Les panneaux solaires photovoltaïques représentent une source d’énergie renouvelable et inépuisable. Ils figurent parmi les moyens de fabrication d’électricité impliqués dans la transition écologique. Avant d’installer des panneaux solaires photovoltaïques sur le toit de votre maison, il est tout de même essentiel de bien comprendre comment ils agissent. En effet, le fonctionnement d’un panneau solaire vous aidera à choisir un type d’installation adapté et à savoir comment la mettre en place. Dans ce dossier complet, nous vous proposons de passer en revue l’intégralité du principe de fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque de façon simple et compréhensible pour tous.

Comment fonctionne un panneau solaire ?

Vous le savez certainement, le panneau solaire photovoltaïque utilise la lumière du soleil pour produire de l’électricité. Il s’oppose au panneau solaire thermique qui lui produit de la chaleur. Cette transformation de la lumière en électricité est réalisée en plusieurs étapes qui peuvent être résumées de la manière suivante :

  • Les cellules photovoltaïques captent les photons des rayons lumineux
  • Le déplacement des électrons dans les cellules produit du courant électrique continu
  • Ce courant continu est transformé en courant alternatif dans les onduleurs
  • Il peut alors être utilisé pour alimenter la maison en électricité

Comment est produite l’électricité des panneaux photovoltaïques ?

La transformation d’énergie lumineuse est possible grâce aux cellules photovoltaïques qui composent le panneau solaire. Chaque panneau compte entre 36 et 126 cellules connectées en série. Elles sont fabriquées en silicium monocristallin ou polycristallin. Les propriétés de transformation de la lumière en électricité par ce matériau ont été découvertes en 1839 par Becquerel. Comme il est semi-conducteur, il capte les photons des rayons lumineux. L’énergie de ces photons est alors transmise aux électrons du silicium qui vont se mettre en mouvement et produire un courant électrique avec leur déplacement. Le courant produit par ce déplacement d’électron est continu, or il ne peut être utilisé pour alimenter votre maison ou être réinjecté dans le réseau sans être transformé en courant alternatif. C’est le rôle des onduleurs.

Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques

Quels sont les différents types de panneaux solaires photovoltaïques

La technologie en matière de production d’électricité évolue assez rapidement. Les recherches aboutissent chaque année à de nouveaux procédés plus performants. Dans cette section, vous allez découvrir les différentes options qui s’offrent à vous si vous désirez installer des panneaux solaires et produire de l’électricité de manière durable et renouvelable. Dans un premier temps, il est essentiel de décider ce que vous souhaitez faire de l’électricité produite par vos panneaux photovoltaïques.

Autoconsommation ou vente ?

Si vous êtes un particulier et que vous souhaitez investir dans une installation de panneaux solaires, il vous faudra choisir entre l’autoconsommation de l’électricité produite ou sa revente au réseau électrique. Il est également possible de combiner les deux puisque vous pouvez utiliser ce dont vous avez besoin d’énergie et revendre le surplus.

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 utiliser 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.

Autoconsommation avec vente du surplus 

L’autoconsommation avec vente est probablement le mode le plus intéressant pour les particuliers désireux de réduire leurs factures. En effet, en optant pour cette option, vous produisez votre propre électricité et êtes indemnisé pour le surplus que vous injectez dans le réseau. Si vous habitez dans une zone fortement ensoleillée, vous aurez très probablement du surplus en période estivale. En effet, la période de forte consommation d’électricité correspond à l’hiver, quand les journées sont plus courtes et qu’il est nécessaire de se chauffer. En saison estivale, la majorité de votre production sera alors en surplus et pourra être revendue à un fournisseur.

Les différents types de cellules photovoltaïques

Trois types de cellules 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 cellules monocristallines

Les cellules monocristallines sont fabriquées à partir d’un seul et unique bloc de silicium fondu. Elles sont ainsi très pures et permettent d’obtenir les meilleurs rendements en matière de production d’électricité. Une installation de panneaux solaires à cellules monocristallines dispose généralement d’un rendement compris entre 12 et 20 % (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’environ 30 ans, il s’agit de l’une des meilleures options à votre disposition pour produire votre électricité.

Les cellules polycristallines 

Les cellules photovoltaïques polycristallines sont fabriquées à partir d’un bloc de silicium formé de cristaux multiples. Le rendement de ce type de cellules est légèrement inférieur aux monocristallines. Il est situé entre 11 et 15% (100 Wc/m2). Elles sont par conséquent largement plus abordables financièrement. Avec une durée de vie située autour des 30 ans, elles représentent les cellules au meilleur rapport qualité prix.

Les cellules amorphes

Ce type de cellules est produit 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 des cellules amorphes 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 cellules amorphes est d’environ 10 ans et il faut savoir que leurs performances tendent à diminuer avec le temps.

Si vous habitez une région peu ensoleillée mais que vous souhaitez tout de même produire de l’électricité grâce à l’énergie solaire, il vous faudra choisir entre les cellules polycristallines et les cellules amorphes. Toutes les deux sont sensiblement les plus avantageuses dans ces conditions particulières.

Autres équipements pour le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques

Onduleur solaire

L’onduleur solaire est le dispositif qui permet de convertir le courant continu en courant alternatif. Mais il assure également la protection contre les courts-circuits. L’onduleur est capable de 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 électriques branchés à la maison ont besoin de courant alternatif pour fonctionner. Il existe plusieurs types d’onduleurs différents :

  • L’onduleur de chaînes 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 résidence 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.

Batteries

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 électrique a lieu le soir, une fois que le soleil est couché. La batterie permet d’accumuler de l’électricité en période de fort ensoleillement, pour être à mesure de l’utiliser le soir ou lors des journées moins ensoleillées. De cette manière, vous êtes en mesure d’atteindre l’autonomie énergétique et de s’affranchir du réseau. Lorsque vos batteries sont pleines, le surplus peut être revendu au tarif de 0,10€ par kilowattheure (kWh).

Fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque : le bilan

Vous l’aurez compris, un panneau solaire photovoltaïque est un équipement au fonctionnement relativement simple qui permet de produire sa propre énergie à partir des rayons du soleil. Il est donc plus intéressant d’investir dans ce type d’installation en habitant une région plutôt ensoleillée. Après avoir réfléchi à l’utilisation que vous voulez faire de l’électricité produite, vous serez alors en mesure de choisir quel type de panneaux installer. Pour accéder à l’autosuffisance énergétique, une installation avec des batteries performantes est nécessaire. En ce qui concerne le rendement, il sera variable selon différents paramètres : l’exposition au soleil, la quantité de rayonnement et le type ce cellules utilisées.