8 milliards d’euros. C’est le montant investi par l’Union européenne dans l’importation de panneaux photovoltaïques en 2020. Un chiffre colossal qui révèle le succès de cette source d’énergie renouvelable et prometteuse. Mais pour que la promesse soit tenue, comprendre le fonctionnement et les systèmes qui composent les panneaux photovoltaïques s’avère indispensable.
Dans cet article, découvrez tout sur ces équipements qui convertissent l’énergie solaire en électricité. Au programme : les caractéristiques techniques, les critères de choix, l’impact environnemental et l’avenir des panneaux solaires photovoltaïques.
Comprendre les panneaux photovoltaïques
Derrière la simplicité apparente des panneaux photovoltaïques, il existe tout un processus technologique. Pour en exploiter pleinement le potentiel, il convient de comprendre leur fonctionnement et leurs différents composants.
Aussi appelé module solaire, le panneau photovoltaïque est un dispositif qui transforme l’énergie du rayonnement solaire en électricité. Composé de cellules en silicium, ils absorbent la lumière du soleil qui crée un courant électrique continu. Celui-ci est converti en courant alternatif par un onduleur, puis injecté dans le réseau électrique d’un bâtiment.
Les différents types de cellules solaires
On distingue 3 types de panneaux photovoltaïques en fonction de leurs cellules solaires :
- Les panneaux monocristallins ;
- Les panneaux polycristallins ;
- Les panneaux à couches minces.
Cellules monocristallines
Les cellules monocristallines doivent leur nom aux caractéristiques physiques du cristal de silicium dont elles sont issues. Contrairement aux panneaux polycristallines, le panneau monocristallin est fabriqué à partir d’un seul cristal de silicium. Ce processus donne lieu à des cellules uniformes avec un rendement élevé.
Cellules polycristallines
Les cellules polycristallines sont obtenues à partir de fragments de silicium cristallin fondus et refroidis. Ces types de panneaux renferment des cellules avec une structure cristalline moins parfaite, et donc un rendement légèrement inférieur.
Cellules à couches minces
Les cellules à couches minces s’obtiennent par incorporation d’une ou plusieurs fines couches de matériau semi-conducteur comme le silicium amorphe, le tellurure de cadmium ou le CIGS (cuivre, indium, gallium, sélénium). Déposés sur un substrat flexible, ces matériaux créent des cellules plus légères et moins coûteuses.
Comparaison des trois types de cellules
| Caractéristiques | Cellules monocristallines | Cellules polycristallinnes | Cellules à couches minces |
| Rendement | 16 à 20 % | 14 à 18 % | 14 à 23 % |
| Prix | élevé | Moyen | Bas |
| Durée de vie moyenne | Plus ou moins 30 ans | Plus ou moins 30 ans | 10 à 15 ans |
| Aspect | Uniforme | Légèrement marbré | Variété de couleurs et de textures |
Caractéristiques techniques des panneaux photovoltaïques
Indépendamment de leurs cellules photovoltaïques, l’efficacité des panneaux solaires reposent sur leurs caractéristiques. On distingue 4 principales caractéristiques :
- La puissance d’un panneau solaire
- La tension d’un panneau et le courant
- Le rendement
- La tolérance
Puissance solaire : définition et importance
La puissance d’un panneau photovoltaïque est exprimée en watts crête (Wc). Elle correspond à la puissance maximale qu’il peut délivrer dans des conditions idéales d’ensoleillement (1000 W/m²) et de température (25°C). Concrètement, plus la puissance est élevée, plus le panneau produira d’électricité à intensité maximale.
Tension et courant : le rôle du courant-tension
La notion du courant-tension est indispensable pour comprendre le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque. Il s’agit de la relation entre la tension appliquée aux bornes du panneau et le courant qu’il délivre. En pratique, cette caractéristique permet de comprendre comment la cellule réagit à différentes conditions d’ensoleillement et de température, et par la suite d’en optimiser la production d’énergie électrique.
Rendement des panneaux photovoltaïques
Le rendement d’un panneau photovoltaïque, exprimé en pourcentage, désigne la quantité d’énergie solaire convertie en électricité. Un rendement élevé signifie que le panneau produit plus d’électricité pour une même quantité de lumière solaire reçue.
La tolérance des panneaux solaires
La tolérance des panneaux solaires est un pourcentage qui indique la variation de puissance autorisée par rapport à la puissance réelle (Wc). Une tolérance positive signifie que le panneau peut produire plus que sa puissance nominale. La tolérance usuelle des panneaux solaires photovoltaïques est comprise entre +/- 3% à 5%.
Autres caractéristiques techniques importantes
Les caractéristiques suivantes permettent également de déterminer l’efficacité des panneaux solaires photovoltaïques :
- Le coefficient air-masse
- La température de fonctionnement
- Le facteur de remplissage (FF)
- Le coefficient de performance (CP)
Les modules photovoltaïques : une technologie en évolution
Les panneaux photovoltaïques sont composés de divers éléments qui assurent leur protection, mais aussi leurs performances :
Composition d’un module photovoltaïque
- Les cellules solaires : au cœur du module photovoltaïque, elles captent la lumière et la convertissent en électricité.
- Le substrat : généralement en verre ou en aluminium, maintient les cellules et les autres composés du module.
- L’encapsulant : matériau qui enrobe les cellules, les protège et les fixe solidement au substrat.
- Le verre protecteur : couvre le module photovoltaïque pour apporter une protection supplémentaire.
- Le cadre en aluminium : fixe le panneau sur le toit ou sur un support.
- Le boîtier de jonction : regroupe tous les câbles nécessaires à l’installation de panneau photovoltaïque.
Performance et rendement des modules
La performance d’un module photovoltaïque ne dépend pas seulement de l’efficacité des cellules solaires. Elle repose sur différents facteurs, comme la puissance, le rendement, la tolérance de puissance, la température de fonctionnement et la résistance aux intempéries.
Avant d’être déployés sur le marché, les modules subissent des tests rigoureux pour garantir leur performance et leur sécurité. Ils sont classés en fonction de leur puissance nominale (Wc) et de leur tolérance.
Savoir choisir son panneau photovoltaïque
Investir dans des panneaux photovoltaïques est une décision importante, tant sur le plan financier qu’environnemental. Pour rentabiliser l’achat et profiter pleinement des avantages de l’énergie solaire, il convient de choisir des panneaux de qualité, adaptés à vos besoins en électricité et à votre budget.
L’importance de bien choisir ses panneaux photovoltaïques
Investir dans des panneaux performants optimise la capacité de production d’énergie et limite donc les besoins d’équipements lourds. Par ailleurs, c’est un gage de durabilité et donc de rentabilité sur le long terme. En effet, des panneaux de qualité durent plus longtemps, ce qui permet d’obtenir un retour sur investissement plus intéressant.
Négliger le choix des panneaux solaires : quels risques ?
Opter pour des modules bas de gamme ou inadaptés peut avoir des conséquences fâcheuses. Une production d’énergie insuffisante nécessite par exemple une surface plus importante pour la mise en place de panneaux solaires. Cela implique un coût matériel et des frais d’installation plus importants.
Lorsqu’ils sont de mauvaise qualité, les panneaux photovoltaïques peuvent se dégrader rapidement, engendrant ainsi des coûts de remplacement. Sans parler des pannes récurrentes et des frais alloués à la réparation.
Les critères de choix d’un panneau solaire
Pour garantir la rentabilité de votre installation, plusieurs critères doivent être pris en compte dans le choix des panneaux solaires.
Puissance nominale et puissance maximale : comprendre la différence
La puissance nominale d’un panneau solaire désigne la puissance maximale que le module peut atteindre dans des conditions idéales. Aussi appelée « puissance crête », elle s’exprime en Wc.
La puissance maximale (Wpeak) fait référence à la puissance réelle produite dans des conditions variables. Souvent, cette valeur est légèrement supérieure ou inférieure à la puissance nominale.
Mesurer l’efficacité d’un panneau solaire
L’efficacité d’un panneau solaire est associée à son rendement. Face à une même quantité de lumière reçue, un panneau à haut rendement produit plus d’électricité qu’un autre de faible rendement. L’efficacité d’un panneau solaire est exprimée en pourcentage, et va généralement de 7 % à 24 %. Le calcul de l’efficacité est basé sur la formule suivante : Puissance nominale ÷ (surface X 1000).
L’importance de la garantie dans le choix d’un panneau solaire
Choisir des panneaux solaires implique un investissement conséquent. Pour minimiser les risques à long terme, la garantie offerte par les fabricants est un facteur déterminant. Elle couvre différents aspects comme les défauts de fabrication, les performances des panneaux et des dysfonctionnements diverses.
Les conditions et la durée de la garantie varient d’un fabricant à l’autre, d’où l’importance de comparer les offres du marché. Il est tout aussi important de vérifier les cas couverts par la garantie, ainsi que la procédure de réclamation à suivre.
L’impact des conditions climatiques sur les caractéristiques des panneaux solaires
La production d’énergie des panneaux solaires est loin d’être insensible aux aléas climatiques. En effet, la température, l’ensoleillement, l’humidité et le vent peuvent influencer les performances des modules photovoltaïques.
Il faut savoir que l’efficacité des cellules photovoltaïques diminue avec l’augmentation de la température. Généralement, elles sont plus productives à des températures comprises entre 20°C et 25°C. Une température trop élevée favorise les risques de court-circuit ou de surchauffe. Le vent et l’humidité n’ont pas d’influence directe sur les performances des cellules photovoltaïques mais plutôt sur la qualité des installations.
Une humidité élevée favorise l’accumulation de saletés et de moisissures sur les panneaux, réduisant ainsi leur capacité à capter la lumière. Quant aux vents forts, ils sont susceptibles d’endommager la structure ou d’engendrer des microfissures qui fragilisent l’installation.
Comment optimiser la production d’énergie solaire ?
En plus de choisir des panneaux performants, d’autres facteurs peuvent permettent de maximiser la production d’énergie solaire.
L’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires
L’orientation et l’inclinaison conditionnent la capacité des modules à capter la lumière du soleil. L’orientation parfaite dépend de la région dans laquelle vous vous situez. Dans l’hémisphère nord, orienter les panneaux vers le sud permet d’obtenir de meilleures performances, et inversement pour l’hémisphère sud.
Quant à l’inclinaison idéale, elle repose sur le niveau d’ensoleillement de la région. Pour les régions ensoleillées, une inclinaison de 30 à 50 ° est recommandée. Dans les régions peu ensoleillée, une inclinaison élevée serait plus avantageuse (jusqu’à 60°).
Maintenance et nettoyage : préserver les performances du panneau
Des panneaux solaires bien entretenus garantissent une production d’énergie optimale sur le long terme. Un nettoyage régulier est alors recommandé. Il est important d’effectuer des inspections régulières pour vérifier l’état des panneaux et si nécessaire, de faire appel à des professionnels en vue d’un contrôle complet.
Les innovations technologiques dans le domaine des panneaux solaires
La recherche et le développement dans le domaine des panneaux solaires ne cessent d’évoluer. Ci-après quelques innovations prometteuses qui pourraient révolutionner le paysage de l’énergie solaire dans les années à venir :
Panneaux à pérovskite
Les panneaux solaires à pérovskite sont basés sur une nouvelle famille de matériaux. Avec un rendement théorique jusqu’à 30 % supérieur à celui des panneaux photovoltaïques classiques, c’est une solution qui pourrait révolutionner le monde de l’énergie solaire.
Cellules solaires tandem
Les cellules solaires tandem empilent deux couches de cellules photovoltaïques, chacune sensible à une gamme différente du spectre solaire. Cette configuration double l’efficacité de conversion de l’énergie solaire en électricité.
Panneaux solaires organiques
Les panneaux solaires organiques sont composés de cellules photovoltaïques fabriquées à partir de molécules organiques comme l’azote ou le carbone. Cette technologie permet la création de panneaux plus fins, résistants et davantage flexibles.
Conclusion : vers une énergie solaire plus efficace
L’énergie solaire est une solution incontournable pour répondre aux défis climatiques et énergétiques du 21ème siècle. L’utilisation de panneaux solaires devient ainsi le pilier d’une production d’énergie propre, durable et accessible à tous.