Les panneaux photovoltaïques sont des dispositifs qui convertissent l’énergie solaire en électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Ils sont composés de cellules solaires qui captent la lumière du soleil et la transforment en courant électrique continu. Ces systèmes permettent de produire une énergie renouvelable, propre et de plus en plus utilisée dans le cadre de la transition énergétique.
Caractéristiques techniques des panneaux photovoltaïques :
1. Composition des panneaux photovoltaïques :
- Cellules photovoltaïques : Le cœur des panneaux est constitué de cellules photovoltaïques, généralement en silicium, un matériau semi-conducteur. Ces cellules sont regroupées pour former des modules. Les panneaux standard comportent entre 60 et 72 cellules.
- Silicium monocristallin vs. polycristallin :
- Monocristallin : Fabriqué à partir d’un seul cristal de silicium, ce type de cellule est plus efficace (taux de conversion de 18 à 24 %) et donc plus performant, mais plus coûteux. Les panneaux sont généralement noirs et plus uniformes visuellement.
- Polycristallin : Constitué de plusieurs cristaux de silicium, il est moins cher mais légèrement moins performant (taux de conversion de 15 à 18 %). Les panneaux sont souvent de couleur bleue.
- Cadre et protection : Les cellules sont encapsulées dans un cadre en aluminium et protégées par une vitre en verre trempé à haute résistance pour résister aux intempéries (grêle, vent, etc.). L’arrière des panneaux est recouvert d’une feuille protectrice en plastique.
2. Principe de fonctionnement :
- Effet photovoltaïque : Lorsque les photons (particules de lumière) frappent les cellules photovoltaïques, ils excitent les électrons présents dans le silicium. Ce mouvement d’électrons génère un courant électrique continu.
- Courant continu (CC) à courant alternatif (CA) : Le courant produit par les panneaux est en courant continu. Il est ensuite converti en courant alternatif via un onduleur, car les appareils électriques domestiques utilisent du courant alternatif (230V en Europe).
- Rendement : Le rendement d’un panneau photovoltaïque désigne le rapport entre l’énergie solaire captée et l’énergie électrique produite. Un panneau typique affiche un rendement moyen de 15 à 22 %, selon la technologie utilisée (monocristallin, polycristallin, couches minces).
3. Installation et inclinaison :
- Orientation et inclinaison : Pour maximiser la production d’électricité, les panneaux doivent être orientés plein sud (dans l’hémisphère nord) et inclinés à un angle optimal, généralement entre 30 et 35 degrés selon la latitude du lieu d’installation.
- Fixation : Les panneaux peuvent être installés sur des toitures inclinées ou plates, sur des structures au sol ou des carports. Ils sont fixés à l’aide de rails ou de supports en aluminium, garantissant la stabilité et la durabilité face aux conditions météorologiques.
- Surface nécessaire : Pour installer 1 kWc (kilowatt-crête) de panneaux photovoltaïques, il faut environ 6 à 7 m² de surface. La production varie ensuite selon la région, la saison, et l’ensoleillement.
- Systèmes intégrés au bâtiment (BIPV) : Des solutions comme les tuiles photovoltaïques intègrent les cellules solaires directement dans les matériaux de construction pour une esthétique plus discrète et une utilisation optimisée de l’espace.
4. Onduleurs et système électrique :
- Onduleur : L’onduleur joue un rôle crucial, car il convertit le courant continu généré par les panneaux en courant alternatif, compatible avec le réseau domestique. Il existe deux types d’onduleurs :
- Onduleur centralisé : Convient aux installations plus importantes où plusieurs panneaux sont connectés à un même onduleur.
- Micro-onduleur : Chaque panneau dispose de son propre onduleur, ce qui permet de maximiser la production si un panneau est partiellement ombragé.
- Optimiseurs de puissance : Ils sont utilisés pour améliorer le rendement des panneaux en cas d’ombre partielle ou de différences d’orientation des panneaux. Ils ajustent la performance de chaque panneau individuellement.
5. Puissance et production d’électricité :
- Puissance en kilowatt-crête (kWc) : La puissance d’un panneau photovoltaïque est exprimée en kWc. Cette valeur indique la puissance maximale que le panneau peut produire dans des conditions optimales (ensoleillement maximal et température de 25°C). Un panneau standard a une puissance de 300 à 400 Wc.
- Production annuelle : En France, un système de 1 kWc produit en moyenne entre 900 et 1 400 kWh par an, en fonction de l’ensoleillement de la région. Une installation de 3 kWc peut donc produire entre 2 700 et 4 200 kWh par an, couvrant une partie ou la totalité des besoins d’un foyer.
6. Stockage et autoconsommation :
- Autoconsommation : Les panneaux photovoltaïques peuvent être utilisés en mode autoconsommation, c’est-à-dire que l’énergie produite est directement consommée par l’habitation, réduisant ainsi la facture énergétique. L’excédent non consommé peut être injecté dans le réseau ou stocké.
- Batteries : Pour maximiser l'autoconsommation, des systèmes de stockage par batteries sont souvent ajoutés à l’installation. Ces batteries (généralement au lithium-ion) permettent de stocker l’énergie produite pendant la journée pour une utilisation en soirée ou pendant les périodes de faible ensoleillement.
7. Avantages :
-Énergie renouvelable et propre : Les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité sans émissions de CO2 et réduisent ainsi l’empreinte carbone.
-Rentabilité : Avec une durée de vie de 25 à 30 ans et des coûts d’installation en baisse, les panneaux photovoltaïques sont de plus en plus rentables, surtout avec les aides de l’État et les tarifs d’achat garantis.
- Faible entretien : Hormis le nettoyage occasionnel pour enlever la poussière et les feuilles, les panneaux nécessitent très peu d'entretien. L’onduleur, en revanche, doit être surveillé et parfois remplacé après une dizaine d’années.
8. Réglementation et aides financières :
- Aides de l’État : En France, des aides telles que la prime à l'autoconsommation ou des crédits d’impôt permettent de financer une partie de l’installation. Les particuliers peuvent également bénéficier de la TVA réduite à 10 % sur l’installation.
- Revente d’électricité : Les particuliers ont la possibilité de revendre l’excédent d’électricité produit à un tarif réglementé par EDF OA (Obligation d'Achat), garantissant une source de revenus supplémentaires.