Panneaux solaires : comment ça marche

Un panneau solaire est un appareil installé sur la toiture qui récupère et utilise la lumière du soleil afin de la convertir en énergie électrique (photovoltaïque) ou en chaleur (thermique). Ces deux technologies peuvent être combinées. On parle alors de panneau hybride. Le soleil a un avantage de taille. Sa source d’énergie est utilisable à l’infini. À l’inverse des énergies fossiles, elle est gratuite et s’insère dans une démarche environnementale, d’où son importance dans la transition écologique. Sa puissance est comprise entre 270 kWh et 420 kWh.

Le panneau solaire est composé de cellules photovoltaïques qui assurent le bon fonctionnement de ce dernier. En captant la lumière, elles la convertissent en énergie. C’est ce que l’on appelle le courant continu. Puis, l’onduleur central se charge de transformer le courant continu en courant alternatif. Cette énergie est ainsi redirigée vers votre maison pour répondre à vos besoins en termes d’électricité.

Les panneaux solaires photovoltaïques

Les rayons du soleil frappent les cellules contenues dans le panneau solaire qui sont ensuite converties en courant électrique. Cette électricité est créée à partir d’électrons libres qui passent d’abord par un contrôleur de charge puis par la batterie. Pour finir, l’onduleur s’assure de la transformation du courant continu en courant alternatif.

Ils sont composés de cellules photovoltaïques connectées entre elles. Chacune d’entre elles est composée de silicium cristallin qui est un semi-conducteur. Les propriétés du silicium déterminent l’effet photovoltaïque. Le silicium est chargé positivement et négativement, ce qui permet la circulation des électrons et donc la production du courant électrique continu. Les cellules sont reliées entre elles via des éléments de contact métalliques. Ils désignent les conducteurs et les collecteurs du flux d’électrons libres.

Le processus de génération d’électricité à partir de l’énergie solaire comprend les étapes suivantes :

• les panneaux captent les rayons solaires ;

• les cellules de silicium convertissent la lumière en courant continu ;

• le courant continu est transformé en courant alternatif grâce à l’onduleur ;

• l’électricité est, par la suite, soit auto-consommée, soit injectée dans le réseau ;

• l’électricité passe par un compteur de consommation.

 

Les panneaux solaires thermiques

Le panneau solaire thermique a pour fonction première de produire du chauffage et de l’eau chaude. Grâce à ses capteurs, l’appareil réceptionne les rayons du soleil afin de réchauffer le fluide caloporteur situé sous les panneaux. Ce fluide transporte la chaleur jusqu’au ballon de stockage pour chauffer son contenu.

La chaleur collectée par les capteurs solaires est directement acheminée par un liquide qui la transporte dans un circuit hydraulique. Ce circuit contient un ou plusieurs réservoirs de stockage. La circulation du fluide caloporteur est contrôlée par un système de régulation. Si la chaleur n’est pas assez forte, la température issue des ballons de stockage sera trop basse. Il est alors possible d’utiliser un système d’appoint. Il existe plusieurs sortes de capteurs : les capteurs à tube sous vide, les capteurs vitrés, les capteurs non vitrés et les capteurs monoblocs.

On distingue essentiellement trois types de panneaux thermiques. Ces trois dispositifs présentent des avantages et des inconvénients :

• les panneaux à circulation directe. L’eau circule entre les tubes des capteurs solaires et le circuit secondaire (le réservoir d’eau). Elle se réchauffe dans les tubes thermiques avant de finir sa course dans le chauffe-eau. Le fluide caloporteur est inexistant ;

• les panneaux à circulation indirecte. Contrairement aux panneaux à circulation directe, ils sont dotés d’un échangeur thermique et utilisent un fluide caloporteur constitué d’eau et d’antigel ;

• les panneaux à concentration. Le principe de la concentration consiste à faire converger le rayonnement solaire vers un seul endroit. Ces panneaux réfléchissants, dits « miroirs », dirigent les rayons du soleil vers un dispositif contenant un liquide caloporteur. Ce fluide, chauffé à haute température, est transporté vers un échangeur afin de produire de la vapeur d’eau.

Les applications des panneaux solaires

En ce qui concerne le secteur résidentiel, l’autoconsommation est de mise. Cette utilisation concerne en particulier l’installation d’un équipement ou l’installation de chauffage dans une maison. L’installation photovoltaïque est particulièrement plébiscitée par le secteur résidentiel. En revanche, ce système est incompatible avec le raccordement au réseau de distribution d’électricité.

Le secteur industriel est également friand de panneaux photovoltaïques. Les sites industriels peuvent alors consommer l’électricité qu’ils produisent, ce qui permet de réduire drastiquement les factures énergétiques. Il existe différentes installations solaires dans le domaine du bâtiment : le panneau photovoltaïque, la centrale solaire au sol et l’ombrière photovoltaïque. Concernant le secteur commercial, les raisons d’investir dans l’énergie solaire sont nombreuses. Encore une fois, le panneau solaire photovoltaïque est à l’honneur. Choisir une énergie renouvelable est synonyme d’économie, d’autonomie et de lutte contre le réchauffement climatique.

Les applications du panneau solaire sont diverses et variées et il convient de citer les plus courantes :

• le chauffage de l’eau : installer une chaudière fonctionnant grâce à l’ensoleillement contribue à préserver l’environnement ;

• l’alimentation électrique des équipements : vous avez la possibilité d’alimenter vos appareils électriques (ordinateur, four ou machine à laver) avec un seul panneau solaire ;

• le système de pompage solaire : c’est un moyen avantageux qui permet un approvisionnement en eau à partir de n’importe quelle source. Idéal pour l’irrigation, l’abreuvage des animaux ou encore le remplissage des réservoirs, ce dispositif présente de multiples atouts. Alternative de taille au système de pompage manuel, il n’engendre aucune nuisance au niveau de l’environnement.

Les avantages et les limitations des panneaux solaires

Il s’agit d’une solution intéressante et compatible avec les notions de protection de l’environnement et d’économie. Fabriqué avec des matériaux recyclables, leur impact environnemental est moindre. Ils ne génèrent pas d’émissions de gaz à effet de serre ni de polluants. Ils interviennent aussi positivement dans la diminution des factures énergétiques. Si vous produisez et dépensez votre propre énergie solaire, vous n’avez donc pas besoin de faire appel à un fournisseur. Vous pouvez également revendre le surplus d’énergie non consommée.

Les panneaux solaires ont tout de même leurs limites en matière d’utilisation, notamment à cause de leur dépendance climatique. En été, les cellules solaires surchauffent en raison des fortes températures, ce qui réduit considérablement l’efficacité de ces derniers. En hiver, la présence des nuages bloque le passage de la lumière du soleil. La production peut baisser entre 10 et 45 %. Sans oublier le coût initial qui reste élevé. En effet, il faut compter entre 200 et 300 euros par m² pour un panneau photovoltaïque et entre 200 et 600 euros par m² pour un panneau thermique.

Les avancées technologiques et les perspectives d’avenir

Des chercheurs ont récemment mis au point de nouvelles technologies afin d’optimiser le rendement du panneau solaire en matière de production d’électricité. On peut citer, entre autres, les tuiles solaires, les cellules organiques, les panneaux bifaciaux et les installations solaires en pérovskite. D’autres, comme le panneau nocturne et le panneau autocollant, nécessitent des recherches plus approfondies.

Des professionnels se sont concentrés sur les cellules à base de pérovskite et de silicium. Ces nouvelles technologies permettront d’obtenir un rendement jusqu’à 29 % d’ici à 2025. Certains appareils électroniques alimentés grâce à l’énergie solaire vont bientôt faire leur apparition sur le marché. Grâce à une molécule composée d’azote, d’hydrogène et de carbone, l’énergie peut aujourd’hui être stockée pour une durée de 18 ans. Par ailleurs, les panneaux conçus avec des déchets agricoles fonctionnent par temps nuageux. Les panneaux nocturnes, quant à eux, fonctionnent une fois que le soleil se couche.

 

Conclusion

Les panneaux solaires thermiques et les systèmes photovoltaïques ont le vent en poupe. Leur usage diffère, à l’instar de leurs avantages et de leurs inconvénients. Progressivement, de nouvelles technologies sont mises en place pour garantir un rendement maximal.

Contrairement aux énergies fossiles qui ne sont pas renouvelables, les panneaux solaires ont recours au rayonnement solaire qui est une ressource propre et inépuisable. Aucun CO2 n’est donc rejeté. Les panneaux solaires sont donc un véritable symbole d’écologie.