Tout savoir sur le fonctionnement d’un panneau solaire

L’énergie solaire s’impose désormais comme une solution incontournable pour produire de l’électricité de manière propre et économique. Que ce soit pour alimenter un foyer, une entreprise ou réduire sa dépendance au réseau électrique, les panneaux photovoltaïques représentent une alternative écologique, qui offrent une solution concrète et rapide aux besoins énergétiques des ménages.

Pour faciliter la transition énergétique, l’État a mis en place des aides et des dispositifs qui permettent de réduire la facture liée à l’installation des panneaux. Mais avant d’investir dans un nouveau moyen de production d’énergie, il est essentiel d’en comprendre son fonctionnement. Puissance, composition, rendement, HomeServe fait le point avec vous.

Les grands types de panneaux solaires

Chauffage ou production d’électricité, l’énergie solaire peut être utilisée de différentes manières en fonction du type de panneau installé.

Quelle est la différence entre les panneaux solaires thermiques, photovoltaïques et hybrides ?

À l’heure actuelle, les particuliers ont le choix entre trois types de panneaux. Les panneaux photovoltaïques représentent la majorité des installations françaises. Ils permettent de capter la lumière du soleil pour créer de l’électricité.

Les panneaux solaires thermiques sont uniquement destinés au chauffage et aux installations d’eau chaude sanitaire. La chaleur du soleil est transportée par un fluide caloporteur vers un échangeur, qui chauffe alors l’eau des radiateurs et des planchers chauffants. Si vous utilisez un chauffe-eau solaire individuel, cette énergie est utilisée pour chauffer votre ballon d’eau chaude.

Les dispositifs hybrides, quant à eux, sont conçus pour créer de l’électricité grâce à des cellules photovoltaïques, et à produire de la chaleur en récupérant la chaleur émise par le soleil. Il existe des systèmes aérovoltaïques et hybrides à eau.

Qu’est-ce que la puissance crête ?

La puissance crête est la puissance nominale d’un panneau solaire, exprimée en watts-crête (Wc) ou kilowatts-crête (kWc). Elle est calculée dans des conditions standardisées optimales, qui comprennent une irradiance de 1 000 W/m², une température de 25°C et une masse d’air de 1,5.

Cette puissance électrique maximale permet de déterminer la quantité nécessaire de panneaux à installer afin de répondre aux besoins du foyer. Une installation photovoltaïque de 1 kWc peut produire entre 900 et 1 400 kWh/an, selon l’inclinaison des cellules, la zone géographique, l’orientation, l’ombrage et le type de panneau positionné (monocristallin ou polycristallin).

Le crête et le watt-crête sont utilisés pour calculer la puissance des “appareils photovoltaïques” mais pas pour le thermique.

La composition d’un panneau solaire en bref

Un panneau photovoltaïque est un dispositif complexe conçu pour convertir les rayons du soleil en électricité. Son efficacité et sa durabilité dépendent directement des composants utilisés dans la fabrication.

Techniquement, le panneau solaire est composé de différentes couches superposées. Chacune joue un rôle spécifique dans la captation solaire et la transformation de l’énergie en électricité. On retrouve ainsi :

• Le verre de protection : la couche de verre trempé recouvre les cellules photovoltaïques, les protégeant des intempéries et des chocs. Son nettoyage régulier est indispensable pour préserver le rendement du dispositif ;
• L’encapsulant : la résine polymère EVA (Éthylène – Vinyle – Acétate) enveloppe les cellules photovoltaïques afin de les préserver de l’humidité et des vibrations, et assurer une isolation électrique optimale ;
• Les cellules photovoltaïques : généralement fabriquées en silicium, les cellules sont les éléments qui convertissent la lumière en électricité grâce à l’effet photovoltaïque ;
• La feuille de protection : cette couche, souvent en Tedlar, est positionnée à l’arrière des cellules photovoltaïques, afin de les protéger contre les agressions extérieures. Cette feuille est quelquefois remplacée par un verre trempé, dans le but de laisser passer la lumière ;
• Le cadre en aluminium : il est indispensable pour assurer la rigidité de la structure et protéger les bords.

Comment fonctionne un panneau solaire ou photovoltaïque ? 

Nous avons vu la composition d’un panneau solaire, mais comment les cellules font-elles pour produire de l’électricité ?

Comment les panneaux produisent-ils de l’électricité ?

Les cellules photovoltaïques sont composées de silicium, un matériau semi-conducteur qui transforme les rayons du soleil (photons) en électricité. La cellule libère des électrons lorsque les photons entrent en contact avec le silicium. Ce dernier est présent en deux couches fines et de charges opposées.

Concrètement, la face avant dopée au phosphore (n) contient une quantité plus importante d’électrons que la phase arrière chargée au bore (p). La mise en mouvement par les photons engendre un échange d’électrons entre les deux faces, ce qui crée le champ électrique.

Par la suite, les électrons qui ont migré vers la couche inférieure positive circulent pour rejoindre la face supérieure négative. Le cycle recommence ainsi à l’infini. 

Panneau monocristallin ou polycristallin ?

Le choix du type de panneau influence le rendement de votre installation photovoltaïque. À l’heure actuelle, vous avez le choix entre les panneaux monocristallins ou polycristallins.

La cellule d’un panneau photovoltaïque est dite “monocristalline” lorsqu’elle est fabriquée à partir d’un unique cristal de silicium. Cette structure homogène offre une meilleure circulation des électrons, ce qui améliore l’efficacité et les performances du panneau. En effet, la quantité d’énergie transformée est généralement comprise entre 18 et 24 %. C’est donc une solution idéale pour les environnements à faible luminosité, les espaces limités ou les conditions extrêmes.

De son côté, le panneau polycristallin est issu de la fusion de plusieurs cristaux de silicium. Cette structure entraîne une baisse de rendement, car les électrons rencontrent plus d’obstacles en circulant. Le taux de transformation de l’énergie est donc inférieur, situé entre 14 et 18 %. Ces panneaux restent tout de même performants et ont un coût de fabrication moins élevé, ce qui impacte directement le coût d’acquisition.

La durée de vie, quant à elle, ne diffère pas. Les deux types de panneaux sont conçus pour fonctionner pendant 25 à 30 ans.

Est-ce que le panneau solaire fonctionne sans soleil ?

Le panneau solaire a besoin des photons présents dans la lumière pour fonctionner. En d’autres termes, si vous habitez dans une région qui présente un taux d’ensoleillement faible, vous pouvez utiliser l’énergie solaire pour votre électricité ou votre chauffage. Le rendement sera moins élevé qu’en période de plein soleil ou qu'une installation équivalente située dans le Sud de la France.

Les panneaux monocristallins à hétérojonction sont parfaitement adaptés à ce genre de situation. Ils combinent du silicium monocristallin et du silicium amorphe afin de maximiser la production photovoltaïque. Ils offrent donc un rendement plus élevé que des panneaux solaires classiques en condition de faible luminosité.

Le rôle de l’onduleur

L’énergie générée par les panneaux photovoltaïques ne peut pas être utilisée directement dans l’habitation. Les cellules photovoltaïques produisent un courant électrique continu, qui n’est pas adapté aux appareils électriques domestiques et au réseau public.

Le rôle de l’onduleur est donc de transformer le courant continu en courant alternatif, grâce à la modification de l’amplitude et de la fréquence de l’électricité. L’onduleur est une pièce essentielle du schéma photovoltaïque, car il optimise les performances des cellules solaires et garantit la conformité de la production au réseau. Il prend la forme d’un boîtier métallique relié aux panneaux.

Lors de la mise en place des panneaux photovoltaïques, vous avez le choix entre plusieurs dispositifs. Tous les modèles n’ont pas les mêmes modes d’injection, de puissance, de rendement et de fonctionnalités. Il est donc essentiel de choisir le dispositif en fonction de vos besoins et de vos attentes (autoconsommation, vente du surplus).

À l’heure actuelle, vous pouvez installer :

• Un onduleur de chaîne : c’est le modèle le plus répandu et le plus éprouvé. Ce dispositif est directement relié à l’ensemble des panneaux solaires, via un branchement en série. Un seul boîtier est donc nécessaire pour fournir l’électricité au logement ;
• Un micro-onduleur : de petite taille, il est conçu pour convertir l’énergie d’un seul panneau. Chaque cadre est doté de son propre micro-onduleur, ce qui limite les pannes généralisées ou les pertes de rendement ;
• Un onduleur avec optimiseur : l’onduleur hybride est une solution qui offre les avantages de l’onduleur de chaîne et du micro-onduleur. Il permet de gérer le rendement des panneaux individuellement, via un branchement en parallèle des panneaux. Si un panneau est ombragé ou sale, l’ensemble de l’installation continue de fonctionner à son plein potentiel.

Peut-on stocker l’électricité produite par des panneaux photovoltaïques ?

Le stockage de l’énergie produite est un enjeu majeur d’une installation photovoltaïque. La batterie est conçue pour répondre à un besoin d’autoconsommation différée. Solution physique ou virtuelle, laquelle choisir ?

Pourquoi opter pour des batteries de stockage ?

La production d’énergie solaire permet d’alimenter les appareils électriques d’un foyer. Toutefois, vous ne bénéficiez pas de l’électricité générée par votre installation une fois que le soleil se couche. De même, la production d'électricité qui n’est pas consommée est perdue.

Pour éviter ces désagréments, vous pouvez installer des batteries de stockage, qui vous permettent d’accumuler l’électricité excédentaire et de réduire votre dépendance à l’énergie fossile grâce à l’augmentation de votre autoconsommation.

Les batteries physiques

La première solution consiste à installer des batteries solaires physiques dans votre logement. Cette méthode vous permet ainsi de stocker le surplus d’énergie produit à domicile. Vous ne subissez donc pas les coupures de réseau, vous profitez de votre propre électricité de jour comme de nuit et vous avez la possibilité de cumuler cette autoconsommation avec l’énergie fournie par le réseau public.

En plus, certains modèles vous permettent de combiner l’énergie des panneaux solaires et de la batterie afin d’alimenter une borne de recharge pour véhicule électrique.

Toutefois, ce type de batterie demande de l’espace, un contrôle régulier et un investissement financier coûteux. Par ailleurs, vous devez prévoir son remplacement à intervalles réguliers afin de garantir le bon fonctionnement du réseau de stockage domestique.  

Les batteries virtuelles

Les batteries virtuelles, quant à elles, ne nécessitent pas de lieu physique pour stocker l’énergie. En effet, elles fonctionnent sur un schéma différent : l’électricité non consommée est envoyée sur le réseau public. Un logiciel analyse la quantité d’énergie fournie et la comptabilise. Vous pouvez alors utiliser ce crédit au moment où vous en avez le plus besoin.

Ce système présente plusieurs avantages. Contrairement à une batterie physique, la batterie virtuelle n’a pas de contrainte de stockage (en termes de volume), et vous ne subissez aucune perte de capacité au fil des années. Par ailleurs, vous n’avez pas besoin de faire intervenir un professionnel, car le stockage n’a pas lieu à domicile.

Quelle solution de stockage choisir ?

Les batteries physiques s’adressent aux particuliers qui souhaitent utiliser leur production d’électricité domestique rapidement. Ce système de stockage est généralement prévu pour être déchargé dans les 48 heures. C’est également un moyen idéal pour les personnes qui souhaitent recharger leur véhicule électrique la nuit, sans utiliser l’électricité fournie par le réseau public.

Les batteries virtuelles offrent une flexibilité d’utilisation plus grande, car l’énergie stockée est disponible pendant une longue période. Votre installation photovoltaïque peut donc fournir de l’électricité l’été dans le but d’être consommée l’hiver. D’autre part, c’est l’une des solutions les plus avantageuses pour les installations qui ne sont pas éligibles au contrat EDF OA.  

Quel est le rendement des cellules photovoltaïques ?

Pour un même panneau, le rendement peut différer en fonction de l’ensoleillement, l’inclinaison, l’orientation, la température, le type de panneau, l’usure et la propreté des cellules.

Le calcul du rendement s’effectue ainsi :

Par exemple, si un panneau solaire installé sur une surface de 1, 8 m2 affiche une puissance de 250 Wc, votre rendement est de : (250 Wc / (1, 8 x 1000)) x 100 = 13,88 %

Les panneaux solaires monocristallins offrent un rendement situé entre 16 et 24 %, tandis que les panneaux polycristallins garantissent un rendement compris entre 13 et 18 %.

Si vous vous intéressez particulièrement au sujet du rendement de vos futurs panneaux, n’hésitez pas à consulter la carte européenne de productible disponible juste ici. En fonction de votre localisation, vous aurez tout un tas de détails sur le rayonnement solaire, la puissance PV…

Autoconsommation ou revente d’électricité : quel est le meilleur choix ?

Produire pour consommer ou pour revendre ? On fait le point avec vous.

L’autoconsommation d’électricité

L’autoconsommation est la solution idéale pour consommer sa propre électricité et réduire ses factures d’énergie. Cette méthode permet de diminuer de 40 à 60 % sa consommation journalière d’électricité, ce qui limite votre dépendance aux fournisseurs d’énergie.

En plus de contribuer activement à la transition énergétique, l’autoconsommation améliore significativement la rentabilité de votre installation photovoltaïque. En effet, le retour sur investissement intervient dans un intervalle de 6 à 11 ans, en fonction de la puissance des panneaux.

Toutefois, l’autoconsommation comporte également des inconvénients. La production électrique dépend entièrement de la luminosité. Les périodes nuageuses, bien qu’efficaces, diminuent tout de même les performances des cellules solaires. D'où l'intérêt de bien choisir vos panneaux solaires en fonction de la Région dans laquelle vous vivez. Sans solution de stockage, vous ne profitez pas de votre électricité photovoltaïque la nuit.

En effet, sans batterie physique ou virtuelle, la surproduction est perdue. Dans ce cas, pour bénéficier au maximum des effets de l’autoconsommation, vous devez obligatoirement adapter vos habitudes, afin de privilégier l’utilisation d’appareils électriques lors de l’activité des panneaux photovoltaïques.

La revente totale

La vente totale offre aux particuliers l’opportunité de produire de l’électricité verte et de l’injecter dans le réseau public. En contrepartie, le fournisseur d’énergie achète à un prix fixe votre production, et ce pendant une durée contractuelle de 20 ans. Vous percevez ainsi un loyer régulier, simplement et sans contrainte de stockage. C’est une solution idéale pour les bâtiments inoccupés ou partiellement utilisés, comme les hangars.

En revanche, vous ne réalisez pas d’économie directe sur vos factures. En effet, le fournisseur d’énergie vous verse un montant prédéfini indépendamment de votre facturation mensuelle. Vous restez donc dépendant du réseau public, et soumis à ses variations tarifaires. En plus, le retour sur investissement est plus long, compris entre 10 et 15 ans.

La revente du surplus

Les particuliers ont la possibilité de choisir la revente du surplus. Cette solution offre une alternative à l’autoconsommation et à la revente totale. Les foyers équipés de panneaux solaires peuvent ainsi consommer leur propre production, et revendre le surplus via le contrat EDF OA (Obligation d'Achat).

Vous diminuez ainsi les coûts et votre dépendance au réseau public. Cependant, l’investissement initial peut être élevé, même si certaines aides sont susceptibles de faire baisser la facture.

Si votre installation est assez puissante et que vos habitudes de consommation le permettent, optez pour la revente du surplus, notamment si vous habitez dans une région fortement ensoleillée.

Les avantages de l’énergie solaire

Panneau solaire thermique, photovoltaïque ou hybride, quelle que soit la solution de production solaire choisie, vous profitez de nombreux avantages.

Tout d’abord, l’énergie solaire est une énergie gratuite, abondante et inépuisable, qui fait partie des solutions vertes les plus performantes. 

Les panneaux photovoltaïques sont en grande partie recyclables

Les panneaux solaires utilisent des composants recyclables, qui limitent les émissions de gaz à effet de serre. Pour rappel, les panneaux sont composés :

• de verre (pour 70/75%),
• d’aluminium (10 à 15%),
• de silicium (5 à 10%),
• de métaux type cuivre, argent, nickel…

Ils sont donc recyclables à hauteur de 95% environ. En optant pour une installation solaire, vous faites aussi une démarche écologique.

L’organisme choisi en France pour recycler les panneaux solaires est le Soren. En tant qu'organisme agréé par l’Etat, son rôle est de collecter et recycler les panneaux solaires. Plus de 200 points de collecte Soren existent aujourd’hui en France. Notre filiale, Cerise Energies fait d’ailleurs partie de ce réseau.

Un coût de production de l’énergie solaire de plus en plus compétitif

Par ailleurs, le coût de production de l’énergie solaire a diminué ces dernières années, ce qui rend cette source d’énergie renouvelable compétitive par rapport aux autres énergies fossiles. Vous réalisez ainsi des économies au quotidien. En plus, si vous choisissez l’option revente, vous participez à décarboner le réseau public d’électricité. Quant à votre logement, sa valeur augmente en moyenne de 5 et 10 %.

L’installation de panneaux solaires offre une grande adaptabilité. Vous avez la possibilité d’implanter des systèmes photovoltaïques de différentes tailles, qui correspondent à vos besoins et aux contraintes structurelles de votre maison, et à vos aspirations d’indépendance énergétique.