Comment fonctionne un panneau solaire photovoltaïque ?
Vous souhaitez en savoir plus sur le fonctionnement des panneaux solaires ? Heureusement, les panneaux photovoltaïques sont plus simples à comprendre qu’on ne le croit. Découvrez facilement comment fonctionne un panneau solaire, de ses composants à son mode de fonctionnement étape par étape.
Qu’est-ce qu’un panneau photovoltaïque ?
Un panneau solaire, aussi appelé panneau solaire photovoltaïque, sert à capter les rayons du soleil pour les transformer en électricité utilisable pour votre consommation énergétique personnelle.
Le panneau solaire absorbe les rayons électromagnétiques grâce à une multitude de cellules photovoltaïques en silicium. Ces dernières stockent l’énergie solaire et la transforment en courant continu.
Ce courant se dirige ensuite vers l’onduleur, un dispositif électronique qui permet de passer d’un courant continu à un courant alternatif. C’est ce dernier qui contribue à l’alimentation énergétique et au bon fonctionnement de vos appareils électriques à la maison.
L’installation de panneaux solaires, désormais courante en Belgique, offre de nombreux avantages. Réduction des factures d’électricité, participation à la préservation de la planète et bien d’autres, c’est une nouvelle façon de consommer qui séduit de plus en plus de Belges.
Passer à l'autoconsommation solaire !Le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque étape par étape
Mais alors, comment fonctionne vraiment un panneau solaire photovoltaïque ?
L’énergie solaire
Tout commence avec la lumière du soleil. Cette énergie solaire, considérée comme une ressource inépuisable sur Terre, est la source originelle de toute production solaire. C’est une énergie durable qui fournit la chaleur et la lumière nécessaire afin de produire de l’électricité en grande quantité.
Comment capter l’énergie solaire ?
C’est à ce moment que les panneaux solaires photovoltaïques entrent en jeu. Ces panneaux, composés de cellules photovoltaïques à base de silicium, permettent la captation des rayons du soleil. C’est ce qu’on appelle aussi “l’effet photovoltaïque”, découvert en 1839 par le physicien Edmond Antoine Becquerel. Cet effet photoélectrique souligne la capacité de certains matériaux, une fois exposés au soleil, à produire un champ électrique.
C’est notamment le cas du silicium, un matériau qui réagit parfaitement à la lumière du soleil, et qui permet la création d’une tension électrique à l’intérieur de la cellule photovoltaïque.
Une fois installés sur votre toit, les panneaux solaires vont donc capter la lumière du soleil, composée de photons, qui vont être ensuite stockés dans les cellules photovoltaïques. Ces dernières, composées de deux couches de silicium (négatif et positif), permettent la création d’une tension électrique entre les photons et les électrons. Un courant électrique continu est alors généré.
Voici comment ça fonctionne :
Transformer l’énergie solaire en électricité grâce à l’onduleur
Malheureusement, un simple courant continu ne suffit pas pour alimenter vos appareils domestiques en électricité. C’est à ce moment que l’onduleur fait son apparition.
Ce dispositif électronique a un seul et unique but, convertir le courant continu généré par les cellules photovoltaïques en courant alternatif. C’est grâce à lui que vos appareils peuvent consommer l’électricité produite par vos panneaux solaires.
Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?
Un panneau solaire thermique, aussi appelé chauffe-eau solaire, produit de l’eau chaude sanitaire pour votre foyer.
En fait, le panneau capte la chaleur issue du rayonnement solaire et la transmet à un fluide caloporteur, c’est-à-dire un fluide capable de transporter la chaleur. Lorsqu’il devient chaud, ce fluide caloporteur se dirige vers le cumulus et chauffe l’eau froide qui s’y trouve comme indiqué sur ce schéma :
Grâce à un chauffe-eau solaire, vous pouvez réaliser jusqu’à 50 % d’économies uniquement sur la partie “eau chaude” de votre facture.
En moyenne, l’eau chaude représente 35 % de la facture d’électricité de nos clients. Donc grâce à une installation de panneaux thermiques en autoconsommation, vous réduisez votre facture totale d’électricité d’environ 15 %.
Les composants d’un panneau solaire et d’une installation photovoltaïque
Rentrons désormais dans la partie plus technique du fonctionnement d’un panneau solaire, en décryptant pas à pas les différents composants du panneau photovoltaïque.
Le fonctionnement des cellules photovoltaïques
La cellule photovoltaïque est une des composantes principales d’un panneau photovoltaïque. C’est elle qui joue un rôle fondamental dans la production d’énergie solaire.
Comme expliqué plus tôt dans l’article, la cellule photovoltaïque a la capacité de capter l’énergie solaire et de la transformer en électricité. Mais alors, de quoi est-elle composée ?
Pour rappel, il est essentiel d’avoir un matériau semi-conducteur afin d’obtenir de l’électricité. Ici, c’est du silicium dont on parle. C’est le matériau principal de la cellule photovoltaïque, et c’est lui qui permet le bon fonctionnement d’un panneau solaire.
Le silicium est un élément chimique extrait de la silice, qu’on trouve généralement dans le sable ainsi que dans plusieurs minerais (quartz par exemple). Le silicium est d’ailleurs le deuxième élément naturel sur Terre après l’oxygène.
Pour obtenir une cellule photovoltaïque à base de silicium, la silice doit être chauffée à près de 3000°, puis on procède à l’extraction, le raffinage et la purification à 99% du silicium. Ce dernier est ensuite solidifié sous forme de lingot et cristallisé afin d’obtenir des plaques de silicium.
Les cellules photovoltaïques sont alors assemblées entre elles pour former un panneau solaire.
Onduleur et micro-onduleur : comment choisir ?
Comme mentionné plus tôt dans l’article, l’onduleur sert à transformer le courant électrique continu en courant alternatif. Il existe néanmoins plusieurs types d’onduleurs pour vos panneaux solaires. Selon vos appareils domestiques et la quantité d’électricité requise, il est important de bien définir vos besoins et d’opter pour la meilleure option.
Le premier type d’onduleur est l’onduleur de chaîne, ou onduleur central. Généralement situé dans votre garage ou dans un local de votre maison, l’onduleur central contrôle la totalité de votre installation photovoltaïque.
L’avantage de l’onduleur de chaîne ?
- Il est moins coûteux à l’achat ;
- Il dispose d’un système de suivi à distance pour contrôler le bon fonctionnement de vos panneaux ;
- Il est généralement situé à l’intérieur de votre maison et est donc protégé des conditions extérieures.
L’inconvénient ? Si l’un de vos panneaux photovoltaïques est défaillant, l’onduleur de chaîne considère que toute votre installation l’est également, ce qui peut impacter la production et le rendement de vos panneaux solaires.
L’autre type d’onduleur est le micro-onduleur, qui dispose des mêmes fonctions principales que l’onduleur central, mis à part quelques spécificités en plus.
En effet, de par sa taille, le micro-onduleur est souvent situé directement sous le panneau photovoltaïque. Chaque micro-onduleur est relié à son panneau solaire et est indépendant. Vous êtes capable d’obtenir la production de chacun de vos panneaux, mais aussi de détecter quelconque faille qui peut affecter le rendement de votre installation.
Il est important de noter que l’installation de micro-onduleurs est néanmoins plus coûteuse que celle d’un onduleur de chaîne, même si elle offre sans aucun doute une meilleure gestion de la production de vos panneaux solaires.
Les facteurs qui influencent le fonctionnement du panneau solaire
Lorsque vous envisagez de faire installer des panneaux solaires chez vous, il est tout à fait normal de vouloir optimiser la production d’électricité afin de faire le plus d’économies possibles.
C’est pour cela que certains facteurs essentiels sont à prendre en compte afin de limiter les pertes de production d’électricité.
L’orientation et l’inclinaison de vos panneaux solaires
C’est bien connu, une maison exposée plein sud vous permet de profiter d’un ensoleillement rallongé toute l’année. Pour les panneaux solaires, ça fonctionne de la même manière. Plus vos panneaux solaires sont orientés vers le sud, plus ils captent les rayons du soleil pendant la journée. Cette orientation est essentielle afin de bénéficier d’un meilleur rendement de votre installation photovoltaïque.
Découvrez le rendement idéal de votre installation photovoltaïque en rentrant votre adresse ci-dessous :
Pour les maisons qui ne disposent pas de toit orienté plein sud, il est également possible d’opter pour une installation orientée sud-ouest ou sud-est sans afin d’obtenir un rendement efficace.
Pour ce qui est de l’inclinaison de vos panneaux solaires, un angle d’inclinaison entre 30° et 36° est recommandé pour un rendement optimal. Pourquoi de tels chiffres ? Car les rayons du soleil doivent frapper vos panneaux solaires perpendiculairement. Malheureusement, la trajectoire du soleil varie grandement au fil de l’année, et suppose un angle d’inclinaison différent selon chaque saison.
C’est pourquoi un compromis situé entre 30° et 36° d’inclinaison est conseillé pour maximiser la production d’énergie solaire.
Votre toiture n’est pas inclinée à 30° ? Ce n’est pas un problème. Malgré une légère baisse de production globale, votre installation photovoltaïque n’en sera pas moins efficace et rentable sur la durée.
Ombrage et fortes chaleurs
Un autre facteur qui peut impacter le bon fonctionnement de vos panneaux solaires est la présence d’ombre.
En effet, l’ombrage sur un panneau solaire empêche le flux de circulation dans les cellules photovoltaïques. Autrement dit, les électrons présents dans chaque cellule ne sont plus alimentés par cette tension électrique générée par la lumière du soleil. La production de courant continu est alors altérée.
Les problèmes d’ombres peuvent vite arriver lorsque vous installez des panneaux photovoltaïques chez vous. Une branche d’arbre mal coupée, une sortie de toit pour votre cheminée, nombreux sont les petits détails qui peuvent fortement impacter le rendement de vos panneaux solaires.
Côté températures, il est important de souligner que les fortes chaleurs peuvent faire diminuer le rendement de votre installation photovoltaïque. En effet, plus il fait chaud, plus la température des cellules photovoltaïques augmente. Cela engendre une diminution de la tension électrique des cellules et du système photovoltaïque, qui perd en puissance et produit donc moins d’énergie. N’oubliez-pas que c’est la quantité de lumière qui contribue à la production d’énergie solaire, pas la chaleur.
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