À moins que vous ne viviez dans une grotte depuis ces 30 dernières années, vous avez probablement entendu parler de l’énergie solaire. Bien que de plus en plus de français aient fait le choix d’installer des panneaux solaires chez eux (en 2022, 2,2 % de la production d’électricité est issue de l’énergie solaire), le fonctionnement de ces derniers restent encore un mystère pour une grande majorité d’entre nous.
Souvent, la première chose que l’on se demande, c’est combien coûte l’installation de modules solaires ou quelles sont les aides disponibles pour passer à cette énergie renouvelable. Mais il est aussi intéressant de comprendre les bases de cette technologie, ne serait-ce que pour satisfaire notre curiosité (ou pour mieux les utiliser au quotidien).
Quelle que soit la catégorie dans laquelle vous vous trouvez, nous vous présentons aujourd’hui le b.a ba du fonctionnement d’un panneau solaire. Comment transforme-t-il les rayons du soleil en énergie ? Comment cette dernière est utilisée et quels sont les matériaux qui composent les panneaux photovoltaïques ? Nos experts répondent à toutes vos questions dans ce guide complet !
Sommaire de l'article
I. Petite histoire de l’énergie solaire
L’énergie solaire existe depuis bien plus longtemps que vous ne le pensez. La toute première cellule solaire a été inventée en France en 1839 (cocorico) ! Quatre décennies plus tard, en 1883, le premier panneau solaire était fabriqué à partir de plaquettes de sélénium avant d’être installé sur un toit de la ville de New York. A l’époque, son taux de conversion énergétique était de seulement 1 %.
Les premiers brevets créés pour les cellules et panneaux photovoltaïques appartenaient au célèbre Nikola Tesla. Et en 1905, Albert Einstein publia un article décrivant la théorie derrière « l’effet photoélectrique » (article pour lequel il remporta un prix Nobel 17 ans plus tard).
Il aura néanmoins fallu attendre 1954 pour que la première cellule solaire en silicium ne soit inventée, dans l’État du New Jersey. Ce fut une véritable révolution dans le fonctionnement des panneaux solaires, car le silicium convertit l’électricité beaucoup plus efficacement que les cellules solaires au sélénium utilisées jusque là.
Depuis, le secteur du solaire n’a continué d’évoluer et de se réinventer. Aujourd’hui, près de 600 000 installations photovoltaïques sont recensées en France, dont 208 000 en autoconsommation individuelle. De nouvelles générations de panneaux solaires ont également fait leur apparition, offrant des performances toujours plus intéressantes et réduisant l’impact écologique de cette énergie renouvelable.
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II. Comment fonctionne l’énergie solaire ?
Tout l’intérêt de l’énergie solaire est de remplacer l’électricité produite à partir de combustibles fossiles. Pour comprendre le fonctionnement d’un panneau solaire, il faut s’intéresser à deux éléments clés
1. Comment les panneaux solaires transforment la lumière du soleil en électricité ?
L’énergie solaire est produite grâce à ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque. Si vous avez déjà observé un panneau solaire, vous avez probablement remarqué qu’il est composé de plusieurs petits carrés. Il s’agit de cellules solaires (que l’on appelle aussi cellules photovoltaïques ou cellules PV).
Presque tous les panneaux solaires sont constitués de cellules solaires en silicium. Chaque cellule possède une couche négative avec des électrons supplémentaires et une couche positive qui permet à ces électrons de se déplacer. Lorsque la lumière du soleil atteint cette couche négative, les électrons se détachent et commencent à se déplacer vers la couche positive. Le flux d’électrons que produit cette réaction est précisément de l’électricité solaire !
2. Comment l’énergie solaire est-elle utilisée ?
Maintenant que nous comprenons mieux comment les panneaux photovoltaïques produisent de l’énergie solaire, intéressons-nous à la manière dont nos maisons utilisent cette énergie.
Les panneaux solaires produisent ce qu’on appelle le courant électrique continu. Or la plupart des maisons ne peuvent pas utiliser cette électricité. Elle doit donc être convertie en courant alternatif. C’est là qu’interviennent les onduleurs solaires : le courant continu produit par les panneaux solaires est acheminé vers l’onduleur solaire où il est converti en courant alternatif.
Le courant alternatif peut ensuite être utilisé pour alimenter tous vos appareils électroménagers (réfrigérateur, luminaire, téléviseur, etc.)
3. Le fonctionnement d’un panneau solaire, étape par étape
Pour résumer ; produire de l’électricité grâce à un panneau solaire se fait en 4 étapes :
- Les cellules photovoltaïques absorbent l’énergie du soleil (via le rayonnement solaire) et la convertissent en électricité CC.
- Les onduleurs solaires convertissent l’électricité CC de vos modules solaires en électricité CA, utilisée par la plupart des appareils électroménagers. Les onduleurs peuvent également être équipés de transformateurs qui régulent la tension des courants continus et alternatifs.
- L’électricité circule dans votre maison et alimente vos appareils électroniques. Le courant alternatif est dispersé dans votre maison vers toutes vos prises, de sorte que lorsque vos appareils doivent être allumés, un courant électrique utilisable est disponible.
- L’excédent d’électricité produit par vos panneaux solaires est injecté dans le réseau électrique. Si vous disposez d’un système d’énergie solaire connecté au réseau électrique, l’énergie produite par vos panneaux solaires peut circuler à la fois vers et depuis le réseau électrique. Et l’excès d’énergie produit par vos panneaux peut même vous rapporter de l’argent (en la revendant à EDF OA, par exemple).
II. Comment sont fabriqués les panneaux solaires ?
La fabrication de base des panneaux solaires n’a pas beaucoup changé au cours des dernières décennies. Comme ceux qui ont commencé à apparaître sur le toit des maisons il y a 20-30 ans, la plupart des panneaux solaires modernes sont toujours constitués d’une matrice de silicium placée entre une plaque de verre (à l’avant) et une feuille de polymère arrière (à l’arrière).
Les panneaux solaires doivent en effet pouvoir résister à des conditions météorologiques extrêmes au cours de leur durée de vie (qui dépasse aujourd’hui les 30 ans). Cela nécessite donc d’utiliser des matériaux solides et de suivre des normes de fabrication rigoureuses.
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1. Les matériaux qui composent un panneau solaire
Côté matériaux, on retrouve donc principalement du silicium (l’un des composants les plus abondants sur Terre, que l’on retrouve par exemple dans le sable des plages). Néanmoins, la conversion du sable en silicium est un processus gourmand en énergie, d’où l’émergence d’alternatives plus durables).
2. Le processus de fabrication d’un panneau solaire
Pour ce qui est de la fabrication, les morceaux de silicium isolés sont ensuite façonnés en lingots cylindriques, avec une attention particulière pour l’orientation atomique. Les lingots sont ensuite découpés en fines tranches de l’épaisseur d’une feuille de papier, puis traités avec un revêtement antireflet pour mieux absorber la lumière du soleil.
Ensuite, des métaux conducteurs sont ajoutés à la surface de chaque tranche. Du phosphore est diffusé sur la surface des panneaux solaires, fournissant une charge négative pour équilibrer la charge positive du bore et permettre un flux contrôlé d’électrons.
L’ensemble de ce processus de fabrication permet d’obtenir une cellule solaire individuelle. Par la suite, les cellules qui vont composer et faire fonctionner le panneau solaire sont soudées avec des connecteurs métalliques dans une matrice. Cet assemblage est pris en sandwich entre une feuille de protection et un revêtement en verre, assemblé grâce à une boîte de jonction et un cadre.
III. Le mot de la fin
Bien sûr, il ne s’agit là que des bases à connaître pour comprendre le fonctionnement d’un panneau solaire. On s’est également concentrés sur le panneau photovoltaïque classique, pour ne pas se compliquer la vie avec les panneaux thermiques et hybrides.
Pour en savoir plus sur comment fonctionnent les panneaux solaires, vous orienter vers la technologie ou les matériaux les plus adaptés à vos besoins, n’hésitez pas à poser toutes vos questions à nos experts. Ils se feront un plaisir d’y répondre et de vous orienter vers l’installation solaire qui répondra au mieux à votre consommation énergétique !
