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Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Panneaux solaires : comment ça marche ?

Les panneaux solaires sont de plus en plus populaires. Que ce soit pour mieux maîtriser ses dépenses énergétiques ou privilégier les énergies renouvelables, nous sommes de plus en plus nombreux à produire notre propre électricité. Les panneaux solaires, ou photovoltaïques, peuvent répondre à de multiples besoins, pour les particuliers comme les professionnels. L’installation d’un panneau solaire peut être discrète et rapide, et l’impact sur votre facture immédiat. En plus, grâce aux aides de l’État, la mise en place de l’autoconsommation est de plus en plus accessible ! Mais avant de produire sa propre énergie solaire, il faut avoir en tête quelques bases. Alors, comment fonctionnent les panneaux solaires ? Comment la chaleur du soleil est-elle convertie en électricité ? Quels sont les éléments d’un panneau photovoltaïque ? Quel rendement peut-on attendre pour un panneau solaire moyen ? Comment se passe l’installation d’un système d’autoconsommation ? Puis-je avoir des panneaux solaires dans des régions moins ensoleillées, comme le nord de la France ou la Bretagne ? Nos experts font le tour de la question.

Panneaux et énergies solaires : définition et fonctionnement

Lorsque l’on parle d’installation solaire, on désigne un système en trois parties :

  • un ou plusieurs panneaux solaires ; 
  • un onduleur ; 
  • et un compteur.

Panneaux solaires : définition 

Un panneau solaire, c’est un appareil qui utilise la lumière du soleil pour la convertir :

  • en énergie électrique ou électricité solaire : on parle alors de panneau solaire photovoltaïque ; 
  • ou en chaleur, notamment pour alimenter un chauffe-eau : on parle alors de panneau solaire thermique. 

Il est d’ailleurs possible d’associer ces deux technologies. 

Les panneaux solaires servent à capter la lumière du soleil et à la transformer en courant électrique continu. Lorsqu’ils sont plusieurs, les panneaux solaires sont installés en rangée et reliés entre eux, pour fonctionner ensemble avec le reste de l’installation photovoltaïque : l’onduleur et le compteur.

Le rôle de l’onduleur et du compteur

L’onduleur, le convertisseur solaire

Une fois que le panneau solaire a capté la lumière du soleil et l’a transformée en courant électrique continu, l’onduleur intervient. Il transforme ce courant continu en un courant électrique alternatif. L’objectif est de pouvoir transporter plus facilement l’énergie produite, notamment dans les lignes à moyenne tension du réseau. On peut alors acheminer l’électricité vers les habitations et les bâtiments. 

L’onduleur est un boîtier métallique équipé d’un radiateur et d’un ventilateur. On l’installe généralement le plus près possible des panneaux solaires pour limiter les pertes d’électricité. L’onduleur gère en général l’ensemble des panneaux solaires de votre installation photovoltaïque. Mais il est également possible d’utiliser des micro-onduleurs, propres à chaque panneau. Ces solutions sont notamment adaptées aux petites installations. Elles servent aussi à éviter que toute l’installation tombe en panne lorsqu’un seul panneau solaire dysfonctionne.

Le compteur d’une installation électrique

Chaque installation photovoltaïque compte deux types de compteurs :

  • un compteur de production, qui mesure la quantité de courant injectée dans le réseau. Il sert également à mesurer la quantité de courant consommée depuis le réseau électrique. Dans le cadre de l’autoconsommation, un seul compteur est utilisé et il compte l’électricité dans les deux sens : consommée depuis le réseau et injectée sur le réseau.
  • un compteur de “non consommation” si vous vendez la totalité de l’électricité que vous produisez. Ce compteur relève l’énergie injectée sur le réseau. Il vérifie notamment que votre installation photovoltaïque ne consomme pas de courant.

Comment fonctionne la batterie d’un panneau solaire ?

Pourquoi stocker l’énergie solaire ?

Par définition, votre production d’électricité photovoltaïque est liée à la lumière du soleil. C’est donc en journée que votre installation produira le plus d’énergie. Or, ce n’est pas nécessairement à ce moment-là que vous consommez de l’électricité. À moins de travailler de chez vous, vous consommez sans doute l’essentiel de votre électricité en soirée. Il y a donc souvent un décalage entre le moment de la production de l’électricité et sa consommation. C’est pour compenser ce décalage que des batteries peuvent être mises en place avec les installations photovoltaïques, pour utiliser quand vous le souhaitez l’électricité produite par vos panneaux solaires. 

Batterie d’un panneau solaire : comment ça marche ?  

La batterie est en général située entre le panneau solaire et l’onduleur. Dans ce cas, elle stocke donc le courant électrique continu, et se décharge dans l’onduleur en fonction de vos besoins pour produire un courant électrique alternatif.

Batterie solaire : comment la choisir ?

Nous vous recommandons de vérifier ces éléments avant de choisir votre batterie :

  • sa durée de vie, estimée en cycles (nombre de charges/décharges) ; 
  • sa capacité de stockage, estimée en en Watt-heure (Wh) ou en Ampère-heure (Ah) ;
  • le taux de décharge, pour savoir à quelle vitesse la batterie va se décharger. Cet élément est renseigné avec une codification C5, C10, C20… Le chiffre correspond au nombre d’heures prévu : une batterie C20 mettra 20 heures à se décharger ; 
  • votre équipement : certaines technologies de batteries sont particulièrement adaptées à certaines installations. C’est notamment le cas des batteries AC, qui sont compatibles avec des micro-onduleurs ; 
  • vos besoins énergétiques : si vous consommez très peu d’électricité au quotidien, vous n’aurez pas forcément besoin d’une batterie extrêmement performante.

Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?  

Nous avons vu le fonctionnement global d’une installation photovoltaïque, mais nous n’avons pas répondu à une question de base : comment la lumière du soleil peut-elle produire de l’électricité ? Le cœur de ce mécanisme est la cellule photovoltaïque. Une cellule photovoltaïque produit à elle seule assez peu d’énergie, mais chaque panneau solaire en compte plusieurs dizaines. 

Voici comment fonctionne une cellule photovoltaïque :

  • la lumière du soleil émet des “paquets d’énergie”, appelés photons ; 
  • lorsque la lumière touche une cellule, ces photons percutent un matériau semi-conducteur, le silicium ; 
  • ce choc “excite” les électrons, qui se déplacent au sein du conducteur métallique ; 
  • ce conducteur métallique ne permet aux électrons de se déplacer que dans un seul sens. Or, les électrons doivent revenir à leur place : pour ce faire, ils vont emprunter un circuit extérieur ; 
  • c’est ce déplacement via un circuit extérieur qui produit un courant électrique continu, que l’onduleur transformera plus tard en courant alternatif.

Rendement d’un panneau solaire : comment le calculer ?

Avant d’investir dans une installation photovoltaïque, vous pouvez estimer son rendement, et la rentabilité que vous pouvez espérer. Lorsque l’on parle de rendement, on parle de la quantité réelle d’électricité produite par l’installation par rapport à l’énergie solaire reçue par les panneaux. Le rendement de votre installation solaire se basera donc sur plusieurs critères :

Le rayonnement solaire

 Plus votre installation sera exposée au soleil, plus elle produira d’électricité. Cet élément peut être conditionné à plusieurs variables : 

  • l’ensoleillement de votre maison, notamment lié à son exposition ; 
  • les ombres et obstacles (arbres, bâtiments voisins…) qui peuvent “cacher” votre installation ; 
  • l’orientation et l’inclinaison de votre toiture si vous installez vos panneaux sur votre toit. 

Profitons-en pour répondre à une question souvent posée : “mes panneaux solaires fonctionnent-ils lorsqu’il y a un faible ensoleillement ?”. La réponse est oui ! Même si votre installation produira plus d’électricité en cas de beau temps, l’élément-clé est l’intensité lumineuse. Pas besoin donc de vivre dans une région dite “chaude” pour produire sa propre électricité.

Les capacités de rendement de vos panneaux solaires et de votre installation

Les fabricants de panneaux solaires donnent un rendement à titre indicatif. On l’estime en pourcentage. Un rendement de 20 % indique que le panneau pourra convertir 20 % de l’énergie reçue en électricité, lorsque les conditions sont optimales. 

Enfin, tous les éléments de votre installation photovoltaïque peuvent avoir un impact sur votre rendement, car ils peuvent provoquer des pertes de puissance. C’est notamment le cas de la nature du câblage, de la qualité de l’onduleur, la disposition des appareils…

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