Comment fonctionne un panneau solaire ?

De l’énergie solaire à l’électricité : le rôle des cellules photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité grâce à des cellules photovoltaïques, principalement en silicium. Ce processus repose sur l’effet photovoltaïque :

• Les photons du soleil frappent les cellules photovoltaïques ;
• Les électrons sont libérés, créant un courant électrique ;
• Ce courant est ensuite capté par des conducteurs pour être utilisé.

Les cellules photovoltaïques sont composées de couches de silicium, un matériau semi-conducteur. Lorsque les photons atteignent la surface du silicium, ils transfèrent leur énergie aux électrons du matériau, les excitant et les libérant de leurs atomes. Un champ électrique intégré dans la cellule dirige alors ces électrons vers un circuit externe, générant ainsi un courant électrique.

La performance d’une cellule photovoltaïque dépend de plusieurs facteurs, notamment la pureté du silicium, la présence de couches antireflet pour maximiser l’absorption de la lumière, et l’efficacité des connexions électriques.

Composition d’un panneau solaire

Un panneau solaire est constitué de plusieurs couches essentielles :

• Cellules photovoltaïques : responsables de la conversion de la lumière en électricité. Elles sont interconnectées grâce à une méthode de soudure à la précision millimétrique.
• Interconnexion et boîte de jonction : permettent de collecter le courant produit par les cellules à l’aide de grandes bandes conductrices soudées de part et d’autre du module. En sort du module des « pattes » qui sont ensuite soudées à une ou plusieurs boîtes de jonction qui mènent directement aux branchements qu’utilisent les installateurs.
• Couches encapsulantes : viennent lier l’ensemble des éléments internes aux couches de verre extérieur, garantissent l’étanchéité et la longévité des cellules.
• Verre de protection : protège les cellules des intempéries et contribue à la rigidité de l’ensemble.
• Cadre en aluminium : assure la solidité du panneau et facilite leur manipulation et installation grâce à différentes perforations permettant de les fixer sur des rails, plots ou autres systèmes en toiture.

Quelle est la différence entre panneaux solaires et panneaux photovoltaïques ?

Panneaux photovoltaïques vs panneaux solaires thermiques

Il est essentiel de distinguer deux types de panneaux solaires :

• Les panneaux photovoltaïques convertissent directement la lumière en électricité.
• Les panneaux solaires thermiques captent la chaleur du soleil pour chauffer de l’eau ou de l’air, utilisée ensuite pour le chauffage domestique ou l’eau chaude sanitaire.

Quel courant sort d’un panneau solaire ?

Production de courant continu (DC)

Les panneaux solaires produisent un courant continu (DC), qui ne peut pas être utilisé directement par les appareils domestiques. Ce courant a généralement une tension pouvant varier entre 12V et 48V selon la configuration du panneau et l’installation. Plus la puissance du panneau est élevée, plus la tension peut être importante.

Cependant, la plupart des équipements électriques fonctionnent en courant alternatif (AC), ce qui nécessite une conversion.

Le rôle de l’onduleur dans la conversion de l’énergie

Un onduleur est justement nécessaire pour transformer ce courant continu en courant alternatif (AC), qui alimente le réseau électrique domestique et permet d’utiliser l’énergie solaire pour faire fonctionner les appareils électriques. L’onduleur ajuste également la tension et la fréquence du courant pour qu’elles correspondent aux standards du réseau électrique, assurant ainsi une intégration optimale de l’électricité solaire produite.

Types de panneaux solaires et leurs spécificités

Panneaux monocristallins vs polycristallins

Il existe deux principaux types de panneaux photovoltaïques, qui sont hérités de la structure du silicium présent dans les cellules photovoltaïques :

• Polycristallins : Constitués de plusieurs cristaux de silicium, ils sont moins coûteux à produire mais affichent un rendement légèrement inférieur, entre 15 % et 18 %. Bien qu’un peu moins efficaces, ils sont moins coûteux à produire et peuvent contribuer au déploiement du photovoltaïque à grande échelle.
• Monocristallins : Fabriqués à partir d’un seul cristal de silicium, ils offrent un rendement élevé, généralement entre 18 % et 22 %. Ils sont plus performants dans des conditions de faible luminosité et ont une durée de vie plus longue. Leur coût est plus élevé en raison de leur processus de fabrication plus complexe.

C’est à ce jour la technologie monocristalline qui fait l’unanimité, en effet la quasi-totalité de l’offre photovoltaïque est constituée de panneaux monocristallins, permettant les meilleures performances et ce sur le long terme.

Panneaux solaires à couches minces

Les panneaux solaires à couches minces sont constitués de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs déposées sur un substrat en verre, en plastique ou en métal. Ils se distinguent par leur légèreté et leur flexibilité, ce qui les rend adaptés aux surfaces complexes ou aux installations intégrées au bâtiment.

• Leur rendement est généralement inférieur à celui des panneaux en silicium cristallin, avec une moyenne de 10 % à 12 %.
• Lié à leur particularité et étant produits en petit volume, ces panneaux sont généralement plus coûteux et trouver des installateurs qualifiés pour leur pose peut être difficile.
• Ils sont souvent utilisés pour des applications spécifiques, comme pour les bâtiments à toiture supportant une charge structurelle limitée ou sur des surfaces arrondies (dômes, coupoles).

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Étapes de l’installation et du raccordement électrique

Du panneau à l’onduleur : conversion en courant alternatif

Une fois que les panneaux solaires ont capté la lumière et produit du courant continu (DC), il est nécessaire de le convertir en courant alternatif (AC) pour qu’il puisse être utilisé dans une habitation. Cela se fait grâce à un onduleur, un composant crucial dans tout système solaire.

L’onduleur prend l’électricité produite par les panneaux et ajuste sa tension et sa fréquence pour correspondre aux standards du réseau électrique domestique (généralement 230V à 50Hz dans de nombreux pays). Sans cet appareil, il serait impossible d’alimenter des équipements électroménagers ou d’injecter de l’électricité dans le réseau public.

En fonction de l’installation, il existe plusieurs types d’onduleurs :

• Onduleur centralisé ou onduleur « string » : utilisé pour les grandes installations, il gère l’intégralité de la production de plusieurs panneaux.
• Micro-onduleurs : installés directement sur chaque panneau, permettant une gestion indépendante de la production de chaque cellule, idéale pour les installations où les panneaux sont ombragés de manière variable.

Intégration au réseau et options de stockage

Une fois l’électricité convertie en courant alternatif (AC), l’électricité est dirigée vers un tableau électrique, où elle peut être distribuée aux différents circuits de la maison (lumières, appareils électroménagers, chauffage, etc.). Un électricien qualifié s’assure que l’installation respecte les normes de sécurité.

En cas de surplus de production d’énergie par rapport aux besoins instantanés du foyer, deux principales options s’offrent à l’utilisateur :

1. Injection dans le réseau électrique : L’électricité produite mais non consommée peut être injectée dans le réseau public. En fonction du pays, un contrat de revente de surplus est mis en place, ce qui permet de récupérer une rémunération pour l’énergie envoyée dans le réseau. Cela permet à l’utilisateur de bénéficier d’un revenu complémentaire ou de compenser l’énergie utilisée la nuit, lorsque les panneaux ne produisent plus.
2. Stockage sur batterie : Pour une utilisation plus autonome et afin de maximiser l’autoconsommation, il est possible d’installer des batteries de stockage physique (comme des batteries lithium-ion). Ces batteries stockent l’excédent d’énergie produit pendant la journée, permettant de l’utiliser la nuit ou lors de journées nuageuses. Ce système est particulièrement adapté pour ceux qui souhaitent réduire leur dépendance au réseau et ne pas vendre leur excédent. Il existe également des solutions de batterie virtuelle proposées par certains fournisseurs d’énergie, ne nécessitant pas d’installation coûteuse et fonctionnant sous forme d’ « avoirs » sur facture correspondants au surplus d’énergie injecté sur le réseau.

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