Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires constituent une pierre angulaire de la transition énergétique. Lorsque le coût de l’énergie ne cesse d’augmenter, l’énergie solaire demeure une denrée disponible sans aucune limite et surtout gratuite vous permettant de faire des économies sur votre consommation. Cette énergie peut permettre de répondre à vos besoins en énergie : les panneaux solaires vous permettent de la capturer. 

Vous vous demandez ce qu’est un panneau solaire photovoltaïque ou thermique, comment ces modules fonctionnent-ils, quel est le prix de leur installation ou encore comment revendre votre électricité ? 

Cet article fait le point sur ces questions et vous guident dans vos recherches de panneaux solaires. 

Qu’est-ce qu’un panneau solaire ? 

Les panneaux solaires sont des dispositifs transformant l'énergie solaire en énergie utilisable. Deux types de panneaux solaires doivent être distingués. Les panneaux solaires photovoltaïques dont l’installation permet de vous fournir en énergie électrique à partir de l’énergie solaire et les panneaux solaires thermiques qui produisent de la chaleur à partir de la lumière du soleil. 

Comment les panneaux solaires produisent de l’électricité ? 

Le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques s’appuie sur l’énergie solaire, tout autant gratuite qu’elle est illimitée. Dès qu’un de vos panneaux voltaïques reçoit la lumière du soleil, il produit de l’électricité par le procédé suivant :

  • Les cellules photovoltaïques présentes sur les modules reçoivent les photons émis par le rayonnement solaire
  • Les électrons ainsi produits se déplacent et produisent de l'électricité
  • L'électricité obtenue en continu est ensuite transformée grâce des onduleurs en courant alternatif

Cette production est rendue possible par les matériaux à partir desquels les panneaux sont fabriqués et notamment le silicium, un élément que l’on retrouve dans le sable. Cet élément, comme toute autre matière, est composé d’atomes. A l’intérieur de ces atomes, se trouve un noyau autour duquel des électrons gravitent. Dès que les rayons du soleil va entrer en contact avec le silicium présent dans le panneau, les électrons vont réagir. 

Pour obtenir du courant électrique, deux autres composants sont ajoutés au panneau : un premier créant une charge négative et un second créant une charge positive. Ensemble, ces éléments permettent aux électrons, qui jusque-là ne faisaient que réagir sans se mouvoir, de se mettre en mouvant et conséquemment, de créer un courant électrique

Comment l’énergie électrique produite par les panneaux arrive-t-elle dans vos maisons ?

Le courant électrique produit par les panneaux doit passer par un onduleur avant de pouvoir être utilisé. Plusieurs types d’onduleurs coexistent. 

L’onduleur central

L’onduleur central peut être à privilégier lorsque votre toiture est toujours intégralement exposée à la lumière du soleil. Cet onduleur de chaîne ou onduleur string relie tous les panneaux photovoltaïques ensemble, comme s’ils ne faisaient qu’un. En conséquence, si une partie de votre toiture et donc un de vos panneaux se retrouve à l’ombre au cours de la journée, la totalité de votre installation cessera de fonctionner, et reprendra lorsque aucun panneau ne sera plus à l’ombre. 

Cet onduleur est à éviter si votre maison est bâtie sur un terrain entouré d’arbre ou proche de bâtiment susceptible d’ombrager partiellement votre toiture au cours de la journée

Pour installer votre onduleur central, il est vous est conseillé de prévoir une pièce assez éloignée de vos pièces de vies car en plein fonctionnement, il émet un ronflement qui peut être dérangeant pour la vie courante. Une cave, un garage ou un mur extérieur seront donc préférables pour son installation. 

Les micro-onduleurs

Si au cours de la journée, une partie de votre toiture se retrouve ombragée et qu’une autre partie reste ensoleillée, les micro-onduleurs pourront être privilégiés. Chacun de ces onduleurs sont indépendants les uns des autres, contrairement à l’onduleur central. Si l’un de ces onduleurs cessent de fonctionner car le panneau auquel il est relié ne reçoit plus le rayonnement du soleil, les autres continueront de fonctionner jusqu'à ce qu’eux aussi ne reçoivent plus de lumière solaire. 

Ces micro-onduleurs permettent d’optimiser votre installation à son maximum car aucun rayon solaire ne sera perdue bien qu’une partie de votre installation ne soit pas ensoleillée. 

Une installation de panneaux photovoltaïques avec micro-onduleurs permet également de suivre précisément l’état de bon fonctionnement de chaque panneau sans qu’il ne soit nécessaire, en cas de panne, de rechercher le panneau défectueux dans l’ensemble de votre installation. Votre micro-onduleur vous indiquera dès qu’un défaut sur le panneau auquel il est relié surviendra. 

La batterie 

En installant des panneaux photovoltaïques, vous bénéficiez de tous les avantages de l’énergie solaire : 

  • vous produisez votre propre énergie électrique grâce à la lumière du solaire ; 
  • vous utilisez cette électricité en temps réel pour vos besoins de la vie courante

Cependant, la nuit ou lorsque votre installation est totalement ombragée, vos panneaux solaires ne fonctionnement pas et ne produisent pas d’électricité. Il vous sera donc impératif de conserver un abonnement au réseau d’électricité public pour pouvoir continuer à vous alimenter en énergie. 

Il peut également arriver que votre installation produise plus d’électricité que vous n’en avez besoin. Le stockage de l’électricité produite grâce à une batterie est une solution qui peut ainsi être envisagée. Plusieurs types de batteries sont disponibles sur le marché : 

  • la batterie à plomb ouvert : d’une durée de vie de 400 à 500 cycles de charge, la batterie à plomb ouvert est particulièrement économique à l’achat mais doit obligatoirement être installée à l’extérieur ou dans un espace ouvert, protégée du froid ; 
  • la batterie AGM : d’une durée de vie de 600 à 700 cycles de charge, la batterie AGM est très résistante, l’endroit de son installation n’a pas à respecter de consignes particulières, mais de longues périodes de décharges pourront être sources d’usures accélérées ; 
  • la batterie en gel : d’une durée de vie de 600 à 1 600 cycles de charge, la batterie en gel est particulièrement résistante et ne demande aucun entretien particulier ; 
  • la batterie au lithium : d’une durée de vie pouvant atteindre les 2 000 cycles de charge, la batterie au lithium est d’une grande efficacité. 

Ces batteries sont aujourd’hui affichées à des prix élevés, de sorte que leur installation ne sera pas d’une grande rentabilité, en plus d’un coût environnemental important et d’une durée de vie assez faible. 

En bref, le fonctionnement de votre installation permet à votre maison sur le toit de laquelle sont installés des panneaux solaires photovoltaïques de transformer l’énergie solaire en énergie électrique pouvant l’alimenter. Le fonctionnement du panneau solaire de votre camping-car est exactement le même. 

Les panneaux solaires photovoltaïques ne sont pas les seuls à pouvoir être installés sur vos toits. Les modules solaires thermiques peuvent aussi y être installés pour produire de la chaleur. 

Comment les panneaux solaires thermiques produisent-ils de la chaleur ? 

Le fonctionnement des panneaux solaires thermiques s’appuie aussi sur l’énergie solaire, gratuite et illimitée. Dès qu’un de ces types de panneaux thermiques reçoit la lumière du soleil, il produit non pas de l’électricité à l’instar du panneau photovoltaïque, mais de l’eau chaude sanitaire et du chauffage. 

Comme le panneau photovoltaïque, le panneau solaire thermique capte l’énergie solaire. Cette énergie va ensuite permettre de chauffer un liquide placé sous la surface du panneau, le fluide caloporteur, qui va rejoindre le ballon stockant votre eau chaude avant que vous ne l’utilisiez pour vos installations sanitaires (robinets, lavabos, douches, baignoires…). 

Différents types de panneaux solaires thermiques ou capteurs thermiques sont proposés sur le marché : 

  • les capteurs plans vitrés : ces capteurs, les plus utilisés en zone résidentielle, sont composés d’une plaque en métal noir absorbant la lumière du soleil et de tubes contenant le fluide caloporteur qui se chauffera au contact de la plaque de métal ; 
  • les capteurs tubulaires sous vide : ces capteurs, particulièrement utilisés pour les zones d’habitation plus « extrêmes » se composent de plusieurs tubes en verre dans lesquels une plaque métallique noire absorbante est insérée ;
  • les capteurs plans non vitrés : moins couteux, ces capteurs sont aussi moins performants et ne sont pas protégés par une vitre ; 
  • les capteurs monoblocs : ils sont composés d’un ballon de stockage placé directement sur la toiture (pouvant donc subir des pertes de chaleur en fonction de la météo), ayant l’avantage de raccourcir le trajet du fluide caloporteur. 

Quel est le rendement d’une installation de panneaux solaires photovoltaïques ?

Pour estimer le rendement d'une installation, c'est-à-dire le lien entre l'énergie que les panneaux reçoivent et l'énergie en courant alternatif qu'ils restituent, il faut prendre en compte les différentes pertes d'énergie inhérentes à votre installation.

Sur une même installation photovoltaïque, pour une même tension et un rayonnement similaire, les rendements peuvent être très différent et ils sont majoritairement impactés par

  • Les matériaux utilisés pour la fabrication des modules solaire
  • La puissance théorique des panneaux en watts-crête que vous avez installés
  • Les équipements de l'ensemble de votre installation de conversion : les câbles, les onduleurs
  • L'orientation et la hauteur, la façon dont sont installés vos panneaux : cela impactera le rayonnement solaire reçu et donc la productivité
  • Les ombres portées au cours de la journée sur vos panneaux

Faire le bon choix de fournisseur d'énergie solaire est un bon moyen d'augmenter votre rendement et de faire des économies !

Quel est le prix d’une installation de panneaux solaires ? 

Le tarif des panneaux solaires dépend grandement des choix effectués pour votre installation. 

S’agissant du coût des panneaux solaires photovoltaïques, il faut compter entre 8 000 euros et 23 000 euros selon la puissance, la technologie et la marque utilisée pour l’ensemble des équipements de votre installation. 

S’agissant du coût des modules solaires thermiques, il faut compter entre 400 € et 1 200 € par capteur, selon le modèle installé, auxquels devront s’ajouter 20 % supplémentaire pour le paiement de la main d’œuvre. Au total, prévoyez entre 14 000 € et 18 000 € TTC pour l’installation complète d’un système solaire combiné. 

Il faut en moyenne compter environ huit à dix années pour rentabiliser l’investissement effectué dans l’installation de panneaux solaires.  

Comment vendre l’électricité produite non nécessaire à sa consommation personnelle ? 

Grâce à votre installation de panneaux solaires, vous transformerez l’énergie solaire en énergie électrique et produirez ainsi l’électricité dont vous avez besoin pour votre autoconsommation.

Il est possible que vous produisiez plus d’électricité que vous n’en avez effectivement besoin. C’est pour cette raison que vous avez la possibilité de conclure un contrat dit « EDF OA » ou « EDF Obligation d’achat ». Grâce à cet engagement, vous pouvez vendre le surplus de votre production d’électricité à EDF OA à un prix fixé pour une durée de 20 ans. 

Remarque : Pour les installations de moins de 9 kWc, le tarif d’achat est de 0,10€/kWh. Pour les installations dont la puissance est située entre 9 kWc et 100 kWc, le tarif d’achat est de 0,06 €/kWh. 

Pour pouvoir conclure un contrat EDF OA, vous devez impérativement vous adresser à un installateur bénéficiant du label RGE pour votre installation. 

Pour devenir producteur auprès de EDF OA, vous devrez ensuite créer un compte personnel sur le site d’EDF Obligation d’Achat

Un panneau solaire thermique permet-il de me fournir en électricité ? 

Non. Les panneaux solaires thermiques permettent uniquement de vous fournir de la chaleur pour votre eau chaude sanitaire et votre chauffage. 

La batterie est-elle indispensable à mon installation de panneaux solaires photovoltaïques ?

Non. La batterie vous permet de stocker de l’électricité produite afin de l’utiliser plus tard, lorsque les panneaux solaires ne sont pas en état de fonctionnement (nuit, ombre…). 

En installant des panneaux solaires photovoltaïques, pourrais-je revendre l’électricité produite dont je n’ai pas besoin ? 

Oui. Pour ce faire, votre installation devra être installée par un professionnel bénéficiant du label RGE. Ensuite, vous pourrez conclure un contrat auprès d’EDF Obligation d’achat via leur site internet pour revendre l’électricité produite dont vous n’avez pas l’utilité. 

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