Les panneaux solaires : tout savoir

Quand on parle de panneaux solaires, tout le monde a une image, bien souvent celle de plaques bleuâtres sur un toit. En revanche, comment ces derniers sont-ils conçus, comment ils fonctionnent et en quoi la pose d’un panneau solaire chez soi est-elle intéressante ? Faisons le point.

Composition d'un panneau solaire

Avant d’entrer dans les détails, faisons un petit récapitulatif sur ce qu’est un panneau solaire. Il s’agit d’un dispositif qui, grâce au rayonnement du soleil, génère de la chaleur ou de l’électricité. Plusieurs types de panneaux solaires existent.

• Panneaux photovoltaïques
  • Ils sont les plus répandus, et permettent de produire de l’électricité en courant continu.
• Panneaux thermiques
  • Les panneaux solaires thermiques quant à eux recueillent la chaleur émise par le soleil, et grâce à un liquide caloporteur, vont chauffer l’eau de votre foyer, qu’elle soit sanitaire ou pour le chauffage.
• Panneaux hybrides
  • Comme leur nom l’indique, ils sont le croisement de deux technologies, et ces panneaux allient donc le photovoltaïque et le thermique.

Les cellules photovoltaïques

Le rayonnement solaire vient frapper la cellule photovoltaïque, ce qui agite des photons. Ces derniers viennent alors choquer une couche de semi-conducteurs qui va transmettre cette énergie aux électrons. Ces mêmes électrons vont alors créer une tension, la tension électrique.

Les matériaux semi-conducteurs

Ils se divisent ici en plusieurs couches de silicium. Une première que l’on appelle “n”, dopée en atomes riches en électrons (souvent le phosphore), et une couche “p” (souvent enrichie en bore), qui elle est moins riche en électrons que le silicium. Emprisonnée entre ses couches dites de silicium amorphe, nous avons une couche de silicium cristallin. Le tout provoque un champ électrique qui conduit les électrons et la tension qu’ils génèrent vers une zone de collecte d’énergie.

La conversion de l'énergie solaire en électricité

Le panneau solaire, d’abord par les cellules photovoltaïques puis par le passage des photons dans les semi-conducteurs, finalise la transformation de l’énergie en tension, en courant continu.

Par la suite, un onduleur se charge de convertir ce courant continu en courant alternatif pour que ce dernier soit adapté à votre installation électrique.

Plusieurs possibilités existent : un seul et unique onduleur central, qu’il faudra installer dans un endroit frais de préférence, ou des micro-onduleurs qui seront tous reliés entre eux.

En effet, le choix de votre installation solaire va être fait en fonction de votre terrain, de votre région, de la taille de la zone que vous allez y dédier, etc. Voyons ensemble les principales caractéristiques.

La puissance

Pour bien choisir la puissance de son installation solaire, il faut tout d’abord estimer sa consommation. Pour ce faire, il suffit de multiplier la puissance de chacun de vos appareils (en watt) par la durée d’utilisation que vous en faites afin d’obtenir une consommation en watt heure.

De fait, il vous faudra ensuite réaliser l’opération pour chaque appareil de votre intérieur, comme la télévision, le lave-linge, le micro-ondes, etc., et additionner le tout.

La production du panneau quant à elle s’exprime en Wc (watt crête). Celle-ci est théorique et indique la puissance de production maximale, soit sous un ensoleillement au plus haut. Cette puissance ne sera donc pas forcément atteinte en hiver ou lors d'intempéries, mais elle est un bon indicateur pour savoir combien de panneaux il vous faut installer pour tendre le plus vers l’autoconsommation.

Choisir son kit d’installation

Un kit solaire permet d’aller vers une autoconsommation totale ou partielle. Comme son nom l’indique, l’autoconsommation veut dire que vous produisez tout ou partie de votre consommation d’électricité. Cette solution implique d’être raccordé au réseau public, ce qui vous permet notamment de contrebalancer le manque potentiel de production solaire.

Calculer avec soin votre consommation sera alors une obligation et vous permettra de choisir au mieux la puissance de votre kit.

Quand vous installez un système d’autoconsommation, en cas de production excédentaire, deux solutions sont possibles : 

• en partielle, vous consommez une partie de la production et le surplus est revendu à un fournisseur, souvent EDF OA (obligation d’achat) ;
• en totale, vous consommez l’intégralité de votre production et le surplus, s’il y en a, est réinjecté gratuitement sur le réseau.

 Choisir son onduleur thermique

Le choix de l’onduleur va se faire en fonction de la liste de vos appareils. Il faut porter une attention particulière sur trois critères élémentaires : 

La tension d’entrée et de sortie : la première étant la puissance maximale admise par les panneaux solaires, et la deuxième correspond à la tension du réseau public, comprise entre 225 et 400 volts.

Le rendement, qui est exprimé en pourcentage. Plus ce dernier est élevé, plus les pertes potentielles d’énergie seront réduites.

La forme de signal, qui peut être de pur sinus ou de quasi-sinus. Pour une meilleure compatibilité avec votre installation électrique et avec vos différents appareils, préférez le signal pur sinus, qui est plus fluide et plus régulier, plus adapté aux appareils sensibles.

En plus de permettre de faire des économies sur la facture d'énergie, les panneaux solaires permettent surtout de faire un pas en avant vers la préservation de l’environnement. En effet, en ces temps de changement climatique, l’utilisation de l’énergie solaire pour produire son électricité n’est pas anodine, faisons le point.

L'énergie renouvelable et propre

Contrairement aux énergies fossiles, l'énergie solaire offre une alternative durable, et allant dans le sens de l’environnement, notamment par la réduction de l’empreinte carbone de la production d’électricité.

En effet, la lumière du soleil est une source d’énergie renouvelable, et la production d’électricité qui en découle est propre, sans émission de gaz à effet de serre, ce qui est un point clé de la transition énergétique.

La durée de vie des panneaux solaires

En plus de produire une énergie propre, les panneaux solaires ont une durée de vie non négligeable, allant au-delà des trente ans. Outre un nettoyage occasionnel, mais régulier pour conserver un rendement maximal, ils ne demandent pas d’entretien particulier et vous promettent, de fait, un investissement rentable sur le long terme.

Indépendance énergétique et économies

Il va de soi qu’en produisant tout ou partie de votre consommation d’électricité, vous vous éloignez de la dépendance des sources d’énergie traditionnelles, celles imposées par le marché, ainsi que de la fluctuation de leurs prix, puisque vous prélevez moins d’énergie sur le réseau public. Si votre investissement de départ représente un coût, la rentabilité des panneaux solaires vous permet néanmoins de faire baisser vos factures d’énergie. De plus, une installation de panneaux solaires s’accompagne bien souvent d’aides ou de primes dédiées, accordées par l’État, ce qui peut réduire considérablement le coût initial de cette dernière.

Pour rappel, il est bon de savoir que si vous ne consommez pas l’intégralité de votre production en autoconsommation, vous pouvez revendre le surplus.

Quelques limites viennent encore entacher les panneaux solaires, limites qui sont sur le point de se réduire, que ce soit sur la conception même avec les avancées technologiques comme sur le prix.

L'impact environnemental de la production

Il est vrai que si la production des panneaux solaires est propre, sa fabrication est énergivore, et la question de l’impact écologique de cette dernière engendre des questionnements. En effet, la transformation du quartz en silicium demande une grosse quantité d’énergie, et cette dernière est bien souvent issue des énergies fossiles.

Enfin, la fabrication majoritairement effectuée en Chine implique le transport des panneaux solaires. Ce dernier, effectué par bateaux, peut représenter une empreinte carbone qui semble être importante.

Cependant, plusieurs choses doivent être prises en compte : 

• Le transport des panneaux solaires se fait en masse. Ramené à la pièce, chaque panneau laisse une empreinte carbone finalement minime ; 
• La durée de vie des panneaux solaires est assez importante pour rentabiliser l’énergie consommée pour sa production. En effet, sa dette s’affaiblit largement dans les premières années d’utilisation.

L'intermittence et le stockage de l'énergie

Si pour les énergies telles que l'hydraulique ou la géothermie, le flux reste assez constant, il en est tout autre pour l’éolien et le solaire. En effet, s’il n’y a pas de vent ou qu’il survient des nappes nuageuses, la production diminue, voire cesse complètement. Le solaire a donc cette problématique d’intermittence. En fonction de la météo ou encore de l’heure, car il ne produira pas la nuit, des systèmes de stockage viennent soutenir les panneaux solaires.

Bien souvent, il s’agit de batteries : ces dernières emmagasinent l’énergie produite pour la libérer en période de baisse d’ensoleillement, ce qui permet tout simplement de lisser la production afin que vous n’ayez pas de manque lors d’une consommation réalisée dans ces périodes.

Les solutions de stockage actuelles

Il faut savoir que l’électricité en elle-même ne peut pas, aujourd’hui en tout cas, être stockée. De fait, pour stocker l’énergie, le courant électrique est transformé. Plusieurs techniques sont actuellement utilisées pour le stockage de l'énergie verte, mais elles restent perfectibles. Avec l’augmentation de la part de renouvelable dans le mix énergétique, une part de ses solutions de stockage ont été mise en place pour les installations solaires des particuliers, notamment sous forme de batteries, ce qui leur permet de consommer leur production plus tard, en cas de demande lors d’un épisode de production faible.

Pour ce faire, des batteries solaires existent et sont compatibles avec une installation de panneaux solaires. Cela peut être intéressant et comporte donc de nombreux avantages pour vous soutenir dans la consommation de votre production.

5 types de batteries vous sont alors proposés : 

• des batteries au lithium-ion, certainement les plus communes ; 
• au plomb-acide ouvertes ;
• au gel ;
• les batteries thermiques ;
• les batteries AGM.

Les panneaux solaires, voués à s’améliorer chaque fois un peu plus pour un développement efficace, sont la cible de recherches et de technologies de pointe pour que leur rendement soit maximisé. Le but est tout simplement de rendre les panneaux solaires plus durables, plus efficaces et plus accessibles aux consommateurs, de plus en plus nombreux à vouloir l’indépendance énergétique. 

Par exemple, les cellules photovoltaïques de pérovskite, élaborées par Olga Malinkiewicz, une physicienne polonaise.

La technologie au service des panneaux solaires

Plusieurs technologies sont à l’étude pour rendre les panneaux solaires plus efficaces, c’est ce qu’on appelle les panneaux à haut rendement.

• Les cellules à pérovskite, un matériau organométallique, ont une absorption de la lumière bien plus puissante que les cellules de silicium.
• Des cellules multi-jonctions qui, comme leur nom l’indique, ont des semi-conducteurs en multi-couches dont chacune a une absorption propre à une partie du spectre de lumière. Ces cellules permettent notamment une meilleure conversion de cette lumière en électricité.
• Des panneaux bifaciaux qui permettent de capter la lumière directe, mais aussi la lumière réfléchie, que ce soit par le sol, les murs ou toute autre surface environnante, telle que la neige par exemple.
• On prévoit aussi des panneaux solaires intégrés aux bâtiments, ce qui permet de remplacer certains éléments de construction par du photovoltaïque

La recharge solaire pour les voitures ou les équipements portables

La volonté d’électrification du parc automobile se fait de plus en plus présente et pressante. En revanche, la transformation demande une production d’électricité grandissante, et c’est un défi fondamental. La recharge de batteries des véhicules électriques promet une prise de décision décisive pour la mise en place d’installation solaire pour l’effectuer.

Des infrastructures de recharge sont donc prévues pour profiter de la correspondance entre le stationnement du véhicule et l’ensoleillement du parking où ce dernier se trouve. Cela permet de répondre à la demande sans impacter le réseau. Chez vous, votre installation solaire pourrait être reliée à une borne de recharge pour que cette dernière distribue de l’électricité à la batterie de votre voiture.

En ce qui concerne les équipements portables tels qu’une tablette, un ordinateur ou un téléphone, il existe des solutions de chargeurs solaires portatifs. Il s'agit alors d’un panneau photovoltaïque équipé d’une batterie qui récupère l’énergie produite et il peut la restituer par le biais d’un port USB. Vous pouvez, par ce dernier, charger votre appareil en toute sécurité.