Comment fonctionne un panneau solaire PV, thermique, hybride

Comment un panneau solaire photovoltaïque fonctionne-t-il ?

Nous allons tout d’abord nous intéresser aux installations photovoltaïques. Celles-ci permettent de transformer les rayons du soleil en électricité.

Le principe de base

Les panneaux photovoltaïques sont composés de modules. Il s’agit de grands rectangles recouverts le plus souvent de cellules photovoltaïques en silicium. Ce matériau est semi-conducteur et permet de transformer l’énergie en 4 grandes étapes :

• Les photons de la lumière du soleil frappent les cellules photovoltaïques lorsque celui-ci brille.
• Grâce à l’énergie lumineuse, les électrons du silicium circulent dans les panneaux.
• Il peut permettre d’économiser de l’énergie grâce à un mode « Stand-by » avec lequel il envoie des signaux toutes les deux secondes pour détecter la présence d’un consommateur.
• Les électrons contenus dans les panneaux se déplacent et cela produit un courant continu.
• Un appareil installé dans votre maison, l’onduleur, transforme ce courant continu en courant alternatif. Vous pouvez alors utiliser cette énergie pour faire fonctionner des appareils électriques.

Les cellules photovoltaïques, élément principal du panneau solaire

Chaque panneau solaire est composé de 60 à 72 cellules photovoltaïques. C’est un élément essentiel pour la fabrication de l’électricité. Voici quelques points pour comprendre plus en détail leur fonctionnement.

Comme nous l’avons vu, les cellules photovoltaïques sont confectionnées à partir de matériaux semi-conducteurs, généralement le silicium. Celui-ci est associé au bore pour constituer un pôle positif, et au phosphore pour le pôle négatif. Ces deux bornes, à l’image d’une pile, permettent de créer du courant électrique.

Le silicium est composé d’atomes, qui eux-mêmes ont un noyau central et des électrons qui gravitent autour. Au contact des photons, les électrons s’agitent. Grâce au système de pôles positif et négatif, ils se déplacent naturellement entre les deux bornes afin de rééquilibrer les charges. Cela permet de créer un courant électrique.

Les différents types de cellules photovoltaïques

Il existe plusieurs sortes de cellules. Elles fonctionnent globalement de la même façon, mais chacune a ses spécificités :

• Les cellules en silicium monocristallin. Elles sont composées d’un cristal de silicium unique. Sur un module solaire, toutes les cellules sont orientées dans le même sens, ce qui leur donne une couleur foncée. Elles ont un rendement plus élevé, mais sont vendues plus cher.
• Les cellules en silicium polycristallin. Elles sont composées de plusieurs cristaux, orientés dans des directions différentes. Leur couleur est bleutée. C’est le matériau le plus utilisé à l’échelle mondiale, car il a un très bon rapport qualité/prix. Son rendement est inférieur à celui des cellules en silicium monocristallin, mais il reste très correct.
• Les cellules au silicium amorphe en couche mince. Elles sont bien plus fines que celles au silicium cristallin. Leur rendement est très faible, tout comme leur durée de vie.
• Les cellules enpérovskite. Il s’agit d’un nouveau type, actuellement en cours de recherche. Leur rendement en laboratoire est très prometteur, mais elles ne sont pas encore assez stables pour être commercialisées.

Quels sont les différents éléments d’une installation solaire ?

Pour fonctionner convenablement, votre installation nécessite plusieurs éléments. Chacun d’entre eux a un rôle bien précis.

Le panneau photovoltaïque

C’est l’élément central de votre installation. Grâce aux cellules photovoltaïques qui le composent, il transforme la lumière du soleil en électricité. Nous l’avons vu, il en existe différents types, qui proposent des puissances-crêtes variées. Choisissez un modèle qui correspond à votre situation et à votre budget.

Idéalement, il doit être orienté plein sud et incliné à 30°. Si cela n’est pas possible chez vous, d’autres orientations peuvent convenir : sud-ouest ou sud-est par exemple.

L’onduleur

Son rôle est de transformer le courant continu produit par vos panneaux solaires en courant alternatif. C’est ce dernier qui est utilisable pour les appareils électriques de votre maison.

Vous avez le choix entre installer un onduleur central, chargé de transformer l’ensemble de l’électricité produite par vos panneaux solaires, ou des micro-onduleurs. Ces derniers sont situés sous chaque panneau et permettent de ne pas bloquer l’ensemble de votre production solaire en cas de panne sur un de vos panneaux.

Le câblage

Il permet de relier l’ensemble de vos éléments entre eux. La longueur de votre câblage électrique dépend de la disposition de votre installation.

Le compteur Linky

Si vous choisissez de revendre votre électricité, en partie ou en totalité, vous avez besoin d’un compteur Linky. Il vous permet de contrôler la quantité d’électricité produite par votre installation solaire.

La batterie solaire

Enfin, si vous le souhaitez, vous pouvez également acquérir une batterie. Ce système vous permet de stocker une partie de votre production solaire, afin de l’utiliser plus tard.

Comment un panneau thermique fonctionne-t-il ?

Le principe de base

Dans un panneau solaire thermique, une surface capte les rayons du soleil. Elle est composée de matériaux à forte inertie. Ils transmettent alors cette chaleur à un liquide caloporteur situé sous les panneaux. Ce fluide chaud est ensuite dirigé vers un ballon de stockage. Il permet d’envoyer de l’eau sanitaire utilisée par le foyer : douche, lavabos, robinets, etc. 

Le système global s’appelle un chauffe-eau solaire individuel, ou CESI. Il peut également être combiné, afin d’envoyer de l’eau chaude dans les radiateurs ou le plancher chauffant du foyer. Dans ce cas, on parle de système solaire combiné, ou SSC.

Les différents types de capteurs thermiques

On distingue différents types de capteurs solaires thermiques : 

• Les capteurs « plans vitrés ». Une plaque en métal noir absorbe les rayons du soleil. Celle-ci est en contact avec des tubes qui contiennent un fluide caloporteur. Grâce à un isolant, la chaleur reste à l’intérieur du tube. Ces capteurs sont les plus courants.
• Les capteurs solaires non vitrés. Ils fonctionnent d’une façon assez similaire : des tubes remplis d’eau en plastique noir ou en métal absorbent la chaleur du soleil. La différence est qu’ils ne sont pas protégés par une vitre. Ils sont donc à la fois moins performants et moins durables dans le temps. On les utilise le plus souvent pour chauffer une piscine.
• Les capteurs solaires à tubes sous vide. Il s’agit de tubes en verre placés les uns à côté des autres. Comme sur les capteurs plans vitrés, une plaque en métal noir absorbe les rayons du soleil. La différence est que les capteurs sont sous vide, sans air. La déperdition de chaleur est donc très minime. Ils sont performants et particulièrement utiles dans les régions dans lesquelles les conditions ne sont pas très bonnes. Ils sont cependant plus chers.
• Les capteurs solaires à air. Ils fournissent de l’air chaud qui est ensuite propulsé dans le logement.
  

Comment fonctionne un panneau hybride ?

Le fonctionnement des panneaux solaires hybrides

Le panneau solaire mixte fonctionne à la fois avec des capteurs photovoltaïques et des capteurs thermiques. Le but est de produire de l’électricité et de la chaleur. 

La face supérieure de ces panneaux est composée de cellules photovoltaïques. Elles produisent de l’électricité à partir des rayons solaires, comme nous l’avons vu précédemment. La face inférieure est composée de capteurs solaires thermiques. Ils captent la chaleur émise et la transportent jusqu’à un ballon de stockage grâce à un fluide caloporteur.

Les différents types de panneaux hybrides

Il existe deux grandes catégories de panneaux mixtes :

• Les panneaux hybrides à air. Ils sont également appelés panneaux aérovoltaïques. Ceux-ci sont dotés d’un système de ventilation à l’arrière des panneaux. Grâce à lui, ils récupèrent l’air chaud et le diffusent dans la maison ou dans un ballon thermodynamique. Il a l’avantage d’aérer vos panneaux solaires et d’éviter une surchauffe, qui entraîne une efficacité moins importante. 
• Les panneaux hybrides à eau. Ils fonctionnent d’une manière très similaire, avec de l’eau à la place de l’air. Ils produisent donc de l’eau chaude sanitaire, à utiliser pour vos besoins quotidiens. Ils peuvent aussi chauffer l’eau des radiateurs. 

Choisir entre autoconsommation et revente

Une fois que vous avez fait votre choix entre panneaux photovoltaïques, thermiques ou mixtes, vous devez décider entre l’autoconsommation et la revente de votre production.

L’autoconsommation

L’autoconsommation signifie que vous utilisez vous-même votre production. Elle est très plébiscitée depuis quelques années, car elle offre plusieurs avantages :

• Vous diminuez vos factures d’énergie. Les économies réalisées dépendent de votre consommation annuelle et de votre production, mais elles sont toujours intéressantes. 
• Vous êtes moins dépendant des tarifs du réseau électrique. Nous avons pu observer récemment des hausses de prix importantes qui affectent beaucoup le pouvoir d’achat. 
• Vous participez à la transition énergétique en consommant d’une électricité verte et locale. 
• Vous pouvez choisir de vendre votre surplus de production auprès d’EDF OA, à un prix réglementé pendant 20 ans. Ainsi, vous êtes sûr que l’électricité produite n’est pas perdue. 

Enfin, certaines aides sont accordées par l’État si vous choisissez cette solution. La prime à l’autoconsommation en est un exemple.

La revente

Vous pouvez préférer vendre l’intégralité de votre production électrique auprès du réseau. Vous devrez alors acheter l’électricité nécessaire pour les besoins de votre foyer. 

L’avantage principal de la revente totale est qu’elle vous permet de vendre votre production à un tarif plus favorable que lorsqu’il s’agit de surplus. Votre installation est alors rentabilisée plus rapidement. 

Si vous avez opté uniquement pour des panneaux solaires thermiques, la question ne se pose pas : vous utilisez la chaleur produite pour vos besoins. Il n’y a pas de vente de chaleur auprès du réseau. 

Vous savez désormais comment fonctionnent les panneaux photovoltaïques, thermiques et hybrides. En fonction de vos besoins et des contraintes que vous avez, vous pouvez choisir le système qui vous convient le mieux. N’hésitez pas à faire appel à un professionnel du secteur : celui-ci pourra vous conseiller et vous orienter en fonction de votre situation personnelle.