Tout ce que vous devez savoir sur le fonctionnement des panneaux solaires

Que ce soit dans les grands parcs solaires ou les petites installations chez les particuliers, la côte du panneau solaire ne cesse de grimper. Ils ne sont plus nombreux ces ménages qui se privent du bonheur de pouvoir produire à domicile leur propre énergie. Une énergie verte, dont la source est inépuisable et gratuite. Au cœur de ce système électrique innovant, on retrouve le panneau solaire qui capte les rayons solaires pour nous éclairer.

C’est par l’effet photovoltaïque que les panneaux solaires permettent de passer du soleil à la lumière. Celui-ci implique la mise en mouvement des cellules en silicium du module sous l’action des rayons de soleil. Pour mieux comprendre ce processus, rappelons la composition du panneau, l’action de chacune de ses composantes, et celle des accessoires qui accompagnent le panneau.

Petits rappels sur la composition du panneau solaire et ses formes

La composition d’un panneau solaire

Par panneau solaire, on entend un module qui se sert de la lumière du soleil pour générer de l’énergie électrique ou de la chaleur. Avant de comprendre comment fonctionne cet appareil, il est important de connaître sa composition. Peu importe leur taille ou leur nature, les panneaux solaires sont constitués comme suit :

• Une couche de verre qui assure la protection de la surface du panneau de la saleté et des chocs extérieurs. Elle peut être traitée anti-reflets pour lui assurer une plus grande efficacité ;
• Deux couches d’encapsulant en éthylène-acétate de vinyle (EVA) entourant la matrice cellulaire. Elles isolent les cellules de l’humidité et des infiltrations d’eau de pluie tout en laissant passer la lumière nécessaire au processus photovoltaïque ;
• Un cadre en aluminium ;
• Des connexions en cuivre et/ou en argent ;
• Et surtout, des cellules de silicium.

Ces dernières (cellules photovoltaïques au silicium) sont au cœur du panneau solaire. Une cellule de silicium est un composant semi-conducteur émettant des électrons au contact de la lumière. Incontournable dans le système solaire, c’est cet élément qui capte la lumière du soleil et la transforme en électricité grâce à l’effet photovoltaïque.

Le silicium qui la constitue est une matière issue du chauffage à très haute température (autour de 3 000° C) du sable ou du quartz. La matière est cuite en vue de sa transformation en lingot, lequel sera découpé en fines tranches. Ce sont ces fines tranches qui servent à fabriquer le contenu de la face avant du panneau photovoltaïque et déterminent le rendement du capteur et produisent l’électricité.

Les différents types de panneau solaire

Il existe plusieurs types de panneaux solaires. Les plus connus sont le panneau photovoltaïque et le panneau thermique. A quelques exceptions près, leur fonctionnement est semblable.

Le panneau solaire photovoltaïque est celui qui assure la production électrique et permet l’alimentation des appareils électriques au quotidien. Le panneau solaire thermique quant à lui ne produit pas d’électricité, mais génère de la chaleur (eau chaude sanitaire, chauffage à eau) grâce à l’énergie solaire. Ses cellules transforment l’énergie solaire en chaleur.

À côté de ces deux types principaux de panneaux, on retrouve le panneau hybride qui produit à la fois de l’électricité et de l’eau chaude grâce à ses deux faces.

Description détaillée du fonctionnement concret du panneau solaire

Pour mieux comprendre comment le panneau solaire fonctionne pour produire l’électricité, revenons sur ses cellules avant de décrire le phénomène photovoltaïque.

Les cellules du panneau solaire

Les panneaux solaires sont constitués de cellules de deux types. Certains sont des polycristallins et des monocristallins. La distinction se situe au niveau de la récolte des cristaux de silicium dans les lingots ou les plaquettes, de leur développement et de leur formation. À l’apparence, ils sont d’aspect et de couleur différents. Mais les deux types de cellules sont efficaces pour produire de l’électricité solaire.

Elles génèrent un courant continu qui circule dans une direction constante. N’étant pas facilement utilisable pour les demandes électriques standards, il faut qu’il soit traduit en courant alternatif (AC) pour pouvoir être utilisé.

L’effet photovoltaïque, le mouvement des atomes et la production de l’énergie

Le fonctionnement du panneau solaire obéit globalement à l’effet photovoltaïque. Découvert en 1839 par le physicien français Alexandre Edmond-Becquerel, cet effet décrit comment les photons présents dans la lumière peuvent être absorbés par les matériaux semi-conducteurs et générer la tension électrique.

Le matériau semi-conducteur en l’espèce, c’est la cellule de silicium. Lorsqu’on l’expose à la lumière, ses électrons s’activent et bougent dans tous les sens. Pour produire du courant continu, on lui ajoute des atomes spécifiques de phosphore et de bore qui vont les guider. C’est pour cela que des atomes de phosphore sont ajoutés sur la couche supérieure du panneau solaire tandis que sur la couche inférieure ce sont des atomes de bore qui sont rajoutés au silicium.

Le phosphore étant un atome chargé de beaucoup plus d’électrons que le silicium, un surplus d’électrons se crée. À l’inverse, le bore qui est un atome en déficit d’électrons va être placé sur la couche inférieure du silicium.

On parvient ainsi à une sorte de schéma des piles électriques dotées de deux bornes (une positive et une autre négative). La borne positive est représentée par la couche inférieure, contenant le bore, tandis que la borne négative, est représentée par la couche supérieure du module, chargée de phosphore. La présence des deux bornes participe à assurer la circulation des électrons dans le bon sens en vue de créer le courant électrique. Pour faire simple, le panneau solaire se comporte comme une grosse pile inépuisable qui fonctionne grâce à la lumière du soleil avec ses deux couches chargées électriquement négativement et positivement.

Les spécialistes recommandent une orientation plein sud pour les différentes cellules du panneau pour qu’elles captent le maximum d’énergie solaire. Autre chose à rappeler, relativement au rendement, seulement 20% des photons sont transformés en électricité. Le reste devient de la chaleur, c’est pour ça qu’on dit qu’un capteur solaire peut avoir un rendement de 20%.

Zoom sur l’action des accessoires qui accompagnent le panneau dans la production de l’électricité

Après que le panneau solaire a capté l’énergie solaire, il la transforme en courant continu. Celui-ci doit encore être converti en courant alternatif (AC) pour pouvoir être utilisé pour des appareils électriques standard. C’est à ce niveau qu’interviennent donc les autres éléments du dispositif photovoltaïque.

Le fonctionnement de l’onduleur ou du micro-onduleur

L’onduleur ou convertisseur solaire est la pièce qui intervient après le panneau. Une fois qu’il a capté et transformé la lumière du soleil en courant continu, l’onduleur le transforme en courant alternatif de 220V. L’onduleur est un boîtier métallique doté d’un radiateur et d’un ventilateur. Il est installé le plus près possible des panneaux solaires pour les gérer et limiter les pertes d’énergie dans une station photovoltaïque.

Le rôle du compteur

L’autre pièce essentielle au fonctionnement du panneau solaire, c’est le compteur. En fonction de la destination de l’énergie produite, deux types de compteurs sont utilisés. Le compteur de production mesure la quantité de courant injectée dans le réseau et celle consommée depuis le réseau électrique. Il est indiqué en autoconsommation.

Le compteur de « non-consommation » quant à lui est indiqué en cas de vente totale de la production. Il relève l’énergie injectée sur le réseau et sert à vérifier que l’installation photovoltaïque ne consomme pas de courant.

Le rôle des batteries solaires

Voici le dernier élément incontournable dans une installation solaire. La batterie solaire est un dispositif de stockage virtuel ou physique de l’énergie solaire. La batterie physique classique est composée d’accumulateurs électrochimiques réversibles. Elle se place entre les panneaux et l’onduleur pour recueillir et stocker le courant continu issu directement des panneaux.