Quel est le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque ?

Comment fonctionne un panneau solaire ?

Le silicium appartient à la famille des matériaux semi-conducteurs et il est le principal composant de la plupart des cellules photovoltaïques. En effet, grâce à l’effet photovoltaïque qui apparaît dans les couches de silicium, les panneaux solaires produisent l’électricité grâce à l’ensoleillement. Ils convertissant l’énergie du soleil en énergie électrique, transformant ainsi le courant continu en courant alternatif. 

L’énergie solaire peut libérer des électrons dans le silicium. Cette libération d’électrons génère une tension dans la cellule solaire. Ainsi, en connectant plusieurs cellules solaires dans le panneau solaire, l’électricité peut circuler. 

Structure d’un panneau solaire

Les modules solaires de chaque fabricant sont élaborés avec des méthodes différentes, mais le fonctionnement et la structure sont les mêmes. Le panneau solaire se compose de six couches suivantes : 

• Un cadre en aluminium qui maintient les différentes couches ensemble
• Du verre de sécurité pour protéger les cellules solaires
• Une couche de plastique qui protège les cellules solaires de l’eau
• Des cellules solaires qui collectent l’énergie du soleil
• Une autre couche de plastique pour la protection de la face arrière
• Une plaque arrière robuste pour l’isolation et la protection 

La couche des cellules solaires est la partie fonctionnelle du panneau photovoltaïque. Ces cellules solaires convertissent la lumière du soleil en courant continu.

Comment fonctionne un panneau solaire thermique ?

Un panneau solaire thermique capte la lumière du soleil pour chauffer un fluide via une surface absorbante. Voici les étapes de son fonctionnement :

Ce système est efficace pour le chauffage de l’eau et la réduction des coûts énergétiques, tout en étant écologique.

Fonctionnement des panneaux solaires : 4 étapes

Comment fonctionnent les panneaux solaires photovoltaïques ? Le fonctionnement des panneaux solaires peut être expliqué en 4 étapes, à savoir :

Étape 1 : L’énergie solaire comme base de travail

L’énergie solaire est une énergie verte, tout comme l’énergie éolienne et l’énergie hydraulique. L’énergie solaire est pratiquement inépuisable, c’est pourquoi on peut la qualifier d’énergie durable, car l’énergie solaire provient du soleil qui fournit chaleur et lumière.

Étape 2 : Capter l’énergie solaire

Grâce aux capteurs solaires, nous pouvons extraire l’énergie gratuite du soleil et la convertir en énergie électrique. Les cellules photovoltaïques sont installés sur les toits des maisons et des entreprises.

Afin de capter le maximum de lumière solaire, les capteurs solaires sont installés face au sud.

Pour améliorer encore plus le rendement, il est préférable de placer les cellules photovoltaïques selon un angle de 36 degrés. Même sans ces conditions idéales, d’excellents rendements peuvent être obtenus.

Étape 3 : Convertir l’énergie solaire en électricité

L’ énergie solaire collectée par les cellules photovoltaïques est appelée « courant continu », qui ne peut actuellement pas être utilisée comme énergie électrique à la maison.

L’énergie que nous utilisons dans les habitations pour alimenter les différents appareils électriques (lave linge, lave vaisselle…) est appelée “courant alternatif”. C’est l’onduleur photovoltaïque qui convertit le courant continu produit en courant alternatif.

En ajoutant des batteries au dispositif solaire, ce courant alternatif (l’électricité) peut également être stocké. Ainsi, vous pouvez utiliser votre propre énergie verte la nuit ou lorsque les rayons du soleil sont moins intenses. Vous devenez moins dépendant de votre fournisseur d’électricité.

Étape 4 : Envoi ou réception d’électricité

Si votre production d’ énergie solaire photovoltaïque est inférieure à l’énergie que vous consommez, vous pouvez toujours utiliser l’électricité de votre fournisseur d’énergie.

A l’heure actuelle, si vous produisez plus que ce que vous consommez, il est possible de le rendre à votre fournisseur d’énergie. C’est ce que nous appelons la différence entre la consommation et l’alimentation du réseau.

L’énergie restituée est déduite de votre facture énergétique. Avez-vous produit plus à la fin de l’année que ce que vous avez utilisé ? Vous pourrez alors vous faire rembourser par votre fournisseur d’énergie. Les coûts peuvent varier de 0,04 euros à 0,12 euros par kWh. Il est donc judicieux de vérifier combien votre fournisseur d’énergie vous paie par kWh.

Il est bon de savoir que l’efficacité de l’installation solaire diminue légèrement avec le temps. La production annuelle d’électricité est réduite d’environ 0,5 %. Cela signifie qu’après 25 ans, le rendement des panneaux solaires est inférieur d’environ 13 % à celui de la première année. Cet aspect a été pris en compte dans le calcul des coûts et des avantages des panneaux solaires.

Quels sont les trois modes de fonctionnement possibles du photovoltaïque ?

Voici les trois modes de fonctionnement du photovoltaïque :

Ces trois modes reflètent la manière dont les panneaux photovoltaïques peuvent fonctionner sous différentes conditions d’ensoleillement, impactant directement leur rendement énergétique.

Facteurs influençant le rendement des panneaux solaires 

Si vous envisagez d’acheter des panneaux photovoltaïques, vous souhaitez naturellement qu’ils fonctionnent de manière optimale. Ce n’est pas seulement la qualité des kits solaires qui influe sur leurs performances, mais aussi l’état de votre maison, comme le type et l’orientation du toit. L’angle d’inclinaison de chaque panneau et la direction sont très importants pour obtenir le meilleur rendement possible.

Lisez ci-dessous les facteurs que vous devez prendre en compte car ils affectent le fonctionnement des panneaux solaires :

Orientation et direction

L’orientation des panneaux solaires et cellules photovoltaïques vers le sud vous permettra d’obtenir le meilleur rendement. De plus, si votre toit permet d’incliner vos capteurs solaires à un angle de 36 degrés, votre kit solaire sera encore plus rentable.

Mais en réalité, votre toit est bien souvent limité et vous devrez vous adapter à des conditions moins idéales. Notez qu’avec une inclinaison comprise entre 20 et 50 degrés, vous obtiendrez déjà un rendement normal.

Toutes les maisons ne peuvent pas avoir des panneaux photovoltaïques orientés plein sud. La direction sud-est ou sud-ouest peut également donner des rendements acceptables.

Enfin, il faut aussi tenir compte des ombres projetées par les bâtiments hauts. S’ils projettent des ombres à certains moments de la journée, cela aura naturellement aussi une incidence sur le rendement de vos panneaux solaires photovoltaïques.

En d’autres termes, chaque ménage ou bâtiment doit être examiné individuellement afin de placer les panneaux photovoltaïques au bon endroit pour obtenir le meilleur rendement.

Température et ombre

Le flux de circulation est la raison pour laquelle l’ombre réduit l’efficacité des installations photovoltaïques. En effet, le courant qui circule dans la cellule ombragée diminue, ce qui fait que les électrons cessent de se déplacer.

Pour minimiser cette perte de rendement, le panneau est doté de diodes de dérivation qui permettent “d’ignorer” temporairement les cellules ombragées.

L’utilisation de diodes de dérivation réduit le rendement réel du système de votre installation photovoltaïque. Le système se compose généralement de 3 diodes de dérivation et chaque diode de dérivation désactive un tiers du système, la sortie est donc réduite d’un tiers. Par conséquent, évitez l’ombre.

À des températures plus élevées, l’efficacité des panneaux photovoltaïques est plus faible. Pour chaque augmentation de 10 degrés en température, le rendement diminue d’environ 5 %. Il est donc important que l’air puisse circuler derrière le panneau afin que la température ne monte pas trop haut.

L’onduleur ne doit pas devenir trop chaud. Plus il y a de lumière qui frappe sur les panneaux, plus l’onduleur devient chaud. Lorsque l’onduleur surchauffe, le rendement diminue. Par conséquent, lors du choix de l’emplacement de l’onduleur, assurez-vous qu’il y a suffisamment d’air libre autour de l’onduleur.

Et en hiver ?

Comment savoir si les panneaux photovoltaïques peuvent également fonctionner en hiver ? Il y a moins d’heures d’ensoleillement en hiver, mais cela ne veut pas dire qu’il n’y a pas de lumière qui arrive sur les panneaux. Le panneau solaire reste actif, seules les heures d’ensoleillement et l’intensité du rayonnement sont plus faibles. En conséquence, le rendement en hiver est plus faible que durant les autres saisons.

L’efficacité des capteurs solaires varie considérablement au cours de l’année. Ceci est lié à la différence d’intensité de rayonnement mensuelle. Le rayonnement solaire est plus fort en été qu’en hiver et a donc une intensité de rayonnement plus élevée. Par conséquent, le temps d’ensoleillement en été contribue davantage au rendement des panneaux photovoltaïques que le temps d’ensoleillement en hiver.

Onduleurs

Un onduleur convertit le courant continu du module solaire en courant alternatif. Pour minimiser les pertes de puissance, l’onduleur peut être placé à proximité du module solaire. L’onduleur peut émettre un certain bruit au démarrage, comme un tic-tac ou un léger bourdonnement.

Les panneaux photovoltaïques sont raccordés en série à l’onduleur. Dans les systèmes plus importants (chaînes de panneaux), un plus grand nombre de circuits en série peuvent être connectés aux onduleurs string, ou onduleurs de chaîne. 

Si vous savez à l’avance que votre installation sera à l’ombre, vous pouvez l’équiper alors de micro-onduleurs. Ainsi, chaque panneau solaire aura son onduleur et le panneau ombragé ne réduira pas le rendement de l’installation. Cependant, les systèmes avec micro-onduleurs sont plus chers.

Comment fonctionne la batterie d’un panneau solaire ?

Une batterie dans un système solaire stocke l’électricité générée par les panneaux solaires pour une utilisation future. Voici son fonctionnement :

1. Chargement : L’électricité en courant continu produite par les panneaux solaires charge la batterie.
2. Stockage : L’énergie est stockée sous forme chimique dans la batterie, souvent au lithium-ion ou au plomb-acide.
3. Déchargement : Lorsque nécessaire, l’énergie stockée est convertie en courant alternatif par un onduleur pour alimenter les appareils électriques.
4. Gestion : Un système de gestion de batterie surveille et optimise la performance et la santé de la batterie.

Ce système assure l’approvisionnement en énergie en dehors des heures d’ensoleillement et améliore l’indépendance énergétique.

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