Tout comprendre du fonctionnement d’un panneau photovoltaïque

26 décembre 2024 Simulation personnalisée Nous contacter

Les panneaux solaires fonctionnent grâce à un principe chimique relativement simple. Tout commence par le silicium qui est un élément que l’on trouve notamment dans le sable. Ce silicium est composé d’atomes, qui sont de minuscules particules avec un noyau et des électrons. Pour créer un courant électrique, il est nécessaire de faire circuler ces électrons. Cependant, en utilisant uniquement du silicium, les électrons exposés à la lumière du soleil s’agitent mais ne circulent pas efficacement.

Pour les faire circuler, deux autres atomes interviennent dans le processus. Ces atomes agissent comme des guides pour les électrons, permettant ainsi de créer un courant électrique dans le panneau solaire. En exposant le panneau solaire à la lumière du soleil, les électrons sont stimulés et commencent à circuler, générant ainsi de l’électricité. C’est ainsi que les panneaux solaires convertissent l’énergie solaire en électricité utilisable pour alimenter nos appareils électriques.

LE PHOSPHORE ET LE BORE

Les panneaux solaires fonctionnent grâce à un principe chimique impliquant deux atomes supplémentaires : le phosphore et le bore. Le phosphore a un surplus d’électrons par rapport au silicium, tandis que le bore est en déficit d’électrons. Ces deux atomes sont placés respectivement sur la couche supérieure et inférieure du silicium.

Ce concept ressemble à celui des piles électriques, avec une borne positive et une borne négative. Dans le panneau solaire, la couche supérieure contenant du phosphore agit comme la borne négative, tandis que la couche inférieure contenant le bore agit comme la borne positive.  Lorsque le panneau solaire est exposé à la lumière du soleil, les électrons sont stimulés et circulent entre les deux couches, créant ainsi un courant électrique. C’est grâce à ce processus que les panneaux solaires produisent de l’électricité en utilisant l’énergie solaire. Le soleil joue donc un rôle essentiel en fournissant la lumière nécessaire pour activer le mouvement des électrons et générer du courant électrique dans le panneau solaire. Ainsi, le panneau solaire fonctionne comme une source d’énergie inépuisable et renouvelable grâce à la lumière du soleil.

Quel est le processus de production d'électricité par les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires produisent de l’électricité grâce à l’effet photo-électrique, qui nécessite la présence de soleil. Lorsque les rayons du soleil atteignent la surface des panneaux solaires, ils contiennent des photons, qui sont des particules d’énergie lumineuse. Ces photons viennent frapper le silicium du panneau solaire.

Lorsqu’un photon frappe le silicium, il excite les électrons présents dans le matériau, ce qui les fait passer d’un état stationnaire à un état énergétique plus élevé. Cela crée une différence de potentiel électrique entre les couches supérieure et inférieure du silicium, car la couche supérieure contient du phosphore (avec un surplus d’électrons) et la couche inférieure contient du bore (avec un déficit d’électrons).

Cette différence de potentiel entraîne la circulation des électrons à travers le matériau, créant ainsi un courant électrique. Ce courant est collecté par des fils conducteurs présents dans le panneau solaire et peut ensuite être utilisé comme électricité pour alimenter les appareils électriques ou être stocké dans des batteries pour une utilisation ultérieure.

L’effet photoélectrique est à la base du fonctionnement des panneaux solaires et permet de transformer l’énergie lumineuse du soleil en électricité, offrant ainsi une source d’énergie propre et renouvelable.

Quelle est la procédure de fabrication d'un panneau solaire ?

Nous savons maintenant que l’effet photoélectrique est rendu possible grâce au silicium. Jetons un coup d’œil à la fabrication d’un panneau solaire. Le silicium est obtenu en chauffant du sable ou du quartz à très haute température (environ 3 000°C). Une fois que nous avons notre silicium, il est transformé en lingot après cuisson. Ce lingot est ensuite découpé en fines tranches.

Ces fines tranches constituent la face avant des panneaux photovoltaïques et jouent un rôle essentiel dans le rendement du capteur.  Il est intéressant de noter que seulement 20% des photons sont transformés en électricité, le reste se dissipant sous forme de chaleur, d’où l’efficacité d’un panneau solaire qui peut être d’environ 20%.

Rendement énergétique d'un panneau photovoltaïque ?

En effet, le rendement d’un panneau solaire dépend de plusieurs facteurs. Sur le marché, les modules solaires ont généralement un rendement compris entre 18 et 21 %, ce qui signifie qu’ils ne peuvent pas convertir toute la lumière qu’ils reçoivent en électricité. Le rendement photovoltaïque varie en fonction de diverses variables.

Le rendement photovoltaïque d’un capteur solaire dépend de plusieurs facteurs clés, notamment :

  • Matériau du panneau solaire : Le matériau utilisé dans la fabrication du panneau solaire, tel que le silicium monocristallin, le silicium polycristallin ou le film mince, affecte directement le rendement.
  • Technologie du panneau : Différentes technologies de panneaux solaires ont des rendements différents. Par exemple, les panneaux monocristallins ont généralement un meilleur rendement que les panneaux polycristallins.
  • Température ambiante : La température joue un rôle crucial car un panneau solaire peut perdre en efficacité à mesure qu’il se réchauffe. Un refroidissement adéquat peut améliorer le rendement.
  • Intensité lumineuse : Le rendement varie en fonction de l’intensité lumineuse. Les panneaux solaires fonctionnent mieux sous une lumière solaire directe plutôt qu’en cas de faible luminosité ou d’ombre partielle.
  • Orientation et inclinaison : L’orientation et l’inclinaison du panneau solaire par rapport au soleil peuvent influencer considérablement le rendement.
  • Nettoyage et entretien : Un panneau solaire propre et bien entretenu fonctionnera plus efficacement qu’un panneau sale ou endommagé.
  • Qualité des composants : La qualité des matériaux et des composants utilisés dans la fabrication du panneau solaire peut impacter sa performance à long terme.
  • Perte de câblage : Les pertes électriques qui se produisent dans les câbles électriques entre le panneau solaire et l’onduleur peuvent également influencer le rendement global.

Ces facteurs combinés peuvent avoir un impact significatif sur le rendement énergétique du panneau solaire et sa capacité à convertir la lumière solaire en électricité de manière efficace.

Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?

La cellule photovoltaïque est le composant électronique essentiel qui permet de produire de l’électricité à partir de la lumière solaire. La plupart des cellules solaires sont fabriquées à partir de silicium, un matériau abondant que l’on trouve dans le sable ou le quartz.

Il existe deux principaux types de cellules solaires : les monocristallines et les polycristallines. Les cellules monocristallines sont constituées d’un seul cristal de silicium, tandis que les cellules polycristallines sont composées de plusieurs cristaux. Les cellules monocristallines ont un rendement supérieur, car elles convertissent plus efficacement la lumière solaire en électricité.

Il est important de noter que seuls les panneaux solaires recouverts de cellules photovoltaïques sont capables de produire de l’électricité. Il existe différents types de capteurs solaires, chacun fonctionnant de manière distincte pour exploiter l’énergie solaire.

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

La différence réside dans leur fonctionnement : un capteur photovoltaïque génère de l’électricité, tandis qu’un panneau solaire peut produire de la chaleur, faisant référence à un capteur thermique ou hybride. Passons en revue le fonctionnement des différents types de panneaux solaires.

Les différents types de panneaux solaires sont au nombre de trois:

  • Le panneau photovoltaïque, dont nous avons déjà analysé le fonctionnement.
  • Le panneau solaire hybride.
  • Le panneau solaire thermique.

La Rencontre entre Photovoltaïque et Thermique

En réalité, le panneau solaire hybride fonctionne selon le même principe qu’un panneau photovoltaïque, mais avec l’ajout de la récupération de chaleur solaire. Sa face supérieure est équipée de cellules photovoltaïques, tandis qu’un circuit hydraulique est installé sous le capteur pour recueillir la chaleur. L’eau froide circule ainsi sous le panneau, préchauffant l’eau sanitaire ou alimentant un système de chauffage tel qu’un plancher chauffant ou des radiateurs à eau.

Grâce à cette installation, vous pouvez réaliser des économies significatives en traitant deux postes de dépenses énergétiques simultanément. De plus, le refroidissement du panneau améliore son rendement. Pour évaluer les économies potentielles, une simulation est souvent recommandée pour estimer le montant  des économies que vous pourriez réaliser avec ce type de panneaux solaires.

Le Fonctionnement du Capteur Solaire Thermique : Comment ça marche ?

Le capteur solaire thermique, dépourvu de cellules photovoltaïques, utilise des tubes noirs pour capturer la chaleur solaire. Un fluide caloporteur circule dans ces tubes pour emmagasiner la chaleur, qui est ensuite transférée au ballon de stockage. Cette installation permet de chauffer l’eau et d’alimenter des radiateurs à eau, offrant ainsi une solution de chauffage écologique. Maintenant, intéressons-nous plus en détail au fonctionnement d’une installation photovoltaïque dans son ensemble.

Le Fonctionnement d'une Installation Photovoltaïque : De la Lumière à l'Électricité

Les panneaux solaires photovoltaïques produisent un courant continu à partir de l’énergie solaire. Cependant, pour alimenter les appareils domestiques qui fonctionnent en courant alternatif, une étape de conversion est nécessaire. C’est là qu’intervient l’onduleur, qui joue un rôle essentiel dans le processus.

Une fois que le courant continu est généré par les panneaux solaires, il est acheminé vers l’onduleur. À l’intérieur de celui-ci, le courant continu est transformé en courant alternatif, compatible avec les équipements électriques de la maison. À partir de ce moment, l’énergie produite par les panneaux solaires est prête à être utilisée dans la maison.  Outre l’onduleur, il existe d’autres éléments qui peuvent améliorer l’utilisation de l’énergie solaire, tels que les batteries de stockage, les systèmes de suivi de production ou les dispositifs de gestion de l’énergie. Cependant, ces éléments sont facultatifs et dépendent des besoins spécifiques de chaque foyer.

En ce qui concerne l’utilisation de l’énergie photovoltaïque, trois configurations principales sont possibles :

  • L’autoconsommation totale : Dans cette configuration, toute l’électricité produite par les panneaux solaires est utilisée directement dans la maison. Si la production dépasse la consommation, l’excédent peut être stocké dans des batteries de stockage pour une utilisation ultérieure.
  • L’autoconsommation partielle : Dans ce cas, une partie de l’électricité produite est utilisée dans la maison, tandis que le reste est injecté dans le réseau électrique. Certains pays proposent un système de compensation où le surplus d’électricité injecté est comptabilisé et peut être déduit de la facture d’électricité.
  • La revente totale : Ici, toute l’électricité produite par les panneaux solaires est injectée dans le réseau électrique, permettant au propriétaire de revendre son électricité à un fournisseur d’énergie. Cette configuration est plus courante dans les pays où les tarifs de rachat de l’électricité solaire sont avantageux.

En résumé, les panneaux solaires photovoltaïques, associés à un onduleur, permettent de convertir l’énergie solaire en électricité utilisable dans les foyers. Selon les préférences et les politiques énergétiques de chaque région, l’électricité produite peut être autoconsommée, stockée ou revendue au réseau électrique.

Comment fonctionne une installation en autoconsommation totale d'électricité photovoltaïque ?

L’autoconsommation totale consiste à consommer toute l’énergie produite par l’installation photovoltaïque. Cependant, cette approche peut être complexe à réaliser car la production maximale se produit généralement en pleine journée, alors que la consommation peut être variable tout au long de la journée.

Pour parvenir à l’autoconsommation totale, il faut faire preuve de rigueur et de planification pour utiliser au mieux l’énergie produite pendant les périodes de forte production. L’utilisation de dispositifs de gestion de l’énergie intelligents peut aider à optimiser cette consommation en fonction des besoins du foyer.

Une autre option pour maximiser l’autoconsommation totale est d’installer des batteries solaires. Ces batteries permettent de stocker l’excédent d’énergie non utilisée pendant les périodes de forte production pour la consommer ultérieurement lorsque la production est plus faible. Bien que l’ajout de batteries entraîne un coût supplémentaire à l’installation, cela permet d’augmenter l’efficacité globale du système et de réduire la dépendance au réseau électrique traditionnel.

Comment fonctionne une installation en autoconsommation partielle ?

L’autoconsommation partielle fonctionne selon le même principe que l’autoconsommation totale. La différence réside dans le fait que le courant non consommé est revendu à EDF. Cela signifie que votre installation est reliée au réseau public (raccordement).  Ce qui n’est pas toujours le cas avec l’autoconsommation totale, qui est souvent utilisée dans des sites isolés sans accès au réseau EDF.

Dans les deux cas, vous devez utiliser vos appareils énergivores pendant la journée. La seule différence est que dans l’autoconsommation partielle, vous êtes assuré de ne jamais gaspiller d’électricité, même sans solution de stockage.

Comment fonctionne une installation en revente totale ?

Cette fois-ci, vous n’utilisez pas le courant chez vous, il est directement acheté par votre fournisseur, souvent EDF. Le principe est similaire à celui de l’autoconsommation partielle, mais dans ce cas, vous ne vendez pas seulement le surplus, mais toute la production d’électricité.

Nous vous recommandons dans ce cas l’autoconsommation partielle, car elle vous permettra de réaliser plus d’économies. Vous consommez moins d’électricité provenant du réseau public tout en générant un revenu supplémentaire grâce à la vente du surplus. C’est une situation gagnant-gagnant.

Nous avons maintenant couvert les aspects les plus importants du fonctionnement des différentes installations. Pour avoir une vision plus complète, il est temps d’aborder la puissance des systèmes solaires.

Le fonctionnement la puissance des systèmes photovoltaïques

Wc, kWc, kWh : comment interpréter ces unités ?

Commençons par le watt, qui est l’unité de mesure de la puissance énergétique. Par exemple, si un appareil indique une puissance de 800 watts, cela signifie qu’il consomme 800 watts du réseau électrique pour fonctionner.

Ensuite, le watt crête (Wc) représente la puissance maximale qu’un capteur solaire peut atteindre dans des conditions optimales. Par exemple, si un capteur indique 310 Wc, cela signifie qu’il pourrait produire 310 watts dans des conditions idéales, mais cela peut varier en fonction de l’ensoleillement réel.

Le kilowattheure (kWh) est une unité de mesure de l’énergie. Un kilowattheure équivaut à 1000 watts pendant une heure. C’est la quantité d’électricité consommée sur une heure. Par exemple, si vous utilisez un appareil de 1000 watts pendant une heure, vous aurez consommé 1 kWh.

Pour convertir des watts en kilowatts crête (kWc), il suffit de diviser par 1000. Par exemple, 3000 Wc équivaut à 3 kWc.

Ainsi, comprendre ces unités vous permet de mieux évaluer la puissance et la production d’un système photovoltaïque.

Comment mesure-t-on la puissance d'une installation photovoltaïque ?

Une fois que l’on maîtrise bien les unités de mesure, il est plus simple d’évaluer la puissance d’une installation photovoltaïque en fonction de sa consommation annuelle en kWh. Par exemple, avec une installation de 3 kWc orientée au sud sur la côte ouest, on peut produire 3 766 kWh, tandis qu’au nord-est près du Luxembourg, on peut produire 2 934 kWh avec la même puissance.

Il est essentiel de noter que même sans une exposition plein sud, une installation solaire reste rentable. Des solutions existent pour optimiser l’exposition, même en l’absence d’un toit orienté vers le sud.

Maintenant que vous comprenez le fonctionnement des différents types de panneaux solaires, vous êtes bien informé sur le sujet.

Quels sont les avantages de l'installation de panneaux solaires ?

La principale raison est de réaliser des économies significatives sur votre facture d’électricité. Une fois que vous avez amorti votre investissement initial, votre électricité est pratiquement gratuite,

car vous produisez votre propre énergie. Cela vous permet de réduire considérablement vos dépenses énergétiques et de vous protéger des hausses de prix de l’électricité sur le long terme.

De plus, l’installation de panneaux solaires contribue à réduire votre empreinte carbone, ce qui est bénéfique pour l’environnement. En quelques années seulement, les panneaux solaires compensent leur empreinte carbone grâce à l’électricité propre qu’ils produisent.

En somme, l’installation de panneaux solaires offre des avantages économiques durables tout en participant activement à la protection de l’environnement.

Fonctionnement panneau solaire : Ce qu’il faut retenir

Félicitations, vous avez désormais une bonne compréhension du fonctionnement des panneaux solaires pour la production d’électricité photovoltaïque et de chaleur solaire.

Pour l’électricité photovoltaïque :

  • Les cellules de silicium captent les photons du soleil pour créer un courant continu.
  • Le courant continu passe ensuite dans un onduleur pour être transformé en courant alternatif.
  • Le courant alternatif peut être utilisé pour alimenter vos appareils électriques.

Pour le chauffage solaire :

  • Le soleil réchauffe le fluide caloporteur circulant dans les capteurs solaires.
  • Le fluide chaud transfère ensuite ses calories à un ballon de stockage.
  • L’eau à l’intérieur du ballon profite de ces calories pour être chauffée.

Si toutes ces explications vous ont enthousiasmé et que vous envisagez de passer à l’énergie solaire, nous sommes là pour vous aider. Une étude de rentabilité est le point de départ idéal pour évaluer votre projet. Contactez-nous par téléphone pour en savoir plus, c’est gratuit et sans engagement.

Vous êtes désormais bien informé(e) sur les avantages de l’énergie solaire et prêt(e) à prendre une décision éclairée pour votre avenir énergétique.

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