Composition d’un panneau solaire photovoltaïque et thermique : tout savoir

La composition d’un panneau solaire varie selon le type de panneau. Les modules photovoltaïques sont constitués de plusieurs éléments servant à la production d’électricité et assurant la rigidité du châssis. Les capteurs thermiques sont constitués de plusieurs composants destinés à capter l’énergie solaire pour produire de la chaleur ou de l’eau chaude sanitaire. De quoi sont composés exactement les panneaux solaires photovoltaïques et thermiques ?

Qu’est-ce qu’un panneau solaire et à quoi il sert ?

Un panneau solaire est un dispositif plat servant à capter le rayonnement du soleil. Il possède une surface assez large afin de recueillir le maximum d’énergie solaire. Il est utilisé soit pour générer de l’électricité (panneau photovoltaïque), soit pour produire de la chaleur (panneau thermique).

Les panneaux solaires présentent deux avantages majeurs. Ils permettent de réaliser d’importantes économies énergétiques tout en étant des solutions écologiques de production d’énergie. En effet, ils exploitent une ressource gratuite et renouvelable pour couvrir une partie de vos besoins en électricité ou en chauffage. De plus, en exploitant une source d’énergie propre, ils réduisent votre empreinte carbone.

Fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque

Les panneaux solaires photovoltaïques exploitent l’énergie du soleil pour produire de l’électricité verte grâce à l’effet photovoltaïque. Leur principe de fonctionnement est simple :

• Les rayons du soleil (lumière visible) sont captés par les cellules solaires en silicium, qui possèdent des propriétés semiconductrices ;
• Lorsque les photons entrent en contact avec les électrons de ces cellules, ces derniers se mettent à se déplacer très rapidement ;
• Les électrons s’acheminent vers les conducteurs, générant un courant électrique continu ;
• Le courant continu est converti en courant alternatif par un onduleur central ou des micro-onduleurs, avant de passer par le boîtier de contrôle et le compteur solaire ;
• L’électricité photovoltaïque produite est directement consommée pour couvrir une partie de vos besoins énergétique de la journée ; le surplus de production peut être injecté sur le réseau pour être revendu au fournisseur d’électricité.

Le saviez-vous ? Il existe 2 types de panneaux photovoltaïques : les panneaux monocristallins et les panneaux polycristallins. Les panneaux photovoltaïques monocristallins sont fabriqués à partir d’un seul cristal de silicium, ce qui permet d’obtenir des cellules homogènes et épaisses. Ils sont les plus efficaces, avec un rendement compris entre 18 et 24%. De plus, ils sont plus durables.

Les panneaux polycristallins sont, quant à eux, élaborés avec plusieurs cristaux de silicium. Il s’agit le plus souvent de chutes de matériau issu du processus de fabrication des cellules monocristallines. Leur rendement se situe entre 13 et 18%.

Fonctionnement d’un panneau solaire thermique

Les panneaux solaires thermiques absorbent la chaleur véhiculée par le rayonnement du soleil pour produire du chauffage et/ou de l’eau chaude sanitaire. Son fonctionnement comporte également plusieurs étapes :

1. L’absorbeur du panneau thermique capte la chaleur du rayonnement solaire pour la transférer au liquide caloporteur circulant dans l’échangeur thermique ; il s’agit d’un réseau de tubes métalliques placés contre l’absorbeur ;
2. Une fois chauffé, le liquide caloporteur est acheminé vers un dispositif de chauffage ; cela peut être un radiateur à eau ou un plancher chauffant ; il peut également servir à produire de l’eau chaude sanitaire ;
3. Lorsque le liquide refroidit, il rejoint le panneau thermique pour un nouveau cycle de production de chaleur en circuit fermé.

À noter : le fluide caloporteur (transporteur de chaleur) est généralement composé d’eau et de liquide antigel. Il possède une conductivité thermique élevée lui permettant de transporter les calories jusqu’aux points de distribution de chaleur.

Quelle est la composition d’un panneau solaire photovoltaïque ?

Un panneau solaire photovoltaïque comporte un certain nombre d’éléments qui assurent son bon fonctionnement et prolongent sa durée de vie.

Composition d’un module photovoltaïque

Voici les composants d’un module photovoltaïque :

• Châssis en aluminium : ce cadre métallique sert à maintenir ensemble les différents éléments du panneau photovoltaïque tout en assurant la solidité de la structure ; il est conçu pour résister aux conditions extérieures pendant de longues années ;
• Jointure d’étanchéité : elle empêche toute infiltration d’eau de pluie, assurant ainsi la sécurité du panneau, notamment les éléments électriques et les cellules ;
• Vitrage de protection : il est réalisé en verre trempé très résistant; son rôle est de protéger la matrice cellulaire contre les agressions extérieures telles que les intempéries et les chocs physiques ; la plaque de verre bénéficie souvent d’un traitement anti-reflet qui permet notamment de mieux absorber les rayons du soleil ;
• Couche d’encapsulation EVA : la couche EVA (éthylène-acétate de vinyle) recouvre la matrice cellulaire et sert d’agent encapsulant ; ce film en plastique apporte une protection supplémentaire contre les poussières, l’infiltration d’air et l’humidité et ce, sans altération de l’effet photovoltaïque ;
• Matrice cellulaire : elle constitue le cœur du module photovoltaïque ; elle est constituée des cellules solaires, d’une grille conductrice constituée de conducteurs ainsi que d’une diode by-pass ; celle-ci régule le courant continu afin d’empêcher le phénomène du point chaud ou « hot spot » qui endommagerait les cellules ;
• Encapsulant EVA arrière : cette deuxième couche d’EVA recouvre la face arrière de la matrice cellulaire ;
• Feuille de support arrière : il s’agit d’un film de protection en PVF (polyfluorure de vinyle) pour protéger la face arrière du panneau ; sur les panneaux photovoltaïques « bi-verre », la feuille de fond est remplacée par une deuxième plaque de verre.

Les composants extérieurs du panneau photovoltaïque

Il s’agit des différents éléments contenant le câblage et les connecteurs :

• Boîtier de dérivation : ce petit boîtier renferme tous les fils électriques du panneau et le protège contre tout risque de surintensité du courant ; il est placé au dos du module photovoltaïque ;
• Câbles de sortie : ils ont pour fonction de connecter le panneau à l’installation photovoltaïque ; ils sont protégés par une gaine de protection en caoutchouc ;
• Connecteurs MC4 : ils permettent de brancher le panneau photovoltaïque à l’onduleur.

Quelle est la composition d’un panneau solaire thermique ?

La composition d’un panneau thermique varie en fonction du type de capteur.

Capteur à plan vitré

Un capteur à plan vitré est également constitué de plusieurs composants :

• Châssis métallique : son rôle est d’assurer la rigidité de la structure ;
• Plaque de protection : cette plaque en verre trempé sert à protéger l’intérieur du panneau ; elle a également pour rôle de créer un effet de serre afin de maximiser l’absorption de chaleur ;
• Joint d’étanchéité : pour empêcher l’infiltration d’eau et de poussières à l’intérieur du capteur thermique ;
• Absorbeur : il s’agit d’une plaque métallique noire, en cuivre en ou en aluminium, dotée d’une forte conductivité thermique ; elle a pour rôle d’emmagasiner la chaleur du rayonnement solaire afin de la transférer au liquide caloporteur circulant dans l’échangeur ;
• Échangeur thermique : il est constitué d’un réseau de tubes métalliques (acier inoxydable ou cuivre) ; ces tubes transportent le liquide caloporteur entre le capteur thermique et le circuit de distribution de chaleur ;
• Fluide caloporteur : comme son nom l’indique, ce fluide a pour fonction de transporter la chaleur vers les échangeurs du circuit intérieur ;
• Coffre métallique : le coffre en aluminium regroupe l’ensemble des composants du capteur thermique ; il assure sa rigidité et son étanchéité.

Capteur à tubes sous vide

La composition d’un capteur à tubes sous vide est identique à celle d’un capteur à plan vitré. Mais ce type de capteur thermique comporte également des tubes en verre sous vide à l’intérieur desquels sont placés les tubes métalliques. Le vide d’air créé permet d’éviter toute perte thermique, ce qui permet à l’échangeur de capter plus de chaleur. L’efficacité du panneau est ainsi améliorée.

Bon à savoir : les panneaux thermiques à tubes sous vide sont particulièrement adaptés aux régions peu ensoleillées grâce à sa capacité à emmagasiner plus de chaleur.

Capteur non vitré

Ce type de capteur n’a pas de plaque de protection en verre. Ses différents composants tels que les tubes de l’échangeur et l’absorbeur sont mis à l’air libre.

Les panneaux solaires sont-ils recyclables ?

Les panneaux solaires photovoltaïques ont une durée de vie comprise entre 30 et 40 ans, voire plus. Les panneaux thermiques ont, quant à eux, une durée de vie d’environ 30 ans. Ainsi, ces équipements d’énergie renouvelable vous permettent de couvrir une bonne partie de vos besoins énergétiques pendant de longues années.

De plus, lorsqu’ils arrivent en fin de vie, ils peuvent être revalorisés, ce qui réduit au maximum leur impact environnemental. Les panneaux photovoltaïques sont ainsi recyclables à 95% :

• Le cadre en aluminium peut être recyclé à l’infini;
• Le verre est également entièrement recyclable;
• Les cellules solaires en cristal de silicium sont récupérées et réutilisées jusqu’à 4 fois pour produire de nouveaux panneaux photovoltaïques ;
• Les conducteurs en cuivre sont recyclés et réemployés pour la fabrication de nouveaux câbles ;
• Le film plastique transparent (EVA) peut être transformé en granulés pour alimenter d’autres filières; il en est de même pour les autres éléments en plastique ;
• Le circuit imprimé situé dans le boîtier de jonction est aussi recyclé.

À l’instar des panneaux photovoltaïques, les éléments en aluminium, en verre et en plastique des panneaux thermiques sont aussi recyclables à l’infini.

À noter : il existe une filière de recyclage des panneaux solaires en France. Lorsque vos panneaux arrivent en fin de vie, vous devez les recycler. Vous pouvez les déposer dans un point de collecte (moins de 40 panneaux) ou les faire enlever à domicile (40 panneaux et plus).