Le fonctionnement d’un panneau solaire

Si vous êtes ici c’est que vous avez peut-être songé à installer des panneaux solaires. Mais avant de passer le cap vous avez sûrement envie de savoir comment ça fonctionne.

Ou alors vous êtes tout simplement curieux(se) de comprendre le fonctionnement des capteurs solaires. Dans les deux cas, vous êtes au bon endroit.

À la fin de votre lecture vous allez maîtriser tous ces points :

  • Comment un capteur solaire photovoltaïque produit de l’électricité
  • Quels sont les différents types de panneaux solaires et comment ils fonctionnent
  • Qu’est-ce que le rendement énergétique d’un panneau photovoltaïque
  • Comment calculer la puissance dont vous avez besoin

On commence tout de suite avec le plus important : comment fonctionne un panneau photovoltaïque ?

Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Nous allons faire un peu de chimie ensemble. Pour celles et ceux qui n’ont aucune notion, pas d’inquiétude vous allez voir que c’est plutôt simple.

Notre panneau solaire est recouvert de silicium (c’est un élément que l’on retrouve dans le sable). Ce silicium est constitué d’atomes, un atome c’est une toute petite particule avec un noyau et des électrons.

Pour qu’un courant électrique soit créé il faut faire circuler nos électrons. Ici, si on ne possède que du silicium et ce n’est pas suffisant. Si on expose les électrons à la lumière du soleil, ils s’agitent dans tous les sens mais on ne peut pas vraiment dire qu’ils “circulent“.

Pour les faire circuler on a donc besoin de les guider. C’est là qu’interviennent deux autres atomes.

Le phosphore

Le phosphore est un atome qui possède beaucoup beaucoup d’électrons. En fait, il en contient plus que le silicium ce qui fait donc un surplus d’électrons. On le place sur la couche supérieure du silicium.

Le Bore

Vous l’avez peut-être deviné, cette fois cet atome est en déficit d’électrons. Lui, on le place sur la couche inférieure du silicium.

On se retrouve avec le même principe que pour les piles électriques avec une borne positive et une borne négative. Ici notre borne négative c’est la couche supérieure qui contient du phosphore et la borne positive la couche inférieure qui contient le bore.

Avec ces deux bornes on arrive à faire circuler dans le bon sens les électrons, c’est comme ça qu’on obtient du courant électrique.

Votre capteur n’est donc rien de plus qu’une grosse pile inépuisable qui fonctionne grâce à la lumière du soleil.

Ah oui j’oubliais le rôle du soleil dans tout ça, on y vient.

Comment les panneaux solaires produisent de l’électricité ?

On le sait tous, il faut du soleil pour produire de l’électricité photovoltaïque.

Dans les rayons du soleil on trouve des photons, ce sont eux qui viennent frapper la surface des panneaux solaires. C’est à ce moment précis que les électrons du silicium se mettent à circuler entre les deux couches.

C’est ce qu’on appelle l’effet photo-électrique. Pour votre culture personnelle, c’est Antoine Becquerel qui est à l’origine de cette découverte.

J’ai simplifié au maximum mes explications. Si c’est un peu flou pour vous, vous pouvez me laisser un commentaire (c’est tout en bas de cette page).

L'électricité photovoltaïque est produite grâce aux rayons du soleil.
L’électricité photovoltaïque est produite grâce aux rayons du soleil.

Comment fabrique-t-on un panneau solaire ?

On sait maintenant que l’effet photo-électrique est possible grâce au silicium. Je vous propose de faire un petit détour pour parler de la fabrication d’un panneau solaire.

Il faut savoir que le silicium, on l’obtient en faisant chauffer à très haute température (3 000° C) du sable ou du quartz. Une fois qu’on a notre silicium il faut le faire cuire pour le transformer en lingot. Ce lingot on le découpe ensuite en fines tranches.

C’est cette fine tranche que l’on retrouve sur la face avant des panneaux photovoltaïques. C’est aussi elle qui va définir (en grande partie) le rendement du capteur.

Une petite chose que je ne vous ai pas dite, concernant le 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%.

On regarde ça de plus près.

Qu’est-ce que le rendement énergétique d’un panneau photovoltaïque ?

On l’a vu juste au-dessus un capteur solaire n’est pas capable de transformer toute la lumière qu’il reçoit en électricité. Avec les modules solaires qui se vendent sur le marché on peut dire que le rendement d’un panneau se situe entre 17 et 21 %.

Le rendement photovoltaïque d’un capteur dépend de plusieurs facteurs. Comme ça n’a pas vraiment de lien direct avec le fonctionnement je ne vais pas en parler ici.

Si vous voulez en savoir plus, je vous ai mis l’essentiel dans un petit contenu téléchargeable. Vous pouvez cliquer ici pour le récupérer gratuitement (c’est cadeau).

Par contre ce qu’il faut savoir c’est que le rendement dépend de la cellule photovoltaïque.

Cellule photovoltaïque : Qu’est-ce que c’est ?

La cellule photovoltaïque c’est le composant électronique qui produit l’électricité. La plupart des cellules solaires sont composées de silicium. C’est un élément qu’on retrouve dans le sable ou dans le quartz (c’est un matériau très abondant).

Quand on utilise le silicium on peut fabriquer deux types de cellules, la monocristalline et la polycristalline. La différence c’est qu’elles n’ont pas le même rendement.

La monocristalline n’est composée que d’un seul cristal de silicium, la polycristalline de plusieurs cristaux. C’est la monocristalline qui transforme le plus de lumière en électricité solaire.

Il faut savoir que seul les panneaux qui produisent de l’électricité sont recouverts de cellules solaires. Il faut bien distinguer les différents capteurs solaires, ils ne fonctionnent pas tous de la même façon.


Quelle est la différence entre un panneau solaire et un panneau photovoltaïque ?

La différence c’est qu’un capteur photovoltaïque créé de l’électricité alors qu’un panneau solaire peut produire de la chaleur. On parle alors de capteur thermique ou hybride.

On regarde tout de suite le fonctionnement des différents types de panneaux solaires.

Quels sont les différents types de panneaux solaires ?

Il y en a trois :

  • Le photovoltaïque (que nous avons déjà analysé)
  • L’hybride
  • Le thermique

Je vous propose d’étudier leur fonctionnement, comme ça vous serez incollable sur tous les panneaux solaires.

Le fonctionnement du panneau solaire hybride

Tout est dans le nom, ce type de module produit deux sources d’énergie différentes (thermique et photovoltaïque).

En fait c’est le même principe de fonctionnement qu’un panneau photovoltaïque. C’est juste qu’on récupère la chaleur qui est produite naturellement.

Du coup la face supérieure est recouverte de cellules photovoltaïques, et sous le capteur on installe un circuit hydraulique qui récupère la chaleur. C’est tout simple, de l’eau froide circule sous le panneau.

Votre eau sanitaire est donc préalablement chauffée par vos capteurs. Ça peut aussi servir à alimenter un plancher chauffant ou des radiateurs à eau.

Avec ce type d’installation on fait plus d’économies parce qu’on s’attaque à deux postes de dépenses énergétiques. En plus, le capteur fonctionne mieux quand il est refroidi.

Si ça vous intéresse vous pouvez faire une simulation. Ça permet de connaître le montant des économies que vous feriez avec ce type de panneaux solaires.

Il suffit de nous téléphoner en cliquant juste ici, l’étude de rentabilité est bien sûr gratuite.

Il nous reste le capteur solaire thermique à voir ensemble.

Le fonctionnement du panneau solaire thermique

Une fois qu’on a compris le fonctionnement du panneau photovoltaïque et hybride c’est très simple. Le capteur solaire thermique fonctionne comme un module solaire hybride sauf qu’on enlève la partie photovoltaïque.

Ici, bien souvent, ce sont des capteurs constitués de tubes noirs. Comme les tubes sont sombres ils captent mieux la chaleur émise par le soleil.

Un fluide caloporteur circule dans ces tubes pour emmagasiner la chaleur. Ensuite il transfère sa chaleur au ballon de stockage. Avec ce type d’installation vous pouvez donc faire chauffer de l’eau et alimenter vos radiateurs (si ceux-ci sont des radiateurs à eau).

On récapitule avant d’aller plus loin. On sait maintenant comment l’électricité est produite. On sait aussi que l’on peut installer un chauffage écologique grâce aux capteurs solaires thermiques.

Maintenant j’aimerais que l’on voie plus précisément comment fonctionne une installation photovoltaïque dans son ensemble.

Le fonctionnement d’une installation photovoltaïque

Vous êtes calé(e) sur la production d’électricité et de chaleur solaire. Pour ce qui est de la solution de chauffage on peut s’arrêter là (même s’il existe plein de capteurs différents).

Par contre pour l’électricité photovoltaïque les panneaux solaires à eux seuls ne suffisent pas pour alimenter votre maison. Je vous explique pourquoi. Le courant qui sort de vos modules est un courant continu et dans une maison on utilise du courant alternatif.

Il faut donc transformer le courant qui vient de vos panneaux. C’est le rôle de l’onduleur.

Le courant est acheminé vers l’onduleur, quand il passe à l’intérieur il est transformé en courant alternatif. À ce moment-là vous pouvez utiliser l’énergie que vous avez produite.

Après, bien sûr, il existe beaucoup d’autres éléments qui vont vous servir à mieux consommer l’énergie (batterie, système de monitoring, suivi de production…). Mais là encore ce n’est pas le sujet.

Je vous ai quand même répertorié mes astuces pour consommer le plus d’énergie possible solaire (et donc faire beaucoup d’économie). Vous pouvez cliquer ici pour télécharger mon document.

Voilà donc l’essentiel pour produire et utiliser de l’électricité photovoltaïque :

  • des panneaux solaires photovoltaïques
  • du soleil (donc une bonne orientation pour vos panneaux)
  • un onduleur solaire

Il faut savoir que l’utilisation de cette énergie ne se fait pas de la même façon pour tout le monde. Il y a trois installations différentes :

  • L’autoconsommation totale
  • L’autoconsommation partielle
  • La revente totale

On regarde de plus près comment fonctionnent chacune de ces trois configurations.

Une installation photovoltaïque fonctionne grâce à un onduleur.
Un onduleur permet de faire fonctionner une installation photovoltaïque.

Comment fonctionne une installation en autoconsommation totale ?

L’autoconsommation totale, comme son nom l’indique, c’est quand on consomme toute l’énergie qu’on produit. C’est assez compliqué à réaliser.

Il faut bien se dire que les pics de production ont lieu en pleine journée. Ça implique d’être très rigoureux et de faire fonctionner tous ces appareils entre midi et 15h.

Mais on peut toujours installer des batteries solaires, comme ça, l’énergie qui n’est pas utilisée n’est pas perdue. C’est une solution qui entraîne un léger surcoût, une centrale solaire équipée de batterie, c’est plus cher.

Comment fonctionne une installation en autoconsommation partielle ?

Ici c’est le même principe que l’autoconsommation totale. La différence c’est que le courant que vous ne consommez pas vous la vendez à EDF. Ça veut dire que votre installation est reliée au réseau public (c’est qu’on appelle le raccordement).

Ce qui n’est pas obligatoirement le cas avec l’autoconsommation totale. Pour que vous compreniez bien, l’autoconsommation totale est souvent utilisée sur les sites isolés qui n’ont pas accès au réseau EDF.

Ici vous devez aussi utiliser vos appareils énergivores la journée. La simple différence c’est que vous êtes sûre de ne jamais gâcher d’électricité même sans solution de stockage.

Comment fonctionne une installation en vente totale ?

Cette fois-ci vous n’utilisez pas le courant chez vous. Il est directement acheté par votre fournisseur (bien souvent c’est EDF). Dans ce cas c’est exactement le même principe que l’autoconsommation partielle.

Ce qui change c’est que vous ne vendez pas juste le surplus mais toute la production.

Si je devais vous conseiller un mode de consommation, j’opterais pour l’autoconsommation partielle. C’est celle qui vous fera faire le plus d’économie. Vous consommez beaucoup moins d’électricité publique et vous avez un revenu supplémentaire avec la vente de surplus. C’est tout bénéf.

Pour ce qui est du fonctionnement on a vu le plus important. Maintenant, pour que vous ayez une vision plus globale, il faut qu’on parle de la puissance.

Puissance photovoltaïque : Comment ça marche ?

Bonne nouvelle : si vous êtes arrivé(e) jusqu’ici vous avez les bases pour ce chapitre. Il faut juste qu’on se mette au point sur les unités de mesure, je vous fais un rapide rappel.

Wc, kWc, kWh : comment s’y retrouver ?

On commence par le plus simple : le watt. C’est l’unité de mesure pour la puissance énergétique. En gros, si vous avez un micro-onde de 800 watts, ça veut dire qu’il va consommer 800 watts sur le réseau électrique pour fonctionner.

Jusque-là rien de bien compliqué. Passons au watt crête (Wc) c’est la même chose, on rajoute “crête” pour dire que c’est la puissance maximale.

Par exemple, si un capteur solaire indique 310 Wc, ça veut dire que dans des conditions optimales il pourrait produire 310 watts. Mais ça ne veut pas forcément dire qu’il va tout le temps produire 310 watts.

Dans le milieu photovoltaïque on utilise aussi le kilowattheure (kWh). Eh bien 1 kWh, c’est tout simplement 1000 kWc. Pour le dire simplement, le kWh c’est la quantité d’électricité consommée sur une heure.

Pour le kilowatt crête (kWc) c’est tout simplement une conversion de Wc en kWc, par exemple 3 000 Wc = 3 kWc.

Comment on mesure la puissance d’une installation photovoltaïque ?

Une fois qu’on manie bien les unités de mesures c’est super simple. Il suffit de regarder sa consommation de kWh à l’année. Une fois que vous avez cette donnée vous pouvez facilement mettre une puissance en face.

Pour vous donner un exemple concret, avec une installation de 3 kWc sur la côte ouest (avec une exposition sud) on peut produire 3 766 kWh. Avec la même puissance dans le Nord est, près du Luxembourg, on peut produire 2 934 kWh.

Je tiens à le préciser tout de suite, sans exposition plein sud une installation solaire reste tout à fait rentable. Après si vous voulez à tout prix une exposition sud, sans avoir de toit exposé sud il existe des solutions. Je les ai répertoriées dans un pdf, vous pouvez le lire en cliquant ici.

Bravo, à partir d’ici on peut dire que vous maîtrisez bien le sujet. Maintenant vous savez comment fonctionnent toutes les sortes de panneaux solaires.

Je vous propose de regarder en vitesse, les petits plus que vous apporte l’énergie solaire.

Pourquoi installer des panneaux solaires ?

On ne va pas se le cacher, la raison principale c’est quand même pour faire des économies.

En fait, dès lors que vous avez amorti votre investissement votre électricité est totalement gratuite.

Du coup une bonne partie de votre consommation ne vous coûte plus un sou. C’est super pratique parce que le prix de l’électricité publique augmente tous les ans. Vous serez donc protégé(e) de ces augmentations et votre installation sera de plus en plus rentable.

Il y a aussi l’aspect écologique. Aujourd’hui on peut affirmer qu’un panneau rembourse sa dette énergétique en moins de 5 ans. Après 5 années votre installation ne produit plus que de l’électricité décarbonée.

Fonctionnement panneau solaire : Ce qu’il faut retenir

Vous êtes arrivé(e) à la fin de ce guide. Si j’ai bien fait mon travail vous devez avoir compris comment un module solaire crée de l’énergie.

Pour l’électricité photovoltaïque :

  1. Il faut que les cellules de silicium soient en contact avec les photons du soleil
  2. Une fois que le courant continu est créé il faut qu’il passe dans un onduleur
  3. Une fois que le courant est alternatif on peut alimenter nos appareils électriques

Pour le chauffage solaire :

  1. Le soleil réchauffe le fluide caloporteur
  2. Une fois que le fluide est chaud il transmet ses calories à un ballon de stockage
  3. L’eau à l’intérieur du ballon profite des calories

Si toutes ces explications vous ont donné envie de passer à l’énergie solaire, on peut vous aider. Le mieux c’est de commencer par faire une étude de rentabilité c’est le point de départ. Pour ça vous pouvez nous appeler, c’est juste le temps d’un coup de fil et c’est gratuit.

Si vous êtes partant(e) il faut cliquer ici.

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