Vous souhaitez prendre part à la transition énergétique tout en faisant des économies sur votre facture d’électricité, et opter pour des panneaux photovoltaïques sur votre toiture ? C’est une super bonne nouvelle. Vous voulez en plus comprendre comment toute cette installation va fonctionner ? Laissez-nous vous expliquer.
Au commencement était l’atome (déso Adam). Plus sérieusement, pour appréhender le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque, il est indispensable de maitriser quelques connaissance concernant l’électricité : qui est-elle, quel est son réseau (électrique) ?
Pour saisir le procédé de fonctionnement d’un panneau solaire, il faut se plonger un peu dans la physique. N’ayez pas peur, on va y aller doucement pour ne perdre personne.
Comment est produit le courant électrique ?
Le courant électrique est possible grâce à la circulation d’électrons. Un électron est un élément constitutif d’un atome. Donc en gros, le courant électrique, c’est tout un tas de tout petits trucs qui font une rave party. Pour le dire mieux, c’est l’agitation des électrons à l’intérieur d’un matériau conducteur, le tout supporté par une force électromagnétique qui crée l’électricité. Nous ne rentrerons pas davantage dans les détails, puisque j’ai arrêté la physique à la fin de la seconde.
Quels sont les différents types de courants électriques ?
Une fois qu’il existe, le courant électrique peut être soit continu, soit alternatif :
Le courant continu se déplace dans une seule direction, depuis le pôle négatif vers le pôle positif.
C’est le premier qui a été découvert, et il se rencontre de nos jours en début et en fin de chaine, c’est-à-dire à la fois dans le transport de la très haute tension mais également dans la majorité de nos appareils électroniques (comme le smartphone ou l’ordinateur avec lequel vous lisez ce brillant article).
Le courant électrique alternatif quant à lui, se déplace dans un sens, puis dans l’autre, en respectant une périodicité égale. Pour fabriquer du courant alternatif, il est nécessaire d’avoir un alternateur.
Si l’on prend par exemple une turbine, qui fait tourner un aimant très rapidement et qui donc inverse les pôles négatif et positif en rythme, on arrive à produire du courant dans un sens puis dans l’autre, alternativement.
Actuellement, c’est la chaleur issue de la combustion des matériaux comme le charbon ou du gaz, de la fission des atomes nucléaires ou encore du vent qui alimente les turbines nécessaires à produire de l’électricité.
L’intérêt du courant alternatif, c’est qu’il est possible d’en moduler sa puissance et son intensité. Il est donc bien pratique, même s’il ne se stocke pas.
Dans nos logements, c’est le courant alternatif qui est utilisé pour la lumière, le chauffage, etc.
Mais donc, comment expliquer le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque ?
Le fonctionnement d’un panneau solaire est identique aux principes évoqués à l’instant. C’est la chaleur du soleil qui, venant frapper les composants situés dans les panneaux, agitent les électrons présents dans les cellules et créent l’électricité.
Il existe bien entendu plusieurs types de panneaux solaires photovoltaïques et ils ne comportent pas tous les mêmes éléments ou les mêmes composants.
Dans les panneaux solaires mono ou polycristallins, les matériaux utilisés sont les suivants :
Le silicium, que l’on trouve dans le sable ou le quartz par exemple. Après un traitement en plusieurs étapes, il est inséré dans les panneaux. Lorsque le soleil chauffe sa surface, les électrons qui composent les atomes de silicium s’agitent. C’est l’agitation de ces électrons qui va créer du courant. Néanmoins, seul, le silicium ne sert pas à grand-chose.
En effet, rappelons-nous que pour se déplacer, l’électricité doit partir d’un pôle négatif vers un pôle positif.
Alors, en surface du panneau est ajoutée une couche de phosphore, qui va jouer le rôle du pôle négatif et en dessous du silicium, une couche de bore, qui va elle jouer le rôle du pôle positif. C’est cette composition qui permet la circulation des électrons de silicium et la fabrication d’un courant électrique.
Quels sont les différents types de panneaux solaires photovoltaïques ?
Les panneaux polycristallins sont composés de plusieurs cellules de silicium qui sont différentes les unes des autres. Ils sont fabriqués à partir des chutes des panneaux solaires monocristallins. C’est la raison pour laquelle leur aspect est celui d’une mosaïque bleutée. Ils sont utilisés dans les zones très chaudes. Leur rendement, entre 11 et 15% est moins important que les panneaux monocristallins.
Les panneaux monocristallins sont eux composés d’un seul cristal de silicium. Cette homogénéité leur confère un aspect bleuté presque noir. Leur rendement est plus important puisqu’il est de l’ordre de 16 à 24%. Leur composition permet de produire dès le matin tôt jusque tard dans la soirée (la présence du soleil reste indispensable évidemment).
D’autres panneaux existent, comme les panneaux solaires CIGS (Cuivre, Indium, Gallium et Sélénium – qui ne sont pas des personnages d’Astérix sinon des éléments). Cette technologie a été développée pour échapper aux coûts plus élevés des panneaux cristallins. Néanmoins, l’évolution à la baisse des coûts de production de ces derniers, couplé à leurs performances et leur rendement a amoindri l’intérêt de cette technologie.
L’électricité produite par mes panneaux solaires est-elle directement injectée dans ma maison ?
La réponse est non. Le courant électrique produit par un panneaux solaire photovoltaïque est continu, et ne peut, en l’état, pas être injecté dans la maison ou dans le réseau général, puisque ces derniers sont tous deux des courants alternatifs. Il faut donc aussi installer un ou plusieurs onduleurs, qui servent de transformateurs entre le courant électrique continu produit par le panneau et le courant alternatif de là où celui-ci sera envoyé pour être utilisé.
L’onduleur est incontournable et certaines installations sont même dotées de micro-onduleurs (un par panneaux) dans le but d’assurer un meilleur équilibrage dans la production globale. Ainsi si un des panneaux de l’installation défaille, ce n’est pas toute la production qui pâtie de cette défaillance.
Quelles sont les différentes unités de mesure de l’électricité ?
Nous n’allons pas détailler toutes les unités de mesure de l’électricité, sinon saisir la différence entre kWh et kWc, inhérentes notamment à la consommation électrique, et à la production photovoltaïque.
Avant que de parler de kWh (kilowatt par heure), penchons-nous sur ce qu’est un watt. Le watt est l’unité de mesure de la puissance électrique. Cela représente l’énergie consommée chaque seconde par un appareil électrique (sachant que 1 watt = 1 joule/seconde ; mais ne compliquons pas tout).
Donc très logiquement, 1 kWh c’est l’équivalent de 1000 watts produits pendant une heure entière, soit beaucoup (trop) de joules.
Le kWc quant à lui (kilowatt crête), correspond à la puissance nominale d’une infrastructure solaire. Il s’agit donc de la puissance maximale théorique de l’installation photovoltaïque.
Pour résumer, dans les meilleures conditions possibles, 1 kWc correspond plus ou moins à une production de 1000 kWh par an. Evidemment, à cette estimation théorique s’appliquent les conditions météorologiques et autres aléas climatiques. Par ailleurs, pour visualiser, une installation de 3kWc (qui correspond à une large majorité des équipements présents en France) équivaut à 8 panneaux.
Vous savez tout !