Fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque

Qu’est-ce qu’un panneau solaire photovoltaïque ?

Un panneau solaire photovoltaïque est composé d'un assemblage de plusieurs dizaines de cellules photovoltaïques. Chaque panneau peut comporter entre 36 et 126 cellules connectées en série. Ces cellules agissent en tant que capteurs solaires, qui exploitent la lumière du soleil pour la transformer en électricité.

La cellule photovoltaïque, quant à elle, est fabriquée à partir d'un matériau semi-conducteur connu sous le nom de silicium.

Comment fonctionnent les panneaux solaires

Pour comprendre le fonctionnement d'un panneau solaire photovoltaïque, il est essentiel de se concentrer sur celui de la cellule photovoltaïque, qui constitue le cœur du mécanisme. Effectivement, c’est cet élément qui joue le rôle de capteur et de convertisseur. 

La conversion des rayons lumineux en électricité se déroule en plusieurs étapes, qui peuvent être résumées de la manière suivante :

1. les cellules photovoltaïques captent le rayonnement lumineux, également appelé photons ;
2. le choc entre les photons et le silicium composant la cellule, provoque le déplacement des électrons présents dans ce matériau ;
3. le déplacement des électrons dans les cellules produit ainsi du courant électrique continu ;
4. ce courant continu est ensuite transformé en courant alternatif grâce à un onduleur ;
5. le courant alternatif peut alors être utilisé pour alimenter la maison en électricité.

Pour simplifier cette explication, c'est la cellule photovoltaïque qui convertit directement la lumière du soleil en courant continu, constituant ainsi la base du fonctionnement du panneau solaire photovoltaïque.

Quels sont les différents types de panneaux solaires photovoltaïques ?

Trois types de panneaux solaires photovoltaïques sont couramment utilisés pour alimenter les maisons des particuliers en électricité. Ce sont les cellules photovoltaïques qui les composent qui permettent de les différencier. 

Elles sont toutes produites à base de silicium, mais avec différentes méthodes de fabrication. Cela permet d’obtenir des différences au niveau des caractéristiques intrinsèques des panneaux et influence leur capacité à produire de l’électricité.

Les panneaux monocristallins

Les panneaux monocristallins sont fabriqués à partir d’un seul et unique bloc de silicium fondu. Les cellules sont ainsi très pures et permettent d’obtenir un meilleur rendement en matière de production d’électricité. 

Une installation de panneaux solaires à cellules monocristallines dispose généralement d’un rendement compris entre 16 et 24 % (environ 150 Wc/m²). Elles ont par conséquent un coût élevé. 

Pour atteindre de telles performances, il est nécessaire de se trouver dans une zone à fort ensoleillement. Mais avec une durée de vie d’approximativement 30 ans, il s’agit de l’une des meilleures options à votre disposition pour produire votre propre électricité.

Les panneaux polycristallins

Les panneaux photovoltaïques polycristallins sont fabriqués à partir d’un bloc de silicium formé de cristaux multiples. Le rendement de ce type de panneaux est légèrement inférieur aux monocristallins. Il est situé entre 13 et 18 % (100 Wc/m²). 

Ils sont par conséquent largement plus abordables. Avec une durée de vie équivalente, située autour des 30 ans, ces panneaux restent une solution intéressante pour la production d’énergie solaire, et ce, à bas prix.

Les panneaux amorphes

Les panneaux amorphes sont produits à partir d’un gaz de silicium. Le produit final est gris foncé et il s’agit des mêmes cellules que pour les calculatrices ou encore les montres « solaires ». Le rendement de ces panneaux est assez faible, il est compris entre 5 et 9 % (60 Wc/m²). Elles sont cependant capables de produire de l’électricité malgré une faible quantité de lumière et sont relativement bon marché. 

La durée de vie des panneaux amorphes est d’environ 10 ans et il faut savoir que leurs performances tendent à diminuer avec le temps.

Vous habitez une région peu ensoleillée ?

Dans les régions où l'ensoleillement peut être limité, mais que vous souhaitez néanmoins produire de l'électricité grâce à l'énergie solaire, il vous faudra choisir entre les panneaux solaires polycristallins et amorphes. Ces deux options sont particulièrement avantageuses dans de telles conditions.

Quels sont les autres équipements qui constituent l'installation solaire ?

L’onduleur solaire

L’onduleur solaire est le dispositif qui permet de convertir le courant continu en courant alternatif. Il assure également la protection contre les courts-circuits. Effectivement, il est programmé pour déconnecter vos panneaux solaires en cas de problème afin de garantir la sécurité de l’installation. 

Il est donc indispensable au bon fonctionnement d’une installation de panneaux photovoltaïques puisque ces derniers produisent de l’électricité en courant continu. À l’inverse, les appareils électroniques branchés à la maison fonctionnent avec du courant alternatif. Il existe plusieurs types d’onduleurs différents :

• l’onduleur de chaîne qui accueille le courant produit par une chaîne de panneaux photovoltaïques ;
• l’onduleur central, gros et imposant, qui est capable de supporter et convertir l’électricité reçue par plusieurs chaînes de panneaux ;
• le micro-onduleur, adapté à une utilisation résidentielle ;
• l’onduleur à batterie qui joue le rôle de transformateur, mais est également en mesure de recharger les batteries.

Si vous utilisez des panneaux solaires photovoltaïques pour votre maison et que votre installation ne compte qu’un ou deux panneaux, le micro-onduleur est le plus adapté. Si en revanche, vous cherchez à atteindre l’autonomie énergétique avec une installation volumineuse, vous aurez le choix entre l’onduleur à chaîne, central ou plusieurs micro-onduleurs.

Les batteries de stockage

Les batteries permettent de stocker l’énergie produite par vos panneaux solaires photovoltaïques. C’est donc un élément essentiel pour accéder à l’autonomie énergétique. La majorité de notre consommation énergétique a lieu le soir, une fois que le soleil ne rayonne plus sur nos panneaux. La batterie permet d’accumuler de l’électricité en période de fort ensoleillement, pour être en mesure de la restituer le soir ou lors des journées moins ensoleillées. De cette manière, vous êtes capable d’atteindre l’autonomie énergétique et de vous affranchir du réseau électrique. 

De plus, lorsque votre batterie est pleine, l’excédent peut être revendu au prix du tarif au kilowattheure (kWh) d'EDF OA pour réaliser davantage d’économies.

Quelles sont les alternatives aux panneaux solaires photovoltaïques ?

Les panneaux solaires thermiques

Les panneaux solaires thermiques sont utilisés pour capter le rayonnement solaire et le convertir en chaleur. Cette énergie thermique est ensuite utilisée pour chauffer de l'eau sanitaire et/ou pour le chauffage des espaces intérieurs. Contrairement aux panneaux solaires photovoltaïques qui produisent de l'électricité, les panneaux solaires thermiques fournissent de la chaleur.

Concernant leur rendement, ils en ont généralement un plus élevé que les panneaux photovoltaïques. Cela est dû au fait que la conversion de la lumière du soleil en chaleur est plus efficace que la conversion en électricité par les cellules photovoltaïques. 

Cependant, les panneaux solaires photovoltaïques ont l'avantage de pouvoir produire de l'électricité, qui est une forme d'énergie plus polyvalente et utilisable dans une plus large gamme d'applications.

Les panneaux solaires hybrides

Les panneaux solaires hybrides combinent à la fois la technologie photovoltaïque et thermique. De ce fait, ils produisent à la fois de l'électricité et de la chaleur. Cela permet d'exploiter l'énergie solaire de manière plus polyvalente et leur octroi un rendement 40 % supérieur à celui d’une installation photovoltaïque.

Les tuiles solaires

Les tuiles solaires ont une apparence semblable à celle des tuiles classiques utilisées pour couvrir la toiture. En supplément, elles intègrent des cellules photovoltaïques qui produisent de l'électricité tout en maintenant une fonction d'étanchéité et de couverture de la toiture. Cependant, malgré les progrès technologiques, le rendement des tuiles solaires n'atteint pas celui des panneaux solaires photovoltaïques, oscillant généralement entre 10 et 20 %.

Quel mode de production choisir pour son installation solaire ?

Pour bien concevoir son projet solaire, il est primordial de définir ses objectifs de consommation et de décider ce que vous souhaitez faire de l’électricité produite grâce à votre installation photovoltaïque. Effectivement, différentes options s’offrent à vous si vous désirez installer des panneaux solaires et produire de l’électricité de manière durable et renouvelable.

Autoconsommation totale

Si vous optez pour l’autoconsommation totale, cela signifie que vous consommez l’intégralité de la production d’énergie de vos panneaux solaires. En cas de surplus, il est alors injecté dans le réseau gratuitement.

Vente totale

En choisissant la vente totale de la production électrique de vos panneaux, vous ne pouvez pas consommer l’énergie produite pour votre consommation personnelle. Elle est instantanément injectée dans le réseau et vous serez indemnisé à hauteur de ce que vous produisez en fonction des tarifs de rachat d’EDF OA.

Autoconsommation avec vente du surplus

L’autoconsommation avec vente de surplus est probablement le mode le plus intéressant pour les particuliers désireux de réduire leurs factures. En effet, en choisissant cette option, vous produisez votre propre électricité et êtes indemnisé pour le surplus que vous injectez dans le réseau. 

Par ailleurs, ce mode de consommation est d’autant plus intéressant puisqu’il vous donne la possibilité de bénéficier de la prime à l'autoconsommation versée par l'État.

Combien coûte une installation solaire photovoltaïque ? 

Le prix d’une installation varie en fonction de plusieurs critères tels que la puissance du système, le matériel, l’installateur, etc. Vous pouvez tout de même vous référer à ce tableau qui prend en compte une fourchette de prix pour une installation solaire en fonction de la puissance crête totale. 

*Le prix de l’installation comporte le coût matériel et de la main d’œuvre réalisée par un professionnel RGE

Quelle puissance pour ma maison ?

Pour faire le calcul de la puissance requise pour votre logement, il est essentiel de prendre en compte plusieurs éléments tels que la surface (100 m², 150 m², 200 m²), votre consommation d’électricité actuelle et vos objectifs énergétiques à atteindre.

L'État a mis en place plusieurs aides financières pour encourager les particuliers à passer à l'énergie solaire et réaliser des économies d'énergie. Ces aides visent à soutenir l'installation de panneaux solaires photovoltaïques pour favoriser la transition vers les énergies renouvelables : 

• prime à l’autoconsommation ;
• tarifs d’achat (kWh rémunérés à tarif fixe pendant 20 ans) ;
• TVA réduite à 10 % (≤ 3 kWc) ;
• aides locales.

FAQ : questions fréquentes sur le fonctionnement d’un panneau solaire