L’énergie électrique peut être produite à partir de plusieurs sources d’énergie. Cependant, celle produite avec la technologie photovoltaïque est propre et offre un excellent rendement. En effet, l’énergie solaire utilisée dans les foyers de nos jours s’appuie essentiellement sur les cellules photovoltaïques. Cela se fait grâce à des matériaux capables de produire un mouvement d’électrons sous l’action de la lumière. Bien sûr, il est possible d’exploiter cette particularité physique de différentes manières. Avec cette alternative, plus besoin d’utiliser l’énergie du réseau de distribution classique. Comment une telle technologie fonctionne-t-elle ? Voici un tour d’horizon sur le fonctionnement de la technologie photovoltaïque.
Principe et composition de la technologie
Rencontré depuis longtemps dans les calculatrices, cette technologie est aujourd’hui utilisable dans nos foyers.
Son fonctionnement
Le principe de l’énergie photovoltaïque est de transformer les photons en volts. Autrement dit, une source lumineuse radiative en énergie électrique. Ce phénomène suit des règles de fonctionnement assez simples et se produit grâce à l’application de certaines lois de la physique.
Il se réalise par l’intermédiaire des panneaux solaires qui captent l’énergie solaire. Le kit d’installation est composé des panneaux ainsi qu’un dispositif de stockage (une batterie). Rendez-vous sur Ecoflow pour En savoir plus sur les kit panneaux solaires avec batterie afin d’éviter la mauvaise qualité et les petites arnaques sur Internet.
La composition du kit solaire à installer
Plus concrètement, le kit d’installation solaire ne comprend pas que les panneaux et la batterie. Pour une installation solaire, il faut faire appel à un professionnel dans le but de bénéficier d’une bonne installation qui va durer dans le temps. Habituellement, le kit d’installation regroupe un ensemble d’éléments jouant chacun un rôle particulier, notamment :
- Les modules de cellules photovoltaïques (autrement dit les panneaux) : ils servent à transformer l’énergie lumineuse solaire en courant électrique continu ;
- Le système d’intégration et de montage au toit : son rôle est de fixer solidement les panneaux à la toiture et de maintenir leur stabilité sur de longues années ;
- Les constituants d’abrègement : ils favorisent la jonction étanche et harmonieuse du revêtement de la toiture et des panneaux solaires ;
- L’onduleur solaire : il reçoit le courant électrique continu pour ensuite le changer en courant alternatif adaptable avec le réseau d’électricité domestique ;
- Le compteur de production (branché à l’installation) : il a pour rôle de donner des informations au propriétaire sur la quantité d’énergie électrique produite en kilowattheures (kWh).
Outre ces derniers, on a également quelques constituants pour le câblage.
Règle de fonctionnement d’une installation solaire
Tous les panneaux solaires sont constitués d’un ensemble de cellules photovoltaïques, dont les tailles sont variables. En fonction des constructeurs et des technologies, une cellule ordinaire a habituellement 150 mm pour la largeur et 160 mm pour la longueur. Néanmoins, le silicium amorphe qui est assez rare confère plus de souplesse quant aux dimensions d’une cellule photovoltaïque : on peut parler de sur-mesure.
Ainsi, une cellule peut présenter comme dimensions entre 12 et 300 mm pour un voltage allant de 1,5 à 24 V. On doit la découverte du phénomène photovoltaïque à Antoine Becquerel en 1839. C’est un phénomène qui se fonde sur les caractéristiques de certains matériaux dits « semi-conducteurs » au moment où ils entrent en contact avec le scintillement du soleil.
Processus de fabrication et utilisation des panneaux solaires dans les foyers
Pour comprendre le fonctionnement de la technologie photovoltaïque, il faut savoir comment sont conçus les panneaux photovoltaïques. Tout d’abord, il faut avoir un lingot de silicium. Encore appelés « wafers », les lingots de silicium sont traités avec du phosphore à très haute température. C’est une étape cruciale pour octroyer sa propriété photovoltaïque au silicium. La plaque finalement obtenue est modelée en panneau solaire avec un encadrement et une protection (fréquemment une feuille blindée).
Types de panneaux solaires
Deux grandes familles de panneaux existent en fonction du procédé de fabrication. D’un côté, il y a les panneaux solaires monocristallins et de l’autre, ceux polycristallins.
Les panneaux solaires monocristallins sont faits à partir d’un unique cristal de silicium pour chaque cellule photovoltaïque. Plus performante, leur conception est assez complexe et plus coûteuse dans le sens où un traitement purificateur est indispensable à l’isolation et à l’obtention d’un seul cristal.
Les panneaux solaires polycristallins ont un processus de fabrication moins exigeant. Ils sont habituellement faits à base des chutes de silicium provenant de la fabrication des panneaux monocristallins. De ce fait, ils sont moins chers.
Naturellement, le rendement des panneaux varie selon leur type. Un panneau monocristallin a un rendement plus élevé (14 à 19 %) que celui polycristallin (11 à 15 %) et c’est pareil pour les prix (8 000 € contre 6 500 €).
Rendement d’un panneau photovoltaïque
L’énergie électrique produite par une installation photovoltaïque est la somme de la production de l’ensemble des cellules des panneaux installés. Cette puissance maximale pouvant être produite est nommée « puissance crête » et s’exprime en kilowatts-crête (kWc).
Le taux de rendement est le rapport entre la quantité d’énergie électrique produite et celle de rayonnement solaire reçu. Il ne faut donc pas confondre puissance, crête et taux de rendement du panneau.
Ce taux peut dépendre de plusieurs facteurs, notamment :
- L’ensoleillement de la région ;
- L’orientation du panneau solaire ;
- L’inclinaison du toit et surtout du type de panneau.
Le taux de rendement habituellement observé est situé entre 7 et 24 %. Les études théoriques ont prouvé qu’il est physiquement impossible de dépasser un rendement de 35 %.
Utilisations en milieu domestique
Les panneaux solaires photovoltaïques posés sur une maison font principalement l’objet de deux modes de consommation. Il y a des kits à installer soi-même, mais l’idéal est de faire appel à un professionnel.
D’une part, ils peuvent servir à l’autoconsommation qui va permettre de consommer une partie ou l’entièreté de l’énergie solaire produite et de revendre l’excès à 10 centimes d’euros le kWh. Le meilleur taux d’autoconsommation est ordinairement compris entre 30 et 50 %.
D’autre part, il est possible de revendre la totalité de l’énergie produite à condition que l’installation solaire dispose d’un compteur de production, indépendant de celui de la maison. Les tarifs de vente du kilowattheure varient en fonction de la puissance maximale fournie en kilowatts-crête (kWc). Plus la puissance crête est élevée, plus le prix du kilowattheure est bas.
Il est à retenir qu’un panneau solaire photovoltaïque fonctionne sur le principe de la transformation de l’énergie lumineuse (radiante) en énergie électrique. Les panneaux photovoltaïques utilisent les caractéristiques du silicium, un semi-conducteur hyper sensible aux photons. En fonction de leur type, les performances des panneaux solaires peuvent varier.