Composé de nombreuses cellules photovoltaïques, un panneau solaire transforme la lumière du soleil en électricité utilisable. Cela permet d’obtenir de une énergie propre à partir d’une ressource inépuisable et écologique, tout en réduisant ses factures d’énergie. Comment c’est possible ? Quel donc est le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque ? On vous explique.
Le principe de fonctionnement des panneaux photovoltaïques les rendent particulièrement populaire auprès des français.
En effet,
Les cellules photovoltaïques intégrées dans les panneaux solaires photovoltaïques captent les photons présents dans la lumière du soleil et les transforment en courant continu. Le courant obtenu passe ensuite par l’onduleur solaire pour être changé en courant alternatif, avant d’être injecté dans le circuit de la maison.
Les panneaux solaires photovoltaïques sont constitués de plusieurs éléments, ayant chacun un rôle à jouer dans le processus de production électrique :
Un panneau solaire est composé de modules photovoltaïques. Il en faut plusieurs, montés en série ou en parallèle, pour générer suffisamment d’électricité. Chaque module contient une multitude de cellules photovoltaïques réalisées en silicium, qui est un matériau semi-conducteur.
Grâce à l’effet photovoltaïque ou effet photoélectrique, le silicium génère de l’électricité quand il est exposé aux photons de la lumière solaire.
Concrètement, les électrons contenus dans le silicium se mettent en mouvement très rapide dès qu’ils sont frappés par les photons. Ces électrons vont alors se déplacer à travers le câble qui est relié à chaque module. Cela a pour effet de générer de l’électricité. Ainsi, c’est la lumière du soleil qui est exploitée, mais pas la chaleur qu’elle véhicule.
L’onduleur solaire transforme le courant continu produit par les modules photovoltaïques en courant alternatif utilisable par les appareils domestiques.
Il en existe plusieurs types :
Aussi appelé onduleur de chaîne, l’onduleur central est relié à une chaîne de panneaux solaires montés en série. Il est normalement installé à l’intérieur de la maison.
Le micro-onduleur est directement placé sous chacun des panneaux de l’installation photovoltaïque qui sont alors montés en parallèle. Chaque panneau étant indépendant, ce système permet d’optimiser la production électrique. Ce dispositif de petite taille permet également de rajouter des panneaux supplémentaires si les besoins du logement évoluent.
Ce type d’onduleur est idéal pour un montage en parallèle et se distingue par son optimiseur intelligent embarqué. Cet élément est capable de maximiser la puissance de chaque panneau. Autrement dit, il peut ainsi ajuster au mieux la puissance de l’installation photovoltaïque, même en cas de dysfonctionnement de l’un des modules ou de présence d’ombrage.
Il gère à la fois les panneaux et une batterie de stockage. L’onduleur hybride est capable de déterminer le moment où il faut connecter le circuit de la maison au réseau.
Le compteur de production a pour rôle de mesurer la quantité d’électricité produite par l’installation photovoltaïque. Les mesures indiquées sont exprimées en kilo-watt-heures (kWh). Certains modèles disposent d’un écran LCD pour une meilleure lisibilité. D’autres sont capables de mesurer la quantité d’électricité solaire consommée localement, et celle qui est injectée sur le réseau en cas de revente.
Le fonctionnement du panneau solaire nécessite l’intervention d’une batterie solaire comme celui-ci produit de l’électricité uniquement pendant la journée. De plus, la production d’énergie obtenue par l’installation n’est pas toujours consommée instantanément. L’utilisation de cet équipement de stockage permet ainsi de consommer l’électricité plus tard.
Au moment de choisir sa batterie solaire, il faut bien lire ses caractéristiques afin de s’assurer qu’elle correspond bien à ses besoins.
Parmi les critères à prendre en compte figurent :
La fabrication des panneaux solaires nécessite un processus complexe, notamment en ce qui concerne les cellules photovoltaïques. Celles-ci sont fabriquées à partir d’un matériau appelé silice.
Le processus de fabrication des cellules solaires comprend plusieurs étapes.
Selon leur procédé de fabrication, différents types de panneaux solaires peuvent être distingués.
Les panneaux solaires monocristallins se reconnaissent à leur couleur noire profonde et uniforme. Leur processus de fabrication utilise un cristal unique de silicium, ce qui leur confère leur aspect caractéristique.
Plus complexes à élaborer, ils sont également légèrement plus chers. Ils présentent cependant l’avantage d’offrir un rendement élevé, compris en moyenne entre 16 et 24%. En outre, ils offrent un bon rendement même dans les zones faiblement ensoleillées.
Les panneaux solaires photovoltaïques monocristallins offrent une durée de vie estimée de 25 à 30 ans.
Également appelés panneaux multicristallins, les panneaux solaires polycristallins sont élaborés à partir de plusieurs cristaux de silicium. Il s’agit en fait de chutes de silicium agglomérées, obtenues lors du processus de production des panneaux solaires monocristallins.
De par leur rendement inférieur, de l’ordre de 14 à 18%, ils sont surtout recommandés dans les zones les plus ensoleillées. Ce type de panneau solaire présente un bon rapport qualité / prix.
Les panneaux photovoltaïques en silicium amorphe sont des panneaux souples, pliables et facilement adaptables à différents types de supports. Ils n’utilisent que 1% de la quantité de silicium nécessaire à la fabrication des autres types de panneaux solaires.
Leur processus de production, appelé technologie à couche mince, est très peu énergivore. De plus, leurs propriétés leur permettent de capter la lumière plus facilement que les panneaux monocristallins et polycristallins. Ainsi, ils fonctionnent même par temps nuageux.
Cependant, bien qu’abordables, ils ont une durée de vie inférieure, de l’ordre de 10 ans. Par ailleurs, leur rendement est très inférieur à ceux des panneaux classiques, du fait de la faible quantité de silicium utilisée.
Avant d’installer ses panneaux solaires photovoltaïques, il est intéressant d’estimer le rendement de sa future installation. Cela consiste à calculer le rendement de l’ensemble de des panneaux photovoltaïques. Concrètement, il faut évaluer la quantité d’électricité que l’installation peut produire par rapport à la quantité de rayonnement solaire reçue par les panneaux.
Pour calculer le rendement de l’installation photovoltaïque, il suffit de diviser la puissance-crête (en Watt-crête) des panneaux par leur surface en m2.
Exemple : Pour une installation solaire photovoltaïque de 400 Wc et d’une superficie de 18 m2, le calcul du rendement est : 400 / 18 = 22,22%.
Toutefois, plusieurs paramètres peuvent influer sur le rendement réel de l’installation photovoltaïque :
L’installation de panneaux solaires photovoltaïques requiert quelques précautions afin de préserver à la fois sa toiture et ses équipements. Parmi elles figure la nécessité de surélever les panneaux.
En effet, lorsqu’ils sont exposés au rayonnement solaire qui transporte également de grande quantité de chaleur, les panneaux chauffent. La couleur noire ou bleu foncé des cellules accentue d’autant plus la chaleur qu’elles captent. L’excès de chaleur est pourtant l’un des ennemis des panneaux solaires photovoltaïques.
Ainsi, les panneaux solaires photovoltaïques doivent être surélevés afin de créer une circulation d’air par en dessous. Cela permet de les ventiler et d’éviter leur surchauffe, ce qui a pour effet d’allonger leur durée de vie et d’optimiser leur rendement.
Un système de fixation spécifique est utilisé lors de l’installation afin de créer un espace suffisant entre les panneaux et la surface du toit. Dans cette optique, il est possible d’utiliser des rehausses / allonges pour support de fixation.
Les panneaux solaires photovoltaïques s’installent sur le toit, contre la façade de la maison, ou encore au sol. La façon la plus courante est de les installer sur le toit afin de recevoir le maximum de luminosité possible et du lutter contre la présence d’ombrages.
L’installation proprement dite nécessite des précautions spécifiques et l’usage de supports de fixation adaptés. Cela permet de s’assurer que l’installation est conforme avec les normes en vigueur, tout en la protégeant.
Il existe d’autres conditions à respecter pour une installation conforme des panneaux solaires photovoltaïques :
Par ailleurs, il est important de confier l’installation du panneau photovoltaïque à un professionnel agréé qui possède la certification « Reconnu Garant de l’Environnement » (RGE).
Au-delà de leur utilisation pour produire de l’électricité à partir d’une source d’énergie renouvelable, les panneaux solaires permettent aussi de chauffer l’eau sanitaire. Ils sont utilisés dans d’autres dispositifs comme les panneaux solaires thermiques et les panneaux hybrides.
Ils permettent de produire de l’eau chaude sanitaire en utilisant l’énergie solaire gratuite, écologique et inépuisable. Toutefois, les panneaux solaires thermiques sont lourds, dont le poids est compris entre 35 et 40 kg pour une surface occupée de 2 m2. Il faut donc s’assurer que la toiture d’accueil puisse supporter une telle charge.
Les panneaux thermiques sont connectés au circuit d’eau chaude sanitaire d’un logement. Ils chauffent l’eau pendant la journée et celle-ci est acheminée vers un ballon de stockage. Parfois, le ballon est directement installé sur le toit.
Les panneaux solaires hybrides permettent de produire à la fois de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire, ou de l’air chaud pour le chauffage.
Ainsi, deux types de panneaux solaires hybrides existent :
Ils permettent de produire de l’électricité et de l’air chaud pour chauffer la maison. Ces panneaux sont équipés d’un système de gaines pour assurer l’acheminement de l’air chaud vers l’intérieur de l’habitation.
Ils produisent de l’électricité et chauffent l’eau sanitaire en utilisant un liquide caloporteur, le glycol. L’eau chaude est ensuite acheminée vers le ballon de stockage.
Questions les plus fréquentes sur le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque.
Contenant un matériau semi-conducteur, les cellules solaires qui composent les modules des panneaux photovoltaïques génèrent de l’électricité lorsqu’elles sont exposées à la lumière du soleil. Ce processus est possible grâce à l’effet photoélectrique ou l’effet photovoltaïque.
Le panneau solaire peut produire de l’électricité et de l’eau chaude en même temps, ou assurer le chauffage du logement. Le panneau photovoltaïque, quant à lui, est destiné à la production d’électricité pour l’autoconsommation du ménage.
Oui. Les panneaux solaires photovoltaïques utilisent la lumière pour générer de l’électricité, ils peuvent donc fonctionner même avec une faible intensité lumineuse. Cependant, leur rendement diminue dans ce cas.
Le panneau photovoltaïque est une source d’énergie propre et inépuisable. En installant un panneau photovoltaïque chez vous, vous contribuez au développement de l’énergie solaire et soutenez la transition écologique. De nouvelles mesures sont même mises en place pour encourager davantage les particuliers comme les industriels.
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