Au cours du premier semestre 2024, plus de 125 000 nouvelles installations photovoltaïques ont vu le jour en France, soit une évolution de 36% par rapport à l’année précédente. Les panneaux photovoltaïques semblent de plus en plus convaincants pour les ménages français souhaitant faire des économies d’énergie et amorcer leur transition vers les énergies renouvelables.
S’ils sont de plus en plus communs sur les toitures et dans les jardins, le fonctionnement des panneaux solaires peut toutefois s’avérer complexe et difficile à appréhender. Dans cet article, on vous éclaire sur le fonctionnement des panneaux photovoltaïques afin que l’énergie solaire n’ait plus de secret pour vous.
Les différents composants d’une installation photovoltaïque
Les panneaux solaires ne sont pas les seuls concernés lorsque l’on parle d’une installation photovoltaïque. Ce système de production d’électricité à partir des rayonnements du soleil est composé de plusieurs éléments complémentaires, chacun indispensable au fonctionnement d’un panneau photovoltaïque.
Les panneaux photovoltaïques : captation de la lumière du soleil
Premier élément de la chaîne de production d’électricité, le panneau photovoltaïque capte la lumière du soleil grâce à la multitude de cellules photovoltaïques qui le composent. Sa puissance s’exprime habituellement en kilowatt crête (kWc), ce qui correspond à la capacité du panneau solaire à produire une énergie de 1 000 watts dans des conditions standard de référence : ensoleillement optimal, inclinaison de 30°, orientation du panneau solaire sans zone d’ombre, et température de 25°C.
Grâce à la lumière du soleil, le panneau solaire produit un courant électrique continu, c’est-à-dire que l’électricité produite ne circule que dans un seul sens. Cette énergie doit être convertie avant d’être reliée au système électrique domestique : c’est le rôle de l’onduleur.
L’onduleur : conversion du courant électrique pour un usage domestique
Afin d’être utilisé par les appareils ménagers d’un logement, le courant électrique continu envoyé par les panneaux solaires doit être transformé en courant alternatif par l’onduleur. Ce dernier prend la forme d’un boîtier métallique fixé près des panneaux. Deux types d’onduleurs peuvent être installés selon la nature du projet :
- L’onduleur de chaîne, ou centralisé, connecte tous les panneaux solaires de l’installation entre eux au même endroit. Il fonctionne avec un branchement en série. Il s’agit de la solution la moins coûteuse, mais elle entraîne l’arrêt de la production d’électricité en cas de panne d’un seul panneau solaire ;
- Les micro-onduleurs sont disposés sur chaque panneau solaire de l’installation, ce qui permet aux panneaux d’être branchés en parallèle, et donc indépendants des autres. Ce système est plus coûteux, mais il a l’avantage de garantir une production constante en cas de défaillance d’un seul panneau solaire ;
Il est également possible d’installer un optimiseur de puissance complémentaire à l’onduleur, relié au branchement d’un panneau solaire. Il s’agit d’un système de domotique assurant une optimisation en temps réel du rendement de chaque panneau branché en parallèle. Ce module intelligent permet de suivre précisément la production d’électricité des panneaux photovoltaïques, mais il ne remplace pas l’onduleur, car il est incapable de transformer le courant continu en courant alternatif. Pour connaître les meilleurs réglages, n’hésitez pas à consulter votre installateur de panneau solaire agréé.
Le compteur : contrôle de la production d’énergie et de sa consommation
L’installation d’un compteur électrique est obligatoire pour mesurer la quantité d’énergie produite par les panneaux solaires. Dans le cas d’un raccordement au réseau public pour une autoconsommation avec revente du surplus, il est de rigueur d’installer un compteur connecté Linky pour permettre au fournisseur d’énergie de suivre la production et la consommation d'énergie du foyer.
Ainsi, le compteur offre la possibilité d’optimiser le fonctionnement des panneaux photovoltaïques et de détecter d’éventuelles anomalies.
La batterie et le régulateur : système de stockage d’énergie
En bout de chaîne des installations photovoltaïques se trouve une batterie destinée au stockage d’électricité pour une consommation ultérieure, notamment après le coucher du soleil. La batterie se situe entre les panneaux solaires et l’onduleur : elle reçoit donc un courant continu. Certaines batteries sont d’ailleurs équipées d’un onduleur intégré afin de distribuer directement un courant alternatif aux circuits électriques de la maison.
Une fois l’énergie stockée dans la batterie, comment savoir quand la distribuer et à quelle quantité ? C’est là que le régulateur entre en jeu : ce système intelligent surveille le taux de charge solaire des batteries pour ne pas les endommager et ainsi augmenter leur durée de vie.
Même si l’installation d’une batterie et d’un régulateur de charge est facultative, elle reste vivement recommandée afin de maximiser le rendement des panneaux solaires et d’optimiser l’utilisation de l’électricité produite. C’est l’option la plus adaptée dans le cas d’une autoconsommation totale de l’énergie solaire.
Quel est le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque ?
Les cellules photovoltaïques sont les composantes fonctionnelles d’un panneau solaire. Chaque panneau en compte plusieurs dizaines, réparties sur deux couches superposées. Ces cellules captent l’énergie lumineuse grâce à leur structure constituée d’un minerai semi-conducteur : le silicium. Ce dernier est à l’origine de l’effet photovoltaïque, processus physique responsable de la production d’électricité à partir d’énergie lumineuse.
Lorsque la lumière frappe les cristaux de silicium qui constituent les cellules photovoltaïques, un courant d’électrons est créé. Les électrons contenus dans le silicium se déplacent au sein de la cellule : c’est le courant électrique continu. Ainsi, en raccordant les cellules photovoltaïques à un câble conducteur, les électrons empruntent ce nouveau circuit et se dirigent vers l’onduleur, où leur déplacement unidirectionnel est transformé en déplacement bidirectionnel : c’est le courant alternatif.
L’effet photovoltaïque est aujourd’hui la seule méthode connue pour générer de l’électricité sans dynamo ou alternateur. Les cellules photovoltaïques sont donc une technologie précieuse et prometteuse pour le futur de l’énergie.
En fonction de la méthode utilisée pour fabriquer les cellules des panneaux solaires, il est possible d’obtenir deux types de matériaux photovoltaïques.
Cellules monocristallines : le prix de la performance
Les panneaux solaires monocristallins sont réputés pour leur couleur noire élégante et homogène, ainsi que pour leur rendement élevé (entre 18% et 24%). Ils sont composés de silicium monocristallin, obtenu à partir de lingots de silicium purs.
Étant donné ce processus de purification complexe offrant une performance énergétique accrue même en cas de faible ensoleillement, les panneaux solaires monocristallins sont plus chers que les panneaux polycristallins.
Cellules polycristallines : meilleur rapport qualité prix
Les panneaux solaires polycristallins, quant à eux, sont reconnaissables à leur aspect bleuté et irrégulier. Moins passe-partout et légèrement moins performantes (rendement de 14% à 18%), les cellules photovoltaïques polycristallines sont fabriquées à partir de plusieurs blocs de petits cristaux de silicium fondus entre eux.
Ce processus de fabrication simplifié explique le prix moins élevé et la puissance plus faible des panneaux photovoltaïques polycristallins. Cependant, ils nécessitent une surface de panneau solaire plus importante et un ensoleillement plus fort pour égaler le rendement des panneaux monocristallins.
Les modes de consommation de l’électricité produite
Maintenant que vous connaissez toutes les étapes du fonctionnement des panneaux photovoltaïques, il ne reste plus qu’à choisir votre mode de consommation d’électricité.
Autoconsommation totale avec stockage sur batterie
En autoconsommation totale, vous utilisez l’intégralité de l’énergie produite par les panneaux solaires pour le fonctionnement de vos appareils électroniques. Ce mode de consommation est parfaitement adapté à l’utilisation d’une batterie solaire : l’électricité produite pendant la journée peut être entièrement consommée à la nuit tombée ou lors des journées à faible ensoleillement.
L’installation d’un panneau solaire avec batterie est donc une solution judicieuse pour faire des économies d’énergie et se diriger vers une autonomie totale.
Autoconsommation avec vente du surplus
Grâce à ce système, vous consommez toujours l’énergie solaire que vous produisez. Cependant, si la production de vos panneaux solaires dépasse votre consommation, le surplus d’électricité est vendu à votre distributeur en basculant sur le réseau public.
Pour mettre en place ce mode d’autoconsommation, il faut signer un contrat avec EDF Obligation d’Achat. Le surplus d’électricité de vos panneaux solaires est ensuite acheté à un prix fixe, mis à jour chaque année par la Commission de Régulation de l’Énergie.
En plus de réduire votre facture d’électricité de près de 50% grâce à ce revenu supplémentaire, vous pouvez également bénéficier d’aides à l’installation de panneaux solaires : en choisissant l’autoconsommation avec vente du surplus, vous êtes éligible à la prime à l’autoconsommation ainsi qu’à d’autres aides fiscales (TVA réduite, exonération d’impôt sur le revenu, etc.). Vérifiez l'éligibilité de votre projet photovoltaïque à ces aides afin de réduire drastiquement votre facture d’installation.
Revente totale
Dans ce dernier cas, la totalité de l’électricité produite par vos panneaux photovoltaïques est revendue à un distributeur (ENGIE, EDF OA ou distributeur local). Votre électricité est donc injectée dans le réseau public en passant obligatoirement par un compteur Linky afin de déterminer précisément la quantité d’énergie vendue.
La revente totale de votre énergie solaire vous offre un revenu supplémentaire, mais contrairement aux deux modes de consommation précédemment cités, elle ne vous permet pas de diminuer votre facture d’électricité.
