soleil. Les cellules solaires en silicium sont généralement fabriquées sous deux formes : monocristalline ou polycristalline. Les cellules monocristallines sont constituées d’un seul cristal de silicium, tandis que les cellules polycristallines sont constituées de fragments ou d’éclats de silicium. Les formats monocristallins offrent plus de place aux électrons pour se déplacer et offrent donc une technologie solaire plus efficace que les polycristallins, bien qu’ils soient généralement plus chers.

Quelles alternatives aux cellules en silicium ?

Si le silicium est le semi-conducteur le plus couramment utilisé dans le monde pour les panneaux solaires, il existe des options alternatives utilisées dans certains produits solaires nouveaux et émergents.

✔️ Les cellules solaires à couches minces sont une catégorie générale de cellules solaires fabriquées à partir de matériaux légers et/ou flexibles. Il existe quatre principaux types chimiques de cellules solaires à couche mince : Tellurure de cadmium (CdTe), silicium amorphe (a-Si), séléniure de cuivre, d’indium et de gallium (CIGS) et arséniure de gallium (GaAs). Les couches absorbant la lumière dans ces types de cellules sont 350 fois plus petites que les cellules en silicium, d’où le nom de « couche mince ».

✔️ Les cellules solaires organiques sont un type distinct de cellules solaires à couche mince qui utilisent des matériaux à base de carbone comme semi-conducteur. Ces types de cellules photovoltaïques organiques (OPV) sont aussi parfois appelés « cellules solaires en plastique » ou « cellules solaires en polymère », et sont produites en dissolvant des composés organiques dans de l’encre et en les imprimant sur des plastiques fins.

✔️ Les cellules solaires pérovskites constituent une troisième catégorie de cellules solaires à couche mince fabriquées à partir de pérovskites, une catégorie de matériaux artificiels dotés d’une structure cristallographique unique qui les rend très efficaces pour convertir les photons de lumière en électricité utilisable. Les cellules pérovskites sont fabriquées par « traitement en solution », la même technique que celle utilisée pour imprimer les journaux.

Le panneau solaire au cœur de l’installation photovoltaïque

Evidemment, au-delà du fonctionnement du panneau solaire, il est important de comprendre le fonctionnement global d’une installation photovoltaïque. Commençons par les composants de base d’une installation de panneaux solaires classique, celui que l’on voit sur le toit des maisons. Le principal composant d’une installation d’énergie solaire efficace est le module photovoltaïque.

La production d’un courant électrique est la première étape du fonctionnement d’un panneau solaire, mais le processus ne s’arrête pas là. Voici comment les installations de panneaux solaires génèrent de l’électricité utilisable pour votre maison :

🌞 Tout d’abord, les cellules photovoltaïques absorbent l’énergie du soleil et la convertissent en courant électrique continu. Comme expliqué ci-dessus, les cellules solaires qui composent chaque panneau solaire font le gros du travail lorsqu’il s’agit de produire réellement de l’électricité. Grâce à l’effet photovoltaïque, vos panneaux solaires produisent un courant électrique.

🌞 Ensuite, Les onduleurs solaires convertissent le courant continu de vos modules solaires en courant alternatif, qui est utilisé par la plupart des appareils ménagers. L’électricité courant continu (CC) est convertie en électricité courant alternatif (AC) lorsqu’elle passe par votre onduleur solaire. Les onduleurs peuvent également être équipés de transformateurs qui régulent la tension des courants CC et AC.

🌞 Puis, L’électricité circule dans votre maison et alimente les appareils électroniques. Les onduleurs solaires transfèrent l’énergie AC convertie vers le tableau électrique de votre maison. De là, l’électricité est dispersée dans votre maison vers toutes vos prises afin que lorsque vos appareils sont branchés, un courant électrique utilisable soit disponible.

🌞 Enfin, l’électricité excédentaire produite par les panneaux solaires est injectée dans le réseau public d’électricité.

En complément

➜ Si vous disposez d’une installation solaire raccordé au réseau public, l’électricité peut être acheminée vers et depuis le réseau électrique, et l’énergie excédentaire produite par vos panneaux peut en fait vous rapporter de l’argent. Grâce à une politique d’autoconsommation avec vente du surplus ou vente totale d’électricité solaire, vous rentabiliser votre installation photovoltaïque.

➜ Si vous envisagez d’installer un système photovoltaïque, vous devez tenir compte d’un certain nombre de facteurs qui auront un effet sur l’efficacité de la production d’électricité, notamment l’emplacement et le type de panneau.

➜ Il existe différents types de cellules photovoltaïques qui produisent plus ou moins d’énergie en fonction de leur taille, de leur épaisseur et de leur pureté. Les cellules les plus pures ont tendance à être plus efficaces et donc plus chères.

➜ Pour obtenir une production d’énergie optimale, vous devez disposer d’un toit orienté au sud. Cela permettra aux panneaux de capter une plus grande partie de l’ensoleillement direct.

➜ Avez-vous des arbres autour de votre toit ? Dans ce cas, vous devez prendre en compte la quantité d’ombre qu’il y aura pendant les mois d’été. Un chêne peut sembler parfait en hiver lorsque les branches sont nues, mais lorsqu’il est en pleine floraison, cela peut avoir un effet négatif sur votre production d’électricité autant par l’ombrage que par les salissures. A ce titre, il est important de nettoyer les panneau solaires.

➜ Bien entendu, vous devrez disposer d’un espace suffisant sur votre toiture pour accueillir le bon nombre de panneaux. Il devra être suffisamment grand pour répondre à tous vos besoins énergétiques. Vous voudrez éventuellement être en mesure de produire un surplus pour le vendre sur le réseau public. En règle générale, les cellules photovoltaïques les plus pures et les plus chères nécessitent moins d’espace que les alternatives moins chères. Il s’agit de trouver le bon équilibre entre le coût et l’efficacité et l’espace que vous devez consacrer à l’installation.

Qu’est-ce qu’un système de panneaux solaires raccordé au réseau ?

Si vous possédez une installation photovoltaïque, la majorité de votre électricité provient probablement directement de votre système, en supposant qu’il soit dimensionné de manière appropriée. Mais que se passe-t-il par temps nuageux ou la nuit lorsque le soleil ne brille pas ? La plupart des propriétaires restent raccordés au réseau électrique local afin d’avoir accès à une source d’électricité alternative, ce qui signifie que l’installation solaire est relié au réseau. En fait, dans la plupart des cas, à moins que vous ne disposiez d’un stockage avec des batteries solaires, vous devrez rester raccordé au réseau car les panneaux solaires ne sont pas conçus pour produire constamment suffisamment d’électricité pour être la seule source d’énergie d’une maison.

Quels sont les avantages des panneaux solaires ?

Maintenant que vous savez ce qu’ils sont et comment ils fonctionnent, nous pouvons vous dire pourquoi c’est un investissement judicieux !

⚡️ Source d’énergie renouvelable : L’énergie solaire est accessible tant que nous aurons le soleil, ce qui, selon les scientifiques, durera au moins cinq milliards d’années. C’est une véritable source d’énergie renouvelable, qui ne produit pas de gaz, ne pollue pas l’eau et ne fait pas de bruit. C’est un rêve vert.

⚡️ Réduit les factures d’électricité : En faisant de l’autoconsommation, vous produirez une partie de vos besoins énergétiques à partir de panneaux solaires. De fait, vos factures d’électricité diminueront. Vous pouvez également gagner de l’argent en revendant l’électricité non utilisée au réseau.

⚡️ Temporalité : Les besoins en énergie des ménages ont tendance à être plus élevés en journée, lorsque les gens sont à la maison (retraités et télétravailleurs en semaine + tous les autres en périodes de week-end, vacances et jours fériés). C’est parfait car l’énergie solaire atteint sa production maximale à ces moments-là. Remarque : les panneaux solaires ne fonctionnent pas la nuit.

⚡️ Peu d’entretien : Les panneaux solaires ne nécessitent pas beaucoup d’entretien, juste un nettoyage quelques fois par an. Les garanties sont généralement de 20 à 25 ans et l’onduleur ne doit être remplacé qu’au bout de 10 ans.

Quels sont les inconvénients des panneaux solaires ?

Les deux principaux inconvénients de l’énergie solaire sont :

👎 Si l’investissement dans le photovoltaïque est rentable à long terme, cette technologie peut-être considérée comme coûteuse. Heureusement, il existe des subventions et aides, telles que le tarif d’achat ou la prime à l’investissement, qui permettent d’alléger la charge initiale.

👎 L’intermittence peut être un problème. Les ressources énergétiques renouvelables ne sont pas disponibles 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, toute l’année. Par exemple, les panneaux solaires produisent moins d’électricité la nuit et par temps couvert. Certains phénomènes météorologiques imprévisibles peuvent avoir un impact sur l’efficacité des panneaux solaires, mais vous pouvez envisager des options de batterie solaire.

Peut-on alimenter toute la maison grâce aux panneaux solaire ?

Oui, vous pouvez produire suffisamment d’électricité pour toute votre maison grâce à l’énergie solaire. La clé est de s’assurer que vos panneaux solaires photovoltaïques fonctionnent au maximum de leur efficacité en choisissant le bon type de panneau, le bon installateur photovoltaïque et le meilleur type de pose par rapport à la géométrie et l’exposition de votre maison et en fonction de vos besoins.

Cependant, bien qu’une installation de panneaux solaires puisse compenser la totalité de votre consommation d’énergie, il n’est pas réaliste d’attendre ce niveau de production tous les jours en raison de l’intermittence. L’installation de batterie de stockage vous aidera lorsque le soleil ne brille pas si vous ne voulez pas dépendre du réseau.

Avez-vous toujours une facture d’électricité avec des panneaux solaires ?

Oui, si vous êtes raccordé au réseau, vous recevrez toujours une facture d’électricité avec des panneaux solaires mais il est certain que le montant s’en ressentira. Toutefois, si vos panneaux solaires ne produisent pas suffisamment d’énergie pour répondre à vos besoins, ou si vous avez augmenté votre consommation d’énergie depuis l’installation, vous devrez payer probablement presque autant à votre fournisseur d’électricité. Si vous souhaitez vous reposer entièrement sur l’énergie solaire, vous devrez ajouter une batterie solaire à vos panneaux solaires.

Les panneaux solaires fonctionnent-ils la nuit ?

Bien qu’il soit possible de produire de l’électricité à partir d’autres sources lumineuses, la nuit, la production est très faible car les cellules des panneaux solaires ont besoin de la lumière du soleil. Lorsque les panneaux solaires sont associés à un système de stockage par batterie, l’énergie est stockée tout au long de la journée pour être utilisée le soir et même les jours nuageux lorsque les panneaux solaires ne peuvent pas bénéficier de tous les avantages d’une journée ensoleillée.

Comment savoir si mes panneaux solaires produisent ?

👉 Vérifiez la météo. Les jours sans soleil, vous recevrez 10 à 25 % de la capacité maximale du panneau.

👉 Vérifiez votre onduleur. En tant que cerveau de votre système solaire, votre onduleur fournira le plus gros indice pour savoir si vos panneaux fonctionnent.*

👉 Vérifiez votre compteur solaire : Les compteurs solaires surveillent la production de votre système et affichent des chiffres tels que le total des kilowatts par heure que vos panneaux produisent. S’ils augmentent, tout va bien.

👉 Vérifiez votre facture d’électricité : Si votre facture est plus élevée qu’avant l’installation des panneaux, il y a un problème.

👉 Faites vérifier votre installation par votre installateur photovoltaïque : Il est toujours bon de vérifier auprès de l’entreprise solaire, une fois l’installation terminée, que tout se passe bien.

Ce qu’il faut savoir avant d’acheter son installation panneaux solaires

Les personnes qui envisagent de faire installer un kit panneaux solaires chez elles doivent prendre en compte un certain nombre de facteurs comme le financement, l’équipement, le choix de l’installateur et les garanties. À tous ces sujets s’ajoute la question de savoir comment s’assurer de faire une bonne affaire et de réaliser d’importantes économies d’énergie sur le long terme ! Pour les personnes novices dans le processus d’achat de panneaux solaires, nous avons quelques conseils clés qui vous garantiront de faire la meilleure affaire pour votre installation photovoltaïque. Voici 3 conseils pour les futurs acquéreurs d’une installation solaire.

💰 Les propriétaires qui demandent plusieurs devis économisent 10 % ou plus.

Comme pour tout achat important, l’achat d’une installation de panneaux solaires nécessite beaucoup de recherche et de réflexion. Il est naturellement fortement recommandé de comparer le plus grand nombre possible de devis d’installation photovoltaïque afin d’éviter de payer les prix exagérés proposés par les grands installateurs de l’industrie solaire.

Pour trouver les petits entrepreneurs qui proposent généralement des prix plus bas, vous devez utiliser un réseau d’installateurs Solaire France. Vous pouvez recevoir 3 devis gratuits d’installateurs photovoltaïques sérieux, agréés et près de chez vous. Vous recevrez 3 devis ou plus pour économiser des milliers d’euros sur votre installation de panneaux solaires.

💰 Les plus gros installateurs ne proposent généralement pas le meilleur prix

Le mantra « plus gros n’est pas toujours mieux » est l’une des principales raisons pour lesquelles nous encourageons vivement les propriétaires à envisager toutes les options pour leur future installation photovoltaïque, et pas seulement les grandes entreprises qui vous font financer leur énorme coût de structure et leur budget de publicité. Aux Etats-Unis (mais il y a de grandes chances que la donne soit la même chez nous), Un rapport récent du gouvernement américain a révélé que les grands installateurs sont de 2 000 à 5 000 dollars (1850 à 4600 euros) plus chers que les petites entreprises solaires. Si vous avez reçu des offres de certains des grands installateurs d’installations photovoltaïques, veillez à comparer ces offres avec celles d’installateurs locaux afin de vous assurer que vous ne payez pas trop cher votre installation solaire.

💰 Il est tout aussi important de comparer toutes les options d’équipement.

Les « grands » installateurs nationaux ne se contentent pas de proposer des prix plus élevés, ils ont également tendance à proposer moins de choix d’équipement solaire, ce qui peut avoir un impact significatif sur la production d’électricité de votre installation. En recueillant un éventail de devis, vous pouvez comparer les coûts et les économies en fonction des différents équipements disponibles (onduleur, optimiseur de puissance ou micro-onduleur, batterie ou pas, supervision ou pas, monocristallins ou polycristallins,…).

Concernant les modules photovoltaïques, il existe de multiples variables à prendre en compte lorsque vous recherchez les meilleurs panneaux solaires du marché. Bien que certains panneaux aient un meilleur rendement que d’autres, investir dans un équipement solaire haut de gamme ne se traduit pas toujours par des économies plus importantes. La seule façon de trouver le « point idéal » est d’évaluer des devis avec différents équipements et offres de financement.

Que retenir sur le fonctionnement des panneaux solaires ?

Une installation photovoltaïque exploite une source d’énergie inépuisable. Vous pouvez l’installez en toiture, en façade, au sol, sur une pergola ou comme ombrière de parking. Vous pouvez la raccorder au réseau public et/ou à votre habitation pour pratiquer l’autoconsommation.

Comme aux 4 coins du globe, en France, les modules photovoltaïques sont majoritairement constitué de silicium qui totalise 96% de la demande internationale. Ils disposent d’un rendement d’environ 20%, avec une puissance nominale moyenne de 400 Watts et une surface de 1 x 1,8 mètre. Un panneau photovoltaïque contient des matériaux photosensibles (semiconducteurs) capables d’exploiter les photons du rayonnement du soleil pour stimuler les électrons qui alimenteront vos appareils électriques. Son rendement est défini par le rapport entre l’énergie électrique produite et l’énergie solaire reçue sous forme de lumière. Il peut donc varier en fonction de la technologie utilisée et de l’état du panneau. La technologie la plus répandue actuellement est à base de silicium, avec des rendements atteignant 25% pour les panneaux premium, et autour de 21% pour des panneaux de milieu de gamme.

Néanmoins, différents paramètres peuvent faire varier le rendement d’un panneau solaire comme le niveau d’ensoleillement du site, l’ombrage, la température extérieure, l’orientation et l’inclinaison du module. Comme l’irradiation du soleil dépend notamment des conditions météorologiques et de la position du soleil, la puissance fournie par un module photovoltaïque sera rarement égale à sa puissance nominale.

Par ailleurs, il est primordial de ne pas confondre un module photovoltaïque avec un panneau solaire thermique, qui permet de transférer l’énergie solaire à un fluide caloporteur sous forme de chaleur pour être utilisée pour le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire, ou encore dans différents process industriels.

Aujourd’hui, les panneaux solaires sont un moyen viable pour réduire vos factures d’électricité (bien que l’investissement puisse être conséquent) et de vous permettre de faire votre part dans la bataille pour vivre de manière plus autonome, ou du moins de réduire l’empreinte carbone de votre maison. C’est un moyen facile de contribuer à la sauvegarde de la planète et de faire du bien à vos enfants et aux enfants de vos enfants.

Sébastien

Évoluant dans le secteur de l’énergie solaire depuis une vingtaine d’année, je suis le fondateur de Solaire-France.com. En tant qu’experts des installations photovoltaïques, nous vous aidons à acquérir les connaissances nécessaires pour déjouer les pièges des éco-délinquants. De plus, nous vous fournissons gratuitement et rapidement des devis des meilleurs installateurs photovoltaïques près de chez vous. Profitez-en !