On en trouve un peu partout, que se soit sur les toits des maisons, dans les jardins, sur des cabanes, dans les fermes pour tout un tas d'utilisation possible, j'ai nommé les panneaux solaires.

Nous allons voir qu'il existe plusieurs types de panneaux solaires et nous verrons aussi comment ils s'installent (pour le cas des panneaux photovoltaïque).

Les différents types de panneaux solaires

Les panneaux solaires thermiques

Il existe deux types de panneaux solaires thermiques : les capteurs à eau et ceux à air.

Dans les capteurs thermiques « à eau », l'eau ou plus souvent un liquide caloporteur à circuit fermé , circule dans des tubes munis d'ailettes. Pour obtenir un meilleur rendement, l'ensemble est placé dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Avec un ensoleillement important, et si les besoins en eau chaude sont modérés, un simple réseau de tubes à ailettes peut suffire. Les ailettes, qui forment ce qu'on appelle l'absorbeur, sont chauffées par le rayonnement solaire et transmettent leur chaleur à l'eau qui circule dans les tubes. Les capteurs solaires à eau sont utilisés pour le chauffage et/ou pour produire de l'eau chaude sanitaire. C' est actuellement la solution la plus raisonnablement rentable en terme de solaire, d'autant qu'un tel matériel est amorti en moins de 5 ans en moyenne pour un foyer et qui en plus est défiscalisé à plusieurs échelles de l'État.

Dans les capteurs thermiques « à air », c'est de l'air qui circule et qui s'échauffe au contact des absorbeurs. L'air ainsi chauffé est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.
En France le "Plan Soleil", lancé en 2000 par l'ADEME pour les chauffe-eau solaires et la production de chaleur, incite les particuliers à s'équiper en solaire grâce à des aides incitatives de l'État, les Régions, certains Départements et certains regroupements communaux.

Comment ça marche ?

Les panneaux solaires thermiques transforment la lumière en chaleur, le plus souvent pour des chauffe-eaux.
Pour cela, les rayons du soleil passent d'abord par une plaque de verre transparente à la lumière. Sous ce verre, un absorbeur noir (plaque de métal recouverte d'une fine couche de chrome) absorbe 80 à 90% des rayons lumineux. L'absorbeur transforme ces rayons lumineux en chaleur, grâce au transfert thermique par rayonnement.
En s'échauffant, l'absorbeur émet des infrarouges. Ces infrarouges sont bloqués entre la plaque de métal et la plaque de verre, c'est le principe de l'effet de serre. Ainsi, l'air entre les deux plaques s'échauffe et améliore le rendement.
Par conduction, l'énergie thermique ou chaleur de l'absorbeur est transmise à un circuit d'eau (c'est le liquide caloporteur). Celle-ci s'échauffe et est ensuite acheminée vers un ballon d'eau chaude à l'aide d'une pompe, ou bien par la simple gravité.
Dans l'accumulateur, le liquide caloporteur chaud parcourt un circuit et transfère sa chaleur à l'eau domestique.

Ce schéma montre bien le circuit de l'eau qui va circuler dans le panneau et s'échauffer.

Ensuite, le liquide caloporteur chaud qui sort des tuyaux va dans le chauffe-eau et transmet son énergie thermique (chaleur) à l'eau sanitaire présente dans le chauffe-eau.
Lorsque l'ensoleillement n'est pas suffisant pour amener l'eau à bonne température, le chauffe-eau est aussi relié à une chaudière d'appoint pour suppléer le panneau. Mais celle-ci fonctionne uniquement en cas d'insuffisance énergétique du panneau.

Les panneaux solaires photovoltaïques

Il existe plusieurs type de panneaux solaires photovoltaiques.
Les panneaux solaires photovoltaïques regroupent des cellules photovoltaïques reliées entre elles en série ou en parallèle.

Les panneaux solaires photovoltaïques composés de cellules multi jonctions

Les cellules multi-jonction sont composées de différentes couches qui permettent de convertir différentes parties du spectre solaire et ainsi d’obtenir les meilleurs rendements de conversion, environ 40 %.
Ne demandez pas à votre installateur ce type de panneaux solaires car ils ne sont pas encore commercialisables. Ces panneaux photovoltaïques sont, pour l’instant uniquement utilisés pour les applications spatiales.

Les panneaux solaires photovoltaïques composés de cellules en silicium monocristallin

Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu’un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d’un bleu uniforme. Ce type de panneaux solaires photovoltaïques possède un très bon rendement, de l’ordre de 12 à 20%. Son cout est relativement élevé.

Les panneaux solaires photovoltaïquescomposés de cellules en silicium polycristallin

Pendant le refroidissement du silicium, il se forme plusieurs cristaux. Ce genre de cellule est également bleu, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.
Ce type de panneaux solaires photovoltaïques bénéficie d’un bon rendement de l’ordre de 11 à 15 %. Le prix de ce type depanneaux solaires est moins élevé que le monocristallin, il représente donc à ce jours le meilleur rapport qualité/ prix.

Les panneaux solaires photovoltaïques sans silicium en couche mince CIS

Les cellules CIS représentent la nouvelle génération de cellules solaires sous forme de films minces, de type cuivre-indium-sélénium (CIS). Les matières premières nécessaires à la fabrication des cellules CIS sont plus faciles à se procurer que le silicium utilisé dans les cellules photovoltaïques classiques. De plus, leur efficacité de conversion énergétique est la plus élevée à ce jour pour des cellules photovoltaïques en couche mince.
Le rendement de ce type de panneaux solaires photovoltaïques et de 9 à 11 %. Le désavantage avec les panneaux solaires CIS et qu’il faut une surface beaucoup plus importante pour obtenir le même rendement que les panneaux photovoltaïques en cellules épaisses comme le monocristallin et le polycristallin.

Les panneaux solaires photovoltaïques composés de cellule silicium amorphe en couche mince

Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé ou marron. C’est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires".
Ce type de panneaux solaires à l’avantage de fonctionner avec un faible éclairage, il est également bon marché. Son rendement est assez faible par rapport aux panneaux solaires photovoltaïques monocristallin et polycristallin, entre 5 et 9 %. Ce type de panneaux solaires et de moins en moins utilisés.

Comment ça marche ?

Les panneaux solaires photovoltaïques, parfois appelés photoélectriques, transforment la lumière en électricité. Ces panneaux sont donc les plus répandus mais aussi les plus complexes.
Ces panneaux sont tout simplement un assemblage de cellules photovoltaïques, chacune d'elles délivrant une tension de 0.5V à 0.6V. Elles sont donc assemblées pour créer des modules photovoltaïques de tension normalisée comme 12V.

La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de Silicium (matériau semi-conducteur) :
- une couche dopée avec du Bore qui possède moins d'électrons que le Silicium, cette zone est donc dopée positivement (zone P).
- une couche dopée avec du Phosphore qui possède plus d'électrons que le Silicium, cette zone est donc dopée négativement (zone N).
Lorsqu'un photon de la lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant les charges électriques. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque. Les atomes, chargés positivement, vont alors dans la zone P et les électrons, chargés négativement, dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique, est ainsi créée.

Il existe 3 types de cellules photovoltaïques, qui varient selon la qualité du silicium :
- les cellules monocristallines : le rendement est très bon (15 à 22% *) mais le coût de fabrication est élevé.
- les cellules polycristallines : elles sont moins chères à fabriquer mais le rendement est un peu moins bon (10 à 13% *).
- les cellules amorphes : leur coût est très faible mais le rendement l'est aussi (5 à 10% *).
* Un rendement de 10% signifie que pour une puissance de 1000 W qui arriverait sur le panneau, celui-ci produirait 100 W.

Un panneau constitué de 20 cellules photovoltaïques va donc délivrer une tension U de 12V, et cela quelque soit l'ensoleillement. Mais pour faire fonctionner des appareils électriques, c'est la puissance P (en Watt) qui détermine l'énergie électrique. Et P=U×I, c'est donc l'intensité du panneau qui va déterminer l'énergie électrique. Et c'est l'intensité qui varie en fontion de l'ensoleillement.

Exemple : prenons un panneau de 12 V :
Lorsque l'irradiation solaire est maximale (1000 W/m²), l'intensité et par conséquent la puissance délivrées par le panneau seront élevées.

La puissance fournie dans les conditions optimales est 120 W pour une irradiation de 1000 W, le rendement est donc de 12%, on peut donc déduire que ce panneau est constitué de cellules polycristallines.

Lorsque l'irradiation solaire est faible (50 W/m²), l'intensité et par conséquent la puissance délivrées par le panneau seront faibles.

La puissance fournie pour une faible irradiation solaire peut être de 6 W. On peut toujours y aller pour faire fonctionner un four qui consomme 3500 W ! Une forte irradiation solaire est donc indispensable.

Toutefois, les panneaux photovoltaïques restent une excellente source d'énergie, il ne faut juste pas habiter dans une zone avec 10% de soleil et 90% de pluie 😉

Comment les installer ?

Ne vous affolez pas, ne partez pas en courant, installer des panneaux photovoltaïques C'EST HYPER FACILE.

Bien-sur sa l'est encore plus quand on est du domaine de l'électricité, moi il ma fallu environ 30 minutes pour faire une petite installation donc peut-être qu'il vous faudra 1h si vous ne connaissez rien à l'électricité, ce que je veux dire c'est que n'importe qui en est capable.

Les principaux ingrédients :

Les Batteries (qui vont vous permettre de stocker l'électricité et d'en faire usage après)

Les panneaux solaires photovoltaïques (qui vont vous permettre d'obtenir de l'électricité)

Le régulateur-onduleur (qui va vous permettre de convertir l'électricité obtenu par les panneaux solaires photovoltaïques en électricité utilisable, exemple : panneaux /12v courant continu/ en maison /230v courant alternatif/)

Le branchement entre chaque appareil s'effectue de cette façon (Dans le cas ou vous voulez utiliser le courant de vos panneaux pour votre PROPRE consommation, car le montage est différent si vous voulez revendre l'électricité à EDF)

De cette manière, les panneaux solaires alimenteront les batteries qui alimenteront vos appareils, tout cela par le biais d'un régulateur solaire qui s'occupera de convertir les tensions automatiquement (Ou manuellement mais sa c'est vous qui choisissez en fonction de vos besoins).

Pour finir une petite vidéo d'installation qui résume tout ce que je viens de dire :

Voilà j'espère vous avoir aidé, et si vous avez des questions n'hésitez pas 😉

Tesla

La playlist deezer :