Panneaux photovoltaïques sur toit en tuilesPanneaux photovoltaïques sur toit en tuiles

Fonctionnement d’un panneau photovoltaïque

Qu'est-ce qu'un panneau photovoltaïque ?

Le panneau photovoltaïque est composé d'une multitude de cellules, constituées d’un matériau semi-conducteur, le silicium. La puissance du panneau est exprimée en Watt crète (Wc) et détermine sa capacité maximale à produire de l’électricité.

Le panneau solaire photovoltaïque produit un courant électrique continu, autrement dit un courant qui circule dans un seul sens, d’un pôle négatif à un pôle positif. Or, c’est un courant alternatif (qui circule dans un sens puis un autre) qui est utilisé dans votre foyer. Pour que l'électricité produite puisse être utilisée, il suffit simplement d'ajouter un nouvel élément à l'équation, l'onduleur, qui va convertir le courant obtenu.

Une fois l’électricité produite, vous pouvez décider de la consommer directement et de revendre le surplus à un fournisseur d’électricité à un prix fixe (ce qu’on appelle l’autoconsommation) ou de revendre l’intégralité (revente totale). La première option est la plus recommandée puisqu’en plus de produire et consommer votre propre électricité, vous dégagez une plus-value.

Schéma explicatif du fonctionnement des panneaux photovoltaïques dans une maisonSchéma explicatif du fonctionnement des panneaux photovoltaïques dans une maison
Pour aller plus loin
Pour aller plus loin

Afin de savoir combien d’électricité vous allez produire et ce que vous pourrez revendre, il faut s’attarder sur le rendement de votre installation, qui n’est autre que la quantité d’électricité produite par vos panneaux solaires par rapport à la quantité d’énergie qu’ils reçoivent. Plus le rendement est élevé, plus votre installation est rentable ! Le rendement va dépendre de plusieurs éléments comme : le type et le modèle de panneau, le taux d’ensoleillement de votre région, l’orientation, l’inclinaison ou encore la puissance des panneaux.

Comment l'électricité est-elle produite par les panneaux solaires ?

Vous avez fait le choix d’équiper votre maison de panneaux photovoltaïques afin de produire et consommer votre propre électricité verte. Mais savez-vous quel est le principe de fonctionnement de vos panneaux ? Non ? Alors suivez le guide !

Tout d'abord il faut se rappeler que toute la matière qui nous entoure est composée d’atomes, eux-mêmes constitués de noyaux autour desquels gravitent les électrons, des particules de matière chargées négativement. La lumière est quant à elle composée de particules élémentaires transportant de l’énergie, appelées photons.

Schéma explicatif du fonctionnement du cycle énergetique du pannequ photovoltaïque
  1. La lumière du soleil vient frapper les cellules photovoltaïques des panneaux
  2. Les photons transmettent leur énergie aux électrons contenus dans les cellules
  3. Les électrons sont libérés et circulent librement en produisant un courant électrique continu
  4. L’onduleur convertit le courant continu en alternatif

A la base du fonctionnement de vos panneaux solaires il y a ce qu’on appelle “l’effet photovoltaïque” ou “effet photoélectrique”. Découvert en 1839 par le physicien Français Edmond Antoine Becquerel, il désigne la capacité de certains matériaux exposés à la lumière à produire un champ électrique. C’est le cas notamment du silicium.

Votre panneau photovoltaïque est donc composé de deux couches de cet élément, sous la forme des cellules photovoltaïques. Les deux couches sont reliées entre elles par des fils conducteurs. La couche supérieure a un surplus d'électron (N, pour négatif) et la couche inférieure a un déficit (P, pour positif). Ces bornes N et P permettent de créer une différence de potentiel électrique : c’est tout simplement le principe d’une pile. Ainsi, les électrons circulent dans un seul sens, de la borne N à P, on obtient donc un courant électrique !

Schema en coupe du fonctionnement d'un panneau photovoltaïqueSchema en coupe du fonctionnement d'un panneau photovoltaïque

C’est plus clair ? Alors maintenant concentrons nous sur la cellule photovoltaïque, sans qui rien de tout cela ne serait possible.

Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?

Detail d'un panneau photovoltaïque sur une toitureDetail d'un panneau photovoltaïque sur une toiture

La cellule photovoltaïque a la capacité de capter l’énergie solaire afin de produire de l’électricité, mais comment est-elle conçue ?

Pour commencer, il faut se rappeler que pour obtenir de l’électricité à partir du soleil il nous faut un matériau semi-conducteur, en l’occurrence le silicium.

Le silicium, c'est quoi au juste ?

Bien qu’il soit présent à hauteur de 7 grammes dans le corps humain, cet élément est surtout au cœur du fonctionnement des cellules photovoltaïques de vos panneaux solaires. Sans lui, pas d'effet photovoltaïque et donc pas d’électricité ...

Puisqu’on ne peut le trouver à l’état naturel, on l’extrait de la silice (d’où son nom) que l’on trouve dans le sable ainsi que dans certains minerais comme le quartz sous forme de galets ou de gisements.

C’est cet élément qui est à la base de la composition du silicium et de la fabrication des cellules qui font fonctionner vos panneaux photovoltaïques.

Quel est le processus de fabrication des cellules photovoltaïques ?

Schéma explicatif du silicium

La matière première utilisée afin de confectionner les cellules photovoltaïques (qui permettent aux panneaux solaires de fonctionner) est d’une grande pureté. Le processus de fabrication est en conséquence assez complexe et délicat :

  1. Chauffe de la silice à 3000°, extraction, raffinage et purification à 99% du silicium
  2. Solidification du silicium sous forme de lingots qui sont ensuite étirés
  3. Cristallisation du matériau sous forme de plaques

Enfin, le processus final varie selon le type de panneau :

Le silicium monocristallin est obtenu depuis un lingot étiré, le processus est complexe.

Le polycristallin résulte d’un bloc de petits cristaux de silicium, formé à partir de la refonte des résidus et chutes des lingots du monocristallin. Le processus est simplifié et limite les pertes de matière première.

Voilà, maintenant on va pouvoir vous présenter rapidement ces deux types de panneaux, leurs avantages respectifs et leur fonctionnement.

Panneau monocristallin et panneau polycristallin, lequel choisir ?

Si tous les panneaux photovoltaïques, monocristallins comme polycristallins, fonctionnent de la même manière et produisent de l’électricité en captant la lumière du soleil, ils ont cependant quelques différences notables. Afin que votre installation photovoltaïque puisse répondre au mieux à vos besoins (esthétiques comme énergétiques), il est important de connaître ces différences et de faire le bon choix.

Panneau solaire monocristallinPanneau solaire monocristallin

Panneau solaire monocristallin

  • Son rendement varie entre 18 et 24%*
  • Il est très esthétique et discret avec un beau noir uniforme
  • Fonctionne tout aussi bien dans des zones géographiques au taux d’ensoleillement peu important
  • Coût légèrement plus élevé
Panneau solaire polycristallinPanneau solaire polycristallin

Panneau solaire polycristallin

  • Son rendement varie entre 14 et 18%*
  • Son habit de couleur bleu non homogène fait un peu moins l’unanimité
  • À privilégier dans les zones à fort taux d’ensoleillement

Vous ne savez pas encore lequel choisir ? Pas d'inquiétudes notre expert en énergie saura vous conseiller au mieux.

Tout cela est bien beau, mais sans un élément fondamental, l'onduleur, vous n'arriverez pas à utiliser l'électricité produite par vos panneaux photovoltaïques.

*Source : le photovoltaïque, choix technologiques, enjeux matières et opportunités industrielles (2020) - Ministère de la Transition écologique

Onduleur de chaîne, micro-onduleur et optimiseur : comment choisir ?

Pour rappel : un onduleur est un dispositif électronique, qui se présente sous la forme d’un boitier et se fixe près des panneaux. Sa fonction est de transformer le courant continu en alternatif pour un usage domestique, comme l'utilisation de votre borne de recharge pour véhicule électrique.

Sans l’action de ce dispositif, le courant produit par vos panneaux solaires est inutilisable en l’état. Comme pour les panneaux photovoltaïques vous avez plusieurs possibilités d’équipement, il est donc important de choisir ce qui correspond au mieux à vos besoins et votre projet énergétique.

Onduleur de chaine

Onduleur de chaine ou centralisé

Ici vous n’avez qu’un seul dispositif pour l’ensemble de votre installation photovoltaïque. On appelle ça une installation “de chaine” ou “string” en anglais, puisque vos panneaux solaires fonctionnent avec un branchement en série.

Picto avantage
Avantages
  • Le coût est réduit
  • L’appareil est installé à l’intérieur de votre domicile ou dans un local prévu à cet effet, il est donc protégé des conditions climatiques
  • Le dispositif intègre un système de suivi à distance

Inconvénients : si l’un de vos panneaux photovoltaïques est défaillant ou a subi un ombrage, le système va considérer que l’installation entière l’est également, ainsi tout son fonctionnement et donc sa production va être impactée.

Micro onduleur

Micro-onduleur

Ce dispositif n’est rien d’autre qu’un onduleur de petite taille. Un panneau peut être relié à un ou deux de ces dispositifs selon vos besoins et les configurations de votre installation. Vos panneaux ne sont plus branchés en série mais en parallèle, ce qui signifie qu’ils sont indépendants.

Picto avantage
Avantages
  • L'installation photovoltaïque peut évoluer avec l’ajout de panneaux supplémentaires, il n'y a pas besoin de la redimensionner
  • Garanti 25 ans
  • La défaillance d’un panneau n'affecte pas l’installation, la production reste constante et optimale

Inconvénients : l'investissement pour une installation de ce type est plus élevé puisqu'il nécessite une grande quantité d’appareils. Le dispositif est également plus fragile et plus sensible aux conditions climatiques, il peut donc être nécessaire de procéder à des remplacements fréquents.

Optimiseur

Optimiseur

L’optimiseur est le compromis idéal entre les deux solutions précédentes. Ce dispositif, fleuron de l'innovation technologique photovoltaïque, permet de doter vos panneaux d'une intelligence. Il vient compléter l'onduleur en chaîne ou centralisé. Les panneaux sont tous indépendants, c'est un branchement en parallèle.

Comme son nom l'indique, il optimise votre production d’électricité en maximisant le rendement de chacun de vos panneaux individuellement. Son système permet également de détecter tout disfonctionnement et de contrôler votre production en temps réel.

Picto avantage
Avantages
  • Garanti 25 ans
  • Pas de limite de puissance
  • Sécurité accrue en cas d'incendie et d'intervention incendie
  • Fortement recommandé si vous voulez superviser votre installation et détecter toute défaillance (ombrage, déjection d’oiseaux, poussière, etc.)

Inconvénients : le dispositif est relativement fragile et sensible aux conditions climatiques. Une installation photovoltaïque nécessite plusieurs appareils, l’investissement est donc élévé. La production d’éléctricité reste cependant optimale en cas de défaillance d’un ou plusieurs panneaux.

Voilà, les panneaux photovoltaïques et leur fonctionnement n’ont désormais plus de secret pour vous ! Reste désormais à peaufiner votre projet et à envisager des travaux chez vous pour installer des panneaux photovoltaïquessur votre toit afin de bénéficier de tous les bienfaits de l’autoconsommation.

Il est important de faire les bons choix et d’être bien accompagné afin que votre installation photovoltaïque puisse répondre au mieux à tous vos besoins. Choix des équipements, quantité de panneaux solaires, inclinaison et orientation, calcul de la rentabilité, sont autant d’éléments pour lesquels un professionnel peut vous accompagner et vous conseiller pour que votre projet se déroule dans les meilleures conditions. Il est également fortement recommandé de faire appel à un artisan qualifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) ce qui permet d’être éligible à certaines aides de l’état pour réduire le coût des travaux.

Pour une solution toujours plus simple et efficace, vous pouvez prendre rendez-vous avec un expert TUCOENERGIE pour une étude énergétique à distance, gratuite et sans engagement.

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