Fonctionnement d’un panneau photovoltaïque

Vous avez fait le choix d’équiper votre maison de panneaux photovoltaïques afin de produire et consommer votre propre électricité verte. Mais savez-vous quel est le principe de fonctionnement de vos panneaux ? Non ? Alors suivez le guide !

Tout d'abord il faut se rappeler que toute la matière qui nous entoure est composée d’atomes, eux-mêmes constitués de noyaux autour desquels gravitent les électrons, des particules de matière chargées négativement. La lumière est quant à elle composée de particules élémentaires transportant de l’énergie, appelées photons.

1. La lumière du soleil vient frapper les cellules photovoltaïques des panneaux
2. Les photons transmettent leur énergie aux électrons contenus dans les cellules
3. Les électrons sont libérés et circulent librement en produisant un courant électrique continu
4. L’onduleur convertit le courant continu en alternatif

A la base du fonctionnement de vos panneaux solaires il y a ce qu’on appelle “l’effet photovoltaïque” ou “effet photoélectrique”. Découvert en 1839 par le physicien Français Edmond Antoine Becquerel, il désigne la capacité de certains matériaux exposés à la lumière du soleil à produire un champ électrique. C’est le cas notamment du silicium.

Votre panneau photovoltaïque est donc composé de deux couches de cet élément, sous la forme des cellules photovoltaïques. Les deux couches sont reliées entre elles par des fils conducteurs. La couche supérieure a un surplus d'électron (N, pour négatif) et la couche inférieure a un déficit (P, pour positif). Ces bornes N et P permettent de créer une différence de potentiel électrique : c’est tout simplement le principe d’une pile. Ainsi, les électrons circulent dans un seul sens, de la borne N à P, on obtient donc un courant électrique !

C’est plus clair ? Alors maintenant concentrons nous sur la cellule photovoltaïque, sans qui rien de tout cela ne serait possible.

La cellule photovoltaïque a la capacité de capter l’énergie solaire afin de produire de l’électricité, mais comment est-elle conçue ?

Pour commencer, il faut se rappeler que pour obtenir de l’électricité à partir du soleil il nous faut un matériau semi-conducteur, en l’occurrence le silicium.

Bien qu’il soit présent à hauteur de 7 grammes dans le corps humain, cet élément est surtout au cœur du fonctionnement des cellules photovoltaïques de vos panneaux solaires. Sans lui, pas d'effet photovoltaïque et donc pas d’électricité...

Puisqu’on ne peut le trouver à l’état naturel, on l’extrait de la silice (d’où son nom) que l’on trouve dans le sable ainsi que dans certains minerais comme le quartz sous forme de galets ou de gisements.

C’est cet élément qui est à la base de la composition du silicium et de la fabrication des cellules qui font fonctionner vos panneaux photovoltaïques.

La matière première utilisée afin de confectionner les cellules photovoltaïques (qui permettent aux panneaux solaires de fonctionner) est d’une grande pureté. Le processus de fabrication est en conséquence assez complexe et délicat :

1. Chauffe de la silice à 3000°, extraction, raffinage et purification à 99% du silicium
2. Solidification du silicium sous forme de lingots qui sont ensuite étirés
3. Cristallisation du matériau sous forme de plaques

Enfin, le processus final varie selon le type de panneau :

Le silicium monocristallin est obtenu depuis un lingot étiré, le processus est complexe.

Le polycristallin résulte d’un bloc de petits cristaux de silicium, formé à partir de la refonte des résidus et chutes des lingots du monocristallin. Le processus est simplifié et limite les pertes de matière première.

Voilà, maintenant on va pouvoir vous présenter rapidement ces deux types de panneaux, leurs avantages respectifs et leur fonctionnement.

Pour rappel : un onduleur est un dispositif électronique, qui se présente sous la forme d’un boitier et se fixe près des panneaux. Sa fonction est de transformer le courant continu en alternatif pour un usage domestique, comme l'utilisation de votre borne de recharge pour véhicule électrique.

Sans l’action de ce dispositif, le courant produit par vos panneaux solaires est inutilisable en l’état. Comme pour les panneaux photovoltaïques vous avez plusieurs possibilités d’équipement, il est donc important de choisir ce qui correspond au mieux à vos besoins et votre projet énergétique.

Ici vous n’avez qu’un seul dispositif pour l’ensemble de votre installation photovoltaïque. On appelle ça une installation “de chaine” ou “string” en anglais, puisque vos panneaux solaires fonctionnent avec un branchement en série.

Avantages :

• Le coût est réduit
• L’appareil est installé à l’intérieur de votre domicile ou dans un local prévu à cet effet, il est donc protégé des conditions climatiques
• Le dispositif intègre un système de suivi à distance

Inconvénients : si l’un de vos panneaux photovoltaïques est défaillant ou a subi un ombrage, le système va considérer que l’installation entière l’est également, ainsi tout son fonctionnement et donc sa production va être impactée.

Ce dispositif n’est rien d’autre qu’un onduleur de petite taille. Un panneau peut être relié à un ou deux de ces dispositifs selon vos besoins et les configurations de votre installation. Vos panneaux ne sont plus branchés en série mais en parallèle, ce qui signifie qu’ils sont indépendants.

Avantages :

• L'installation photovoltaïque peut évoluer avec l’ajout de panneaux supplémentaires, il n'y a pas besoin de la redimensionner
• Garanti 25 ans
• La défaillance d’un panneau n'affecte pas l’installation, la production reste constante et optimale

Inconvénients : l'investissement pour une installation de ce type est plus élevé puisqu'il nécessite une grande quantité d’appareils. Le dispositif est également plus fragile et plus sensible aux conditions climatiques, il peut donc être nécessaire de procéder à des remplacements fréquents.

L’optimiseurest le compromis idéal entre les deux solutions précédentes. Ce dispositif, fleuron de l'innovation technologique photovoltaïque, permet de doter vos panneaux d'une intelligence. Il vient compléter l'onduleur en chaîne ou centralisé. Les panneaux sont tous indépendants, c'est un branchement en parallèle.

Comme son nom l'indique, il optimise votre production d’électricité en maximisant le rendement de chacun de vos panneaux individuellement. Son système permet également de détecter tout disfonctionnement et de contrôler votre production en temps réel.

Avantages :

• Garanti 25 ans
• Pas de limite de puissance
• Sécurité accrue en cas d'incendie et d'intervention incendie
• Fortement recommandé si vous voulez superviser votre installation et détecter toute défaillance (ombrage, déjection d’oiseaux, poussière, etc.)

Inconvénients : le dispositif est relativement fragile et sensible aux conditions climatiques. Une installation photovoltaïque nécessite plusieurs appareils, l’investissement est donc élevé. La production d’électricité reste cependant optimale en cas de défaillance d’un ou plusieurs panneaux.

Voilà, les panneaux photovoltaïques et leur fonctionnement n’ont désormais plus de secret pour vous ! Reste désormais à peaufiner votre projet et à envisager des travaux chez vous pour installer des panneaux photovoltaïques sur votre toit afin de bénéficier de tous les bienfaits de l’autoconsommation.

Il est important de faire les bons choix et d’être bien accompagné afin que votre installation photovoltaïque puisse répondre au mieux à tous vos besoins. Choix des équipements, quantité de panneaux solaires, inclinaison et orientation, calcul de la rentabilité, sont autant d’éléments pour lesquels un professionnel peut vous accompagner et vous conseiller pour que votre projet se déroule dans les meilleures conditions. Il est également fortement recommandé de faire appel à un artisan qualifié RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) ce qui permet d’être éligible à certaines aides de l’état pour réduire le coût des travaux.

Pour une solution toujours plus simple et efficace, vous pouvez prendre rendez-vous avec un expert Tuco pour une étude énergétique à distance, gratuite et sans engagement.