Fonctionnement des panneaux photovoltaïques : l’énergie solaire

Tout le monde connaît l’intérêt des panneaux photovoltaïques, mais que savez-vous vraiment sur leur fonctionnement ? Produisent-ils de l’énergie solaire en continu ? De quels éléments se compose une installation solaire photovoltaïque ? Où va l’électricité produite par les panneaux ? Avec Les Trois Arcs, plongez dans les rouages de cette technologie et découvrez comment, de l’ombre à la lumière, de l’énergie électrique est créée.

Qu’est-ce que l’énergie solaire photovoltaïque ?

Le soleil est une importante source d’énergie : il émet en permanence de la chaleur et de la lumière. Or, à partir de son rayonnement, il est possible de produire une électricité verte, gratuite et inépuisable grâce aux panneaux photovoltaïques. Cette conversion de l’énergie solaire en énergie électrique à l’aide d’un matériau semi-conducteur, connu sous le nom d’effet photovoltaïque, a été découverte par Edmond Becquerel en 1839.

L’énergie solaire photovoltaïque se différencie des autres méthodes de production d’énergie telles que :

• Les éoliennes ou hydroliennes, qui exploitent la force du vent ou des courants marins ;
• Les centrales hydrauliques, qui utilisent la force de l’eau en mouvement, par le biais de barrages et de turbines ;
• Les centrales nucléaires, qui reposent sur le principe de la fission nucléaire, un processus dans lequel des noyaux d’atomes lourds (uranium ou plutonium) sont divisés pour libérer de grandes quantités d’énergie ;
• Les panneaux solaires thermiques, qui fournissent du chauffage et de l’eau chaude sanitaire pour votre maison.

Panneaux photovoltaïques : quel est leur fonctionnement ?

Le fonctionnement des panneaux solaires consiste à capter la lumière du soleil pour générer un courant électrique continu qui sera ensuite converti en courant alternatif. Mais, pour que cette « magie » opère, votre installation solaire photovoltaïque doit comporter 3 principaux éléments. Découvrez sa composition et son fonctionnement détaillé, pas à pas.

Rôle et fonctionnement du panneau solaire photovoltaïque

Le panneau photovoltaïque est le composant central d’une installation solaire, c’est grâce à lui que l’électricité est produite. Il est constitué de plusieurs cellules photovoltaïques, principalement fabriquées en silicium. Ce matériau, extrait du sable et du quartz, présente 2 atouts majeurs :

1. Le silicium est le 2ème matériau le plus abondant sur Terre après l’oxygène.
2. Le silicium est un matériau semi-conducteur, composé d’atomes (chargés positivement) autour desquels gravitent des électrons (chargés négativement).

Lorsque le panneau solaire est exposé au soleil, les électrons du silicium s’agitent et se déplacent d’un atome à l’autre. Il suffit alors de contrôler ce déplacement pour générer un courant électrique, en créant une tension électrique, à la manière d’une pile. C’est pourquoi un panneau photovoltaïque se compose toujours :

• D’une borne négative, avec un surplus d’électrons, obtenue en ajoutant du phosphore sur la partie supérieure du panneau solaire ;
• D’une borne positive, avec un déficit d’électrons, obtenue en ajoutant du bore sur la partie inférieure du panneau ;
• D’un fil conducteur, reliant les 2 bornes et permettant de faire circuler les électrons dans un même sens (du – vers le +), et d’alimenter au passage un équipement électrique.

Les cellules photovoltaïques sont assemblées et encapsulées dans du verre sur la face avant pour les protéger des intempéries, et dans un polymère à l’arrière pour assurer leur étanchéité. Elles sont ensuite montées sur un cadre en aluminium, avec une boîte de jonction pour garantir la connexion électrique et la durabilité du panneau.

Rôle et fonctionnement de l’onduleur ou des micro-onduleurs

Le rôle de l’onduleur est de rendre compatible l’électricité photovoltaïque produite par vos panneaux avec votre réseau électrique. En effet, sans onduleur, les cellules génèrent un courant continu (CC ou DC en anglais), où les électrons circulent toujours dans la même direction. Cependant, la plupart des appareils électriques et ménagers fonctionnent avec du courant alternatif (CA ou AC en anglais), où les électrons changent régulièrement de direction.

‍Cette conversion du courant peut s’effectuer de 3 façons différentes :

Avec un onduleur de chaîne

Dans ce système, tous les panneaux solaires sont raccordés en série à un onduleur unique. C’est la configuration la plus simple et la moins chère. En revanche, en cas d’ombrage ou de panne d’un panneau, le rendement de toute l’installation est affecté.

Avec des micro-onduleurs

Dans ce cas, chaque panneau solaire dispose de son propre onduleur, avec un branchement en parallèle. Vous bénéficiez alors d’un rendement de production optimisé, même en cas d’ombrage partiel. Toutefois, ce type d’installation est plus coûteux et complexe.

Avec des optimiseurs de puissance

Les optimiseurs sont installés sur chaque panneau pour les rendre indépendants et maximiser leur rendement. Vous combinez ainsi les avantages des systèmes en chaîne et des micro-onduleurs.

Rôle et fonctionnement des coffrets électriques

Les coffrets électriques des panneaux photovoltaïques assurent la gestion, la surveillance et la protection de votre installation solaire et électrique. 2 compteurs sont nécessaires, bien qu’ils puissent être regroupés en 1 seul :

1. Le coffret DC (courant continu) reçoit l’électricité produite par les panneaux solaires et la dirige vers l’onduleur.
2. Le coffret AC (courant alternatif) reçoit l’énergie convertie par l’onduleur et la distribue au réseau domestique et au réseau public d’électricité, si vous décidez de vendre tout ou partie de votre énergie photovoltaïque. Ce boîtier est connecté au compteur électrique de votre maison qui mesure votre production et votre consommation d’électricité, vous offrant ainsi un suivi détaillé.

Les coffrets électriques contiennent divers dispositifs de protection pour garantir la sécurité et la fiabilité de votre installation électrique, tels que des disjoncteurs, des fusibles et des parafoudres.

Bon à savoir

Dans le cas d’une autoconsommation avec ou sans revente du surplus, un seul compteur Linky est requis. En revanche, il en faudra 2 en cas de revente totale à EDF OA (Obligation d’achat).⁽¹⁾

Autoconsommation ou revente : 3 modes de fonctionnement

Lors de l’installation de panneaux solaires, vous avez le choix entre 3 options :l’autoconsommation totale, la revente du surplus de production ou la revente totale de l’électricité produite. Ces modes de fonctionnement offrent une grande flexibilité dans l’utilisation de l’énergie et peuvent également vous permettre d’amortir plus rapidement le prix des panneaux photovoltaïques.

Comment fonctionne l’autoconsommation totale de l’électricité ?

L’autoconsommation totale consiste à utiliser l’intégralité de l’électricité solaire produite par vos panneaux pour alimenter les appareils électriques de votre maison. Ainsi, vous agissez directement sur le montant de votre facture énergétique et devenez plus autonome en énergie.

Cependant, cette solution est souvent inadaptée à l’échelle d’une habitation. En effet, la production solaire photovoltaïque est maximale en journée tandis que votre consommation d’énergie est souvent plus importante le matin et le soir. Vous pouvez pallier ce problème en utilisant des batteries de stockage. Mais, elles sont coûteuses à l’achat, d’autant plus que pour couvrir tous vos besoins énergétiques, vous devrez opter pour une batterie de grande capacité.

Une alternative possible est la batterie virtuelle, qui stocke votre excédent de production solaire chez un fournisseur d’énergie pour une utilisation ultérieure, moyennant un abonnement.

Comment fonctionne la revente totale de l’électricité photovoltaïque ?

La revente totale de l’électricité photovoltaïque implique de vendre toute votre production d’énergie solaire, afin de générer des revenus. Ce mode est particulièrement avantageux pour les installations de grande puissance, telles que celles prévues dans les secteurs industriel, tertiaire ou agricole (comme l’agrivoltaïque).

Elle nécessite l’installation d’un compteur Linky dédié pour mesurer et enregistrer l’électricité photovoltaïque injectée dans le réseau public d’électricité.

Autoconsommation et revente combinées : le duo gagnant

L’autoconsommation électrique avec revente du surplus est actuellement la solution la plus intéressante. Vous réalisez en effet une triple économie :

• Réduction de votre facture d’électricité, grâce à l’autoconsommation ;
• Génération d’une rente financière régulière, en vendant l’électricité non consommée ;
• Obtention d’une prime à l’autoconsommation et d’un tarif de rachat avantageux.

Comment optimiser le fonctionnement des panneaux solaires ?

Pour optimiser le fonctionnement et le rendement des panneaux solaires photovoltaïques, plusieurs actions clés sont à mener :

• Faire étudier la faisabilité de votre projet photovoltaïque par un installateur qualifié ;
• Déterminer l’emplacement des panneaux et le type d’installation (intégrée au bâti, surimposition ou au sol) 
• Dimensionner la puissance photovoltaïque au plus juste (en kWc) en prenant en compte vos besoins et équipements électriques ;
• Choisir des panneaux solaires de qualité, certaines technologies étant plus efficaces que d’autres (cellules en monocristallin, panneaux PERC ou TopCon, cellules à hétérojonction, etc.) ;
• Adapter vos usages de l’électricité (programmer votre chauffe-eau, différer le fonctionnement de certains appareils électriques, réduire votre consommation, etc.) ;
• Entretenir vos panneaux solaires en les nettoyant régulièrement pour prolonger leur durée de vie.

Pour connaître votre potentiel solaire et optimiser vos économies, consultez un professionnel qualifié RGE (Reconnu garant de l’environnement).

⁽¹⁾ Source : Association HESPUL.