Investir dans une installation photovoltaïque est un choix à la fois écologique et très rentable. Mais en choisissant ainsi de produire vous-même votre électricité, un minimum de connaissances s’impose. Comprendre le fonctionnement de panneaux solaires n’est pas sorcier, encore faut-il en saisir les principes de base. Qu’est-ce qu’une cellule photovoltaïque ? Comment les panneaux solaires transforment-ils les rayons du soleil en électricité ? Comment est-elle stockée ? Voici tout ce que vous devez savoir.
1. Panneau solaire photovoltaïque : comment ça marche ?
Le panneau photovoltaïque fonctionnement comprend plusieurs phases et repose sur trois éléments principaux :
- Les cellules photovoltaïques fabriquées à base de silicium, un matériau semi-conducteur qui capte l’énergie solaire
. - Les modules installés sur votre toiture, de grands panneaux rectangulaires recouverts de cellules photovoltaïques.
- L’onduleur, un dispositif qui transforme le courant continu produit par les cellules en courant alternatif.
Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?
Vos cours de physique-chimie remontent déjà à quelques années ? L’effet photovoltaïque est un concept qui ne vous parle plus vraiment ? Pas de panique !
Retenez d’abord qu’une cellule photovoltaïque, aussi appelée cellule solaire, est un composant électronique constitué de semi-conducteurs fabriqués à base de silicium. Celles-ci sont capables de produire de l’électricité à partir de l’énergie solaire grâce à l’effet photovoltaïque.
Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque ?
Le principe de fonctionnement photovoltaïque est un phénomène physique qui repose sur le comportement des matériaux semi-conducteurs photosensibles lorsqu’ils captent un rayonnement solaire. L’absorption de ce flux lumineux génère un courant électrique continu.
Allons maintenant un peu plus loin :
L’effet photovoltaïque, qui permet de transformer un rayon solaire en électricité, repose sur un principe physique relativement simple :
Lorsque des particules de la lumière (photons) impactent les cellules photovoltaïques, elles transmettent leur énergie aux électrons des semi-conducteurs qui, grâce à une différence de potentiel électrique, génèrent une tension électrique.
Comment est-ce possible ? C’est simple : la conductivité électrique des cellules de silicium a été optimisée par l’ajout de matériaux comme le phosphore, et ainsi « dopée » positivement et négativement. Elles présentent une couche avec un déficit en électron et une seconde avec un excès d’électrons.
Voici ce qu’il se passe alors : lorsque les rayons du soleil viennent impacter les cellules photovoltaïques, les particules de lumière (photons) transmettent leur énergie et permettent de créer un circuit électrique grâce à la différence de potentiel entre les deux couches
Bon à savoir : Le matériau semi-conducteur le plus utilisé à l’heure actuelle pour le panneau solaire fonctionnement demeure le silicium. Celui-ci est fabriqué à partir de la silice que l’on trouve notamment dans le sable. La nécessité de rendre celui-ci très pure pour les panneaux solaires production électricité implique cependant une dépense initiale importante en termes d’énergie.
Modules photovoltaïques : de quoi parle-t-on exactement ?
Il s’agit ni plus ni moins que des grands parallélépipèdes rectangles aux reflets bleutés ou noirs installés sur votre toit ou remplaçant les tuiles, selon le mode d’installation choisi (intégré au bâti ou en surimposition).
Le module de base c’est ce panneau mesurant quelques centimètres d’épaisseur avec une surface de l’ordre du mètre carré, un poids d’environ 20 kg et composé d’un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement.
En raison de leur fragilité (une cellule solaire mesure environ 200 micromètres d’épaisseur), de leur vulnérabilité à l’environnement extérieur (température, humidité, corrosion), celles-ci doivent être protégées grâce à une enveloppe de protection réalisée à base de résine chimique, puis intégrée à un châssis en aluminium pour donner lieu au panneau.
Fixés et orientés sur la façade la plus exposée au soleil, le module photovoltaïque fonctionne alors comme un générateur électrique de courant continu lorsqu’il capte le rayonnement solaire.
Le courant continu produit par les modules photovoltaïques est ensuite converti en courant alternatif par un onduleur. Et c’est ce que nous allons voir à présent :
L’onduleur, un dispositif capital
Pourquoi est-il si important ?
Tout simplement parce qu’il agit comme une passerelle entre votre installation solaire photovoltaïque et le réseau électrique.
L’onduleur est en effet un boitier de conversion qui transforme le courant continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif exploitable par vos équipements électriques.
Il en existe de deux types :
- Les onduleurs de chaîne qui peuvent accueillir le courant continu produit par un ensemble de panneaux photovoltaïques (une chaîne de modules)
- Les micro-onduleurs destinés à un seul module (un seul panneau)
Bon à savoir : le courant alternatif peut être directement consommé par vos équipements électriques dans le cadre d’une autoconsommation, ou être injecté dans le réseau public de distribution en cas de revente de votre surplus.
2. La production d’électricité photovoltaïque : un processus en 3 étapes
La captation et la transformation des rayons solaires en électricité se déroulent de la façon suivante :
- Première étape
La lumière du soleil impacte les cellules photovoltaïques de vos panneaux solaires et vient stimuler leurs composant clé : le silicium.
- Deuxième étape :
Les rayons du soleil transmettent leur énergie aux électrons contenus dans les panneaux. Les électrons se déplacent et produisent un panneaux solaires courant continu.
Seulement voilà, à ce stade cette électricité n’est pas encore exploitable. En effet, elle ne correspond pas au type de courant utilisé dans les réseaux électriques domestiques : le panneaux solaires courant alternatif
- Troisième étape
Votre onduleur transforme le courant continu en courant alternatif. Le courant alternatif est celui que l’on utilise dans les foyers pour faire fonctionner les appareils ménagers, s’éclairer, se chauffer, faire la cuisine ou encore regarder la télévision.
Si vous avez opté pour l’autoconsommation avec vente du surplus, cette électricité peut aussi être revendue au fournisseur d’électricité de votre choix, ou encore stockée dans une batterie en vue d’une utilisation différée (lorsqu’il n’y a plus de soleil, la nuit). Sachez cependant que stocker votre électricité grâce à une batterie demeure encore une solution peu rentable. Nous vous recommandons de vous tourner vers un système d’autoconsommation avec vente du surplus. Libre à vous !
