Les panneaux solaires sont des systèmes capables de capter l’énergie envoyée par le soleil et de la convertir en courant continu. Cependant, peu de gens connaissent en détail leur fonctionnement. C’est pourquoi, dans ce guide, nous vous expliquerons comment fonctionnent les panneaux solaires pour assurer sa caractéristique rentable et pratique.
Fonctionnement des panneaux solaires : tout savoir
Production du courant continu
Les modules solaires, quelle que soit leur technologie (monocristalline, polycristalline, amorphe), sont constitués de cellules solaires contenant du silicium. Ces particules sont des éléments semi-conducteurs qui peuvent convertir l’énergie lumineuse en courant électrique.
- Monocristalline : ce sont les cellules les plus performantes, mais aussi les plus chères ;
- Polycristalline : offre actuellement le meilleur rapport qualité/prix du marché. Elles sont également les cellules très prisées ;
- Amorphe : elles utilisent de manière optimale les rayons du soleil, même lorsque la lumière du soleil est faible. Elles sont plus rentables à fabriquer que les cellules monocristallines ou polycristallines. Il existe cependant un inconvénient majeur. Elles fonctionnent mal en plein soleil et deviennent beaucoup moins efficaces avec le temps.
Tout cela est dû à la combinaison de deux effets :
- L’effet photoélectrique : un matériau libère des électrons après avoir été exposé à la lumière ;
- Effet photovoltaïque : un cas particulier de l’effet photoélectrique. La structure matérielle génère une tension lorsqu’elle est éclairée par la lumière.
Quand la lumière du soleil frappe une cellule solaire, son énergie est transférée aux électrons à l’intérieur. Ces électrons se mettent en mouvement et créent un courant continu. Cette électricité est collectée via des fils métalliques connectés aux cellules et envoyée à un onduleur.
Obtention d’un courant alternatif utilisable
La plupart des appareils électriques nécessitent du courant alternatif, le courant continu produit par les panneaux solaires ne peut donc pas être utilisé directement. C’est là qu’intervient l’onduleur, dispositif essentiel pour les systèmes de production d’énergie solaire. Le rôle de l’onduleur est de convertir le courant continu en courant alternatif afin que vous puissiez utiliser l’électricité générée par vos panneaux solaires.
L’onduleur existe en deux grandes catégories :
Onduleur central : c’est le modèle le plus courant. Il transforme l’énergie produite par tous les panneaux solaires du système en une seule sortie. Les avantages sont qu’il est peu coûteux et facile à entretenir. Cependant, si l’onduleur central tombe en panne, la production d’électricité pour l’ensemble du système sera interrompue.
Micro-onduleur : chaque panneau solaire est équipé d’un micro-onduleur qui fonctionne indépendamment des autres panneaux. Cette configuration permet de réorienter les panneaux en fonction de l’ensoleillement, optimisant ainsi l’efficacité du système. Si un micro-onduleur tombe en panne, les autres micro-onduleurs continuent de fonctionner normalement. Bien que les micro-onduleurs présentent des avantages intéressants, ils sont coûteux et nécessitent une maintenance et un remplacement plus approfondi.
L’électricité verte et son utilisation
Une fois l’électricité verte convertie en courant alternatif, elle peut être utilisée de diverses manières selon le type de système d’énergie solaire installé. Vous pouvez choisir entre :
Revente totale : vous allez vendre toute l’énergie verte que vous produisez et continuez à utiliser l’électricité du réseau.
Autoconsommation totale : vous allez utiliser l’électricité que vous produisez pour répondre à vos besoins quotidiens. Et le surplus ou l’excédent est stocké dans la batterie ou perdu.
La quantité d’énergie générée par les panneaux solaires n’est pas constante tout au long de la journée. En cas de fort ensoleillement (midi et début d’après-midi), elle est supérieure à la consommation immédiate. Cependant, vous ne pouvez pas en prendre plus que ce dont vous avez réellement besoin. En d’autres termes, le surplus est l’énergie que vous produisez, mais que vous ne consommez pas actuellement.
Les facteurs qui influent l’efficacité des panneaux photovoltaïques
Les performances des panneaux solaires photovoltaïques sont déterminées par plusieurs facteurs, dont ceux liés à l’environnement et ceux liés à l’installation elle-même.
La lumière du soleil est la plus importante, car elle détermine la quantité d’énergie solaire disponible pour les panneaux. Plus il y a du soleil, plus la production sera importante. Les heures de clarté varient selon la région, la saison, l’heure de la journée et la météo. En général, le sud reçoit plus de soleil que le nord, ce qui rend l’été plus propice à la production d’énergie solaire que l’hiver.
Alignement et inclinaison : déterminez l’angle d’incidence des rayons du soleil sur le panneau. Plus l’angle est proche de 90°, plus la production sera optimale. L’orientation idéale est le sud, car le soleil se déplace dans cette direction pendant la journée. La pente idéale varie en fonction de la latitude et de la saison du lieu d’installation. En général, on souhaite une pente proche de la latitude locale en hiver, et une faible pente en été.
Température : elle affecte les performances des panneaux solaires. Contrairement à ce que l’on pourrait imaginer, les panneaux solaires n’aiment pas les fortes chaleurs. À mesure que la température augmente, la résistance électrique des cellules solaires augmente également, entraînant une diminution des performances. Au-dessus de 25 °C, le rendement diminue d’environ 0,5 % par degré. C’est donc important de s’assurer que les panneaux soient bien ventilés pour éviter toute surchauffe.
Avantages de l’énergie solaire
Quel que soit le type de module utilisé, l’énergie solaire présente plusieurs avantages :
C’est une énergie gratuite et inépuisable. La seule dépense est l’achat des équipements qui composent le système. De plus, le soleil est inépuisable. Le soleil ne disparaîtra probablement pas avant 5 milliards d’années. Vous avez donc tout le temps d’exploiter la lumière du soleil pour produire de l’électricité et du chauffage pour votre maison.
C’est de l‘énergie verte. L’énergie solaire n’émet pas de gaz à effet de serre ni de dioxyde de carbone, ce qui la rend idéale dans le cadre de la transition énergétique. En prime, les modules photovoltaïques sont majoritairement fabriqués à partir de matériaux recyclables.
Solutions à l’autonomie : grâce à l’énergie solaire, on peut aussi viser l’autonomie énergétique. Cependant, vous devriez investir dans des batteries pour stocker immédiatement l’énergie solaire non utilisée et la restituer lorsque vous en avez besoin.
L’énergie solaire est une énergie économique. Le coût d’installation et d’entretien des panneaux solaires tend à diminuer, réduisant considérablement l’investissement initial. Grâce à l’énergie solaire, vous pouvez économiser sur votre consommation et gagner des revenus en revendant l’électricité que vous produisez.
Choix des panneaux solaires
Lors du choix des modules solaires, plusieurs critères doivent être pris en compte. Par conséquent, les performances maximales sont un critère selon lequel l’efficacité des modèles peut être comparée afin de sélectionner le modèle le plus rentable. Une puissance de 100 Wc (watts crête) correspond à la puissance maximale du module pour un rayonnement solaire de 1 000 W/m2 et une température de cellule de 25°C.
En effet, l’énergie absorbée par le module est faible et varie en fonction de l’ensoleillement, de la saison, de l’heure de la journée, de la luminosité, etc. Il est également nécessaire de prendre en compte la surface du panneau, sa durabilité et les changements de performances dus à la température extérieure.
Les panneaux sont souvent installés sur un support fixe (au sol ou sur un toit), mais ils peuvent aussi être installés dans un système mobile qui suit la trajectoire du soleil, augmentant ainsi la production d’électricité d’environ 30 % par rapport aux installations statiques. Pour de meilleures performances, choisissez un emplacement exposé au sud avec une pente de 30 à 45°.
Prix des panneaux solaires
Les prix des panneaux solaires varient en fonction de plusieurs facteurs, notamment la finition, la qualité, les performances et les matériaux de fabrication. Selon l’Agence de l’Environnement et des Migrations (ADEME), les panneaux solaires coûtent généralement entre 2,7 et 3,7 euros HT par watt crête, unité de mesure permettant de déterminer la puissance maximale d’un panneau. Pour installer un module solaire de 3 kWc, ce qui correspond à un système de taille moyenne, il faudra débourser entre 9 000 et 12 000 euros TTC.
