Comment fonctionne l’énergie solaire ?

Mis à jour le 30/08/2021

L’énergie solaire est un marché en expansion, propulsée par la transition énergétique. Le module solaire est un système permettant de transformer l’énergie du soleil, une pratique inépuisable, en courant électrique continu. Avant de se lancer dans la mise en place d’un projet solaire, il est nécessaire de connaître les bases du panneau solaire : technologies, types de panneaux solaires, choix, durée de vie, performance, aides financières. Pour décripter ce phénomène autour du solaire, Butagaz vous accompagne dans la compréhension du fonctionnement des panneaux photovoltaïques et de la filière de l’énergie solaire.

 

Qu'est-ce que l'énergie solaire ?

L’énergie solaire est une source abondante d’énergie provenant du soleil. Elle est gratuite, inépuisable et disponible partout dans le monde, à la différence des énergies fossiles. Cette énergie solaire n'est donc pas une énergie fossile, elle fait partie des énergies renouvelables et est une énergie verte.

 

schéma énergie solaire verte

Quels sont les différents types d'énergie solaire ? Il y a deux énergies solaires qui existent : l'exploitation de l'énergie solaire thermique et de l'énergie solaire photovoltaïque. Le premier, le solaire thermique, produit de la chaleur et sert à la production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage d'un fluide quelconque. Le second, le solaire photovoltaïque, produit de l’électricité et permet d’alimenter les équipements d’un logement ou d'une industrie. Chaque énergie solaire est exploitée par des capteurs thermiques qui récupèrent l’énergie du rayonnement solaire pour la transformer en chaleur et/ou en électricité. Encore très méconnu par le grand public, il existe également le panneau solaire hybride. Ce dernier permet d’associer les deux technologies précédentes, thermique et photovoltaïque.

 

schéma type d'énergie solaire

Il existe également plusieurs types de capteurs thermiques pour les panneaux solaires : 

  • Les capteurs thermiques plans (vitriés) : Ce sont les plus connus et vendus sur le marché des panneaux photovoltaïque. Leur fonctionnement est le suivant : ils sont composés de tubes remplis de liquide caloporteur. Le rayonnement du soleil chauffe ces fluides ce qui créé de l'énergie grâce à un effet de serre.
  • Les capteurs thermiques plans non vitriés : ces capteurs fonctionnent de la même manière que ceux mentionnés plus haut mais ne sont pas recouverts d'une vitre. Cette caractéristique les rend plus fragile et moins performants.
  • Les capteurs thermiques tubulaires : les capteurs sont composés de plaques à l'intérieur de chacun, et non de liquide. La plaque permet de chauffer plus facilement que le liquide et d'assurer un effet de serre plus rapide. Cette technologie est donc conseillée dans les zones géographiques les moins ensoleillées.
  • Les capteurs thermiques monoblocs : dans ce genre de technologie, le ballon de stockage est positionné sous les capteurs, à l'extérieur de la maison. Cette technologie n'est pas la plus efficace car le ballon se refroidit rapidement.

Le secteur de l’énergie solaire photovoltaïque se développe depuis quelques années, notamment avec l’essor de différentes offres d'installations de panneaux solaires pour la production d’électricité en autoconsommation.

 

Quelques chiffres

Selon l’ADEME, le développement de la filière solaire thermique a ralenti ces dernières années. Les ventes de chauffe-eau solaires ont diminué de 16 % en 2018. En parallèle, le marché du solaire photovoltaïque, au contraire, explose depuis 2009 notamment grâce à la réduction des prix des panneaux solaires

 

 

Comment fonctionne l'énergie solaire avec les panneaux solaires photovoltaïques ?

Chaque panneau solaire photovoltaïque est composé de cellules, composants électroniques qui produisent de l’électricité à partir de l’énergie solaire. Cela est rendu possible grâce à l’effet photovoltaïque découvert en 1839 par le physicien français, Antoine Henri Becquerel. Exposés au rayonnement solaire, les matériaux semi-conducteurs génèrent du courant. C’est le cas du silicium, principal matériau constituant les cellules photovoltaïques.

  • Durant le rayonnement solaire, les photons de la lumière solaire transfèrent leur énergie aux électrons du silicium, ce qui crée un courant électrique continu. C’est l’effet photoélectrique.

  • Le courant ainsi généré est dirigé vers l’onduleur qui le transforme ensuite en courant alternatif, utilisable par les appareils électroniques. 

 

Les panneaux solaires sont composés de plusieurs cellules silicium, en moyenne c’est 60 à 62 cellules pour un seul panneau solaire !

 

Comment fonctionne le rayonnement solaire ?

Le rayonnement solaire correspond à l’énergie rayonnante émise par le soleil. C’est l’élément central de l’énergie photovoltaïque. Trois rayonnements sont possibles :

  • Le rayonnement direct : Les rayons du soleil suivent un trajet sans obstacle jusqu’aux panneaux solaires

  • Le rayonnement indirect : Les rayons du soleil sont diffusés, passant à travers différents obstacles (comme les nuages par exemple)

  • Le rayonnement réfléchi : Les rayons du soleil sont réfléchis sur des obstacles avant d’atteindre les panneaux solaires (par exemple, les rayons frappent l’eau ou des miroirs)

Les panneaux solaires en fonctionnement reçoivent constamment ces trois types de rayonnements.

 

Schéma type de rayonnement énergie solaire

Quels sont les différents types de panneaux solaires photovoltaïques ?

Pour savoir comment fonctionne l’énergie solaire, il faut savoir qu’il existe différents types de panneaux solaires. Il y a quatre technologies propres :

  • Panneaux solaires monocristallins

D’un aspect noir uni, ils sont fabriqués à base d’un seul et unique cristal de silicium. Leur rendement est le plus élevé, de l’ordre de 20 % environ.

  • Panneaux solaires polycristallins

D’un aspect bleu, ils sont fabriqués à partir de plusieurs cristaux juxtaposés issus de chutes de silicium monocristallin. Leur rendement est légèrement inférieur, de l’ordre de 13 à 15 %.

  • Panneaux solaires amorphes

Ils sont conçus avec 1 % de silicium déposé sur un matériau amorphe (plastique, verre ou acier). Leur rendement est le plus faible : entre 6 et 9 %.

  • Panneaux solaires en couche mince

Dernière génération de panneaux solaires photovoltaïques, ils sont constitués de films minces à base de cuivre-indium-sélénium (CIS). Leur rendement atteint 13 %.

 

Schéma rendement type de panneaux solaires

 

Quel types de panneaux solaires choisir ? Celui qui sera adapté à votre logement, votre utilisation ou encore l’ensoleillement propre à votre région. Chaque technologie de panneau inclut un rendement, une durée de vie, un coût, un type d’installation, un espace, des garanties propres. Le rendement d’une installation solaire peut être compliqué à comprendre, mais est très important pour savoir comment fonctionne l’énergie solaire.

 

Le type de toiture conditionne le type d’installation. Toutes les toitures ne peuvent pas accueillir des panneaux photovoltaïques. Trois techniques d’installation dominent : l’intégration au bâti (IAB), l’intégration simplifiée au bâti (ISB) et l’intégration en surimposition.

 

  • Installation de panneaux solaires intégrés au bâti (IAB) : les panneaux remplacent les tuiles de votre toiture. En effet, ils sont totalement intégrés au plan de toiture et sont positionnés sur la charpente, inclinaison de la toiture comprise.

 

  • L’intégration simplifiée au bâti : elle consiste à poser les panneaux photovoltaïques parallèlement au plan de toiture.

 

  • Intégration en surimposition : les panneaux photovoltaïques sont posés au-dessus de la toiture. Les deux ensembles sont indépendants entre eux. La structure solaire ne fait donc pas partie de l’enveloppe du bâtiment dans ce cas. 

 

schéma type de toiture et d'installation solaire

 

Qu'est-ce qu'un onduleur pour l’installation photovoltaïque ?

Afin de récupérer l’énergie produite par les panneaux solaires et pouvoir l’injecter dans le réseau électrique de votre foyer, il est nécessaire d’avoir un courant alternatif. L’onduleur permet alors de convertir le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif. Le fonctionnement de l’onduleur solaire se détermine selon le type d’installation, et plusieurs normes doivent être respectées pour que l’onduleur fonctionne correctement.

 

Quels sont les types d’onduleurs qui existent ?

  • Onduleur centralisé : C’est un onduleur de grande puissance permettant d’accueillir l’ensemble des panneaux solaires, qui sont alors branchés en série. L’onduleur centralisé est le plus risqué mais le moins cher du marché.

  • Micro-onduleurs : Chaque panneau (ou couple de panneaux) est relié à son onduleur. Cette disposition permet d’optimiser la production d’énergie. En effet, si un des micro-onduleurs tombe en panne, le reste de l’installation solaire continue de fonctionner indépendamment. Il est majoritairement utilisé pour les installations résidentielles.

 

L’onduleur est primordial pour le bon fonctionnement de l’installation solaire. Il est donc important d'en prendre soin et de le choisir de qualité pour préserver ses performances. Le prix d’un onduleur varie selon la marque, le type et la puissance de l’installation solaire.

Comme l'onduleur, les panneaux solaires doivent être nettoyés régulièrement pour qu'ils restent performants. 

 

Quels sont les avantages et inconvénients de l'énergie solaire ?

En ce qui concerne l'énergie solaire, il existe plusieurs avantages et inconvénients qui permettent de comprendre comment fonctionne cette énergie verte et comprendre l'intérêt et l'efficacité de cette électricité produite.

 

Les +

  • Un investissement pour des économies d’énergie durables.

  • Une énergie primaire propre décarbonée.

  • Des technologies de plus en plus performantes et rentables.

 

Les -

 

Si vous optez pour le solaire, faites appel à un pro

Vous pouvez consulter Butagaz pour vous aider dans vos projets et trouver des artisans qualifiés. Investir dans l’énergie solaire est et doit être un investissement durable. Pour y parvenir, s’entourer de professionnels agréés qui sauront vous accompagner est indispensable. Faire appel à des pros, c’est aussi avoir des garanties sur la qualité des produits, la gestion du dossier et bénéficier d’aides financières.

 

L’énergie solaire a le vent en poupe et tout laisse penser que cela va durer : prix des panneaux photovoltaïques en baisse, aides financières, souci du consommateur de moins polluer, hausse de l’électricité et des abonnements. Un point essentiel : faire le bon choix de panneaux selon le logement pour assurer un rendement optimal.

 


Quels sont les points à retenir sur le fonctionnement de l’énergie solaire ?

  • L’énergie solaire est une source abondante d’énergie.

  • L’onduleur est une pièce primordiale et nécessaire au bon fonctionnement de l’installation solaire.

  • Un investissement non-négligeable, mais de réelles économies d'énergie à terme pour les foyers.

  • Une empreinte carbone réduite et un engagement pour la transition énergétique !

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