Dans le cadre de la transition énergétique, l’utilisation des panneaux photovoltaïques solaires est de plus en plus répandue pour produire de l’énergie verte. Ces panneaux sont installés sur les toits et exploitent l’énergie solaire, une ressource gratuite et illimitée, bien que non disponible en permanence. Pour pallier cette intermittence, l’utilisation de batteries solaires permet de stocker l’énergie produite, assurant ainsi une alimentation électrique continue même en l’absence de rayonnement solaire.
Le principe de fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque repose sur l’utilisation de la lumière du soleil pour générer de l’électricité, grâce au phénomène photovoltaïque. Un onduleur ou un micro-onduleur connecté au panneau transforme le courant continu ainsi produit en courant alternatif, pouvant être utilisé instantanément en autoconsommation ou injecté dans le réseau électrique. Ce processus permet d’exploiter efficacement l’énergie solaire pour répondre aux besoins énergétiques.
Le principe photovoltaïque
L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par le physicien français Alexandre Edmond Becquerel. Il s’agit d’un phénomène qui décrit la capacité des matériaux semi-conducteurs à convertir la lumière du soleil (et non sa chaleur) en électricité.
L’emplacement d’un panneau solaire photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques sont habituellement installés sur les toits des maisons et des bâtiments, orientés vers la direction la plus ensoleillée. Une orientation plein sud est la plus favorable pour capter un maximum de rayons solaires tout au long de la journée. L’inclinaison des panneaux est également cruciale pour assurer un fonctionnement optimal. En France, par exemple, l’inclinaison recommandée se situe entre 10° et 60°, ce qui correspond généralement à la pente naturelle des toits. Il est essentiel de veiller à ce qu’aucune ombre ne vienne affecter l’installation afin de ne pas réduire sa performance.
La composition d’un panneau solaire photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques ont la capacité de générer de l’électricité en convertissant les rayons solaires en courant électrique. Ils se composent de deux éléments principaux : les composants structuraux et les composants responsables de la production d’électricité.
1. La structure des panneaux photovoltaïques :
- Un cadre métallique en aluminium : Ce cadre doit être suffisamment robuste pour résister aux contraintes et assurer une longue durée de vie. L’aluminium est choisi pour sa résistance et sa compatibilité avec différents types de toitures.
- Une surface extérieure en verre antireflet : Cette surface est conçue pour résister aux conditions climatiques extrêmes et aux chocs, y compris la grêle.
- Une feuille de plastique souple et légère en EVA : Cette feuille est placée juste en dessous de la couche de verre et enveloppe les cellules photovoltaïques. Elle protège les cellules contre l’humidité, la poussière, l’oxydation et les chocs.
2. Les cellules photovoltaïques :
- Les cellules photovoltaïques sont constituées de silicium monocristallin ou polycristallin, qui est un matériau semi-conducteur abondant sur Terre et facilement accessible, ainsi que de métalloïdes. Ces derniers possèdent des propriétés intermédiaires entre celles des métaux et des non-métaux.
- Pour générer de l’électricité, les cellules doivent former deux couches en parallèle. La couche supérieure est dopée au phosphore pour obtenir une charge négative, tandis que la couche inférieure est dopée au bore pour obtenir une charge positive.
3. Le dos du panneau photovoltaïque :
Le dos du panneau photovoltaïque est constitué de polymères opaques qui protègent les cellules photovoltaïques et la structure des variations de température et des rayons ultraviolets.
Le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque
Le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque est assez simple. Installé sur le toit de la maison avec une bonne orientation et inclinaison, le panneau reçoit les rayons solaires sous forme d’ondes électromagnétiques appelées photons. Les deux couches de silicium – une chargée négativement et l’autre chargée positivement – génèrent un champ électrique qui se déclenche lors de la réception des photons. Étant donné que les charges de signes opposés s’attirent, ce mouvement crée un courant électrique. Ainsi, toutes les cellules produisent un courant continu. Ce courant continu est ensuite transféré vers un onduleur pour être converti en courant alternatif, prêt à être utilisé.
