Comment fonctionne un panneau solaire ?

Rédigé par Dania
Mis à jour le 15 sept. 2021
Temps de lecture : 6 min
fonctionnement d'un panneau solaire

Le rayonnement solaire est une source d’énergie inépuisable — du moins pour les quelques prochains milliards d’années — et surtout parfaitement gratuite. Or, le progrès des technologies et du fonctionnement des panneaux photovoltaïques vous permet aujourd’hui d’exploiter pleinement cette manne énergétique, et de produire votre propre électricité afin de diminuer votre facture de façon très significative tout en gagnant en autonomie.

picto-panneaux-solaires-hellio-bleuMais comment, au juste, une installation perchée sur votre toiture parvient-elle à transformer la lumière de l’astre du jour en un courant électrique consommable par vos principaux appareils domestiques ? Le principe de fonctionnement des panneaux solaires est relativement simple à assimiler et mérite d’être compris avant de vous engager dans un investissement de long terme.

Découvrez ci-dessous l’essentiel à savoir sur les principaux mécanismes de l’énergie solaire avec Hellio, partenaire privilégié de vos projets et de nombreux installateurs certifiés RGE en France.


Un projet d'installation ? Ne vous occupez de rien, Hellio gère toutes les démarches


Fonctionnement des panneaux solaires : comment ça marche ?

Un élément « photovoltaïque », pour reprendre la définition la plus basique du terme, est capable de convertir des photons en volts, c’est-à-dire une énergie lumineuse (radiative) en énergie électrique. Cette réaction est obtenue en exploitant certaines lois de la physique et obéit à des règles de fonctionnement relativement simples.

De quoi est composée une installation solaire ?

Rappelons tout d’abord qu’une installation solaire, souvent vendue et installée en kit, ne se résume pas aux panneaux. Elle inclut un ensemble de composants ayant chacun une mission distincte, dont :

  • Les modules de cellules photovoltaïques (c’est-à-dire les panneaux), dont le rôle est de transformer l’énergie lumineuse du soleil en un courant électrique continu ;
  • Le système de montage ou d’intégration à la toiture, permettant d’ancrer solidement les panneaux au bâti et d’assurer leur stabilité pendant de longues années ;
  • Les éléments d’abergement, assurant une jonction harmonieuse et étanche entre le revêtement de toiture et les panneaux ;
  • L’onduleur solaire, qui reçoit le courant continu produit par les panneaux pour le transformer en courant alternatif, compatible avec le réseau d’électricité domestique ;
  • Le compteur de production, branché à l’installation, qui renseigne le propriétaire sur la quantité d’électricité produite en kilowattheures (kWh) ;
  • Les divers éléments de câblage.

Principe de fonctionnement d’une installation solaire

panneaux-solaires-2Chaque panneau solaire est constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques, dont les dimensions sont variables. Selon les constructeurs et les technologies, une cellule classique a généralement une largeur et une longueur d'environ 150-160 mm. Cependant, le silicium amorphe — plus rare — permet davantage de souplesse, voire du sur-mesure : une cellule peut ainsi afficher une taille comprise entre 12 et près de 300 mm, pour un voltage de 1,5 à 24 V (source : Solems).

picto info HellioL’INFO HELLIO :

Contrairement à une idée reçue, la production d’un panneau solaire photovoltaïque dépend uniquement de l’intensité de la lumière reçue, et pas de la chaleur. Ainsi la production d’un panneau peut rester excellente en plein hiver si le ciel est dégagé et le soleil rayonnant. Une température extérieure élevée, bien au contraire, peut entraîner une dégradation du rendement du panneau. Au-delà de 25 °C, il commence à chuter à raison de 0,5 % par degré supplémentaire.

L’effet photovoltaïque a été découvert par Antoine Becquerel en 1839, et se fonde sur les propriétés intéressantes de certains matériaux dits « semi-conducteurs » lorsqu’ils rentrent en contact avec le rayonnement du soleil. Ces semi-conducteurs contiennent des électrons qui, en cas de stimulation par les photons solaires, absorbent une partie de leur énergie et entrent en mouvement rapide, générant ainsi une tension électrique.

Pour la conception de panneaux photovoltaïques, le matériau semi-conducteur le plus massivement employé reste actuellement le silicium. Il est extrait en majeure partie de la transformation du sable.

Le courant continu produit par les panneaux est transmis à l’onduleur solaire, chargé de le transformer en courant alternatif. Ce dernier peut ensuite être consommé librement par les habitants du foyer, ou réinjecté et revendu sur le réseau public d’électricité.


Votre maison peut produire sa propre électricité verte !


Comment sont fabriqués les panneaux solaires pour fonctionner ?

La conception des panneaux solaires photovoltaïques repose sur un processus industriel précis et complexe. Les méthodes varient légèrement selon le type de panneau (monocristallin ou polycristallin).

Procédé de fabrication des panneaux solaires

icon-panneaux-solaires-hellio-bleu-1-svgLa construction d’un panneau solaire nécessite tout d’abord de disposer d’un lingot de silicium. Ce dernier est obtenu en agglomérant une grande quantité de ce matériau semi-conducteur, après son extraction de la matière sableuse, puis en le portant à très haute température et en le mélangeant à du bore (élément chimique).

Le matériau, une fois refroidi, est découpé en lingots, puis en plaques de silicium, appelées des « wafers ». Ces wafers font ensuite l’objet d’un traitement à base de phosphore monté à très haute température. Cette étape est essentielle pour donner au silicium son effet photovoltaïque. La plaque, enfin, est conditionnée en panneau solaire, avec l’ajout d’un encadrement et d’une protection — le plus souvent une feuille blindée.

Les panneaux solaires posés par les installateurs agréés Hellio sont de la marque française DualSun, et recyclables à 94,7 %. Ces panneaux monocristallins particulièrement performants affichent un rendement énergétique de 20 % et une puissance unitaire de 375 Wc. De quoi optimiser la capacité de production de votre installation et réduire sa durée d’amortissement.

Quels sont les différents types de panneaux solaires ?

On distingue deux grands types de panneaux solaires en fonction du procédé de fabrication :

  • Les panneaux solaires monocristallins, plus performants, contiennent des cellules photovoltaïques fabriquées chacune à partir d’un cristal unique de silicium. Leur conception est plus complexe et coûteuse, dans la mesure où un traitement purificateur est nécessaire pour isoler et obtenir un cristal unique.
  • Les panneaux solaires polycristallins ont un procédé de fabrication moins exigeant. Ils sont généralement constitués avec les chutes de silicium issues de la fabrication des panneaux monocristallins. En contrepartie, ils sont aussi moins chers.

Symbole EurosLes deux fonctionnent de la même manière, mais le rendement moyen d’un panneau monocristallin se situe typiquement entre 14 et 19 % selon Selectra. Concernant son coût, comptez environ 8 000 € pour une installation d’une puissance totale de 3 kWc (InSunWeTrust). Le rendement moyen d’un panneau polycristallin, quant à lui, est de 11 à 15 % selon les cas. En contrepartie, le propriétaire paie moins cher (environ 6 500 € pour une installation de puissance équivalente).


Comment mesure-t-on le rendement d’un panneau photovoltaïque ?

Picto_pylone_electriqueLe courant électrique produit par une installation photovoltaïque est l’addition de la production de l’ensemble des cellules des panneaux solaires installés. Cette puissance électrique maximale pouvant être fournie est désignée sous le nom de « puissance crête », et exprimée en kilowatts-crête (Wc).

La puissance crête ne doit pas être confondue avec le taux de rendement du panneau, qui désigne quant à lui le rapport entre la quantité d’électricité produite et la quantité de rayonnement solaire reçu. Ce taux est généralement compris entre 7 et 24 % selon Selectra, pour un fonctionnement correct, et dépend entre autres du type de panneau solaire (voir ci-dessous), de l’ensoleillement de votre région, de l’inclinaison du toit et de son orientation par rapport au soleil.

Les électrons du matériau semi-conducteur ne peuvent absorber qu’une quantité limitée de l’énergie apportée par les photons du rayonnement solaire. Les études théoriques ont démontré qu’il sera physiquement impossible d’aller au-delà d’un rendement énergétique de 35 % (source : Helmholtz Zentrum Berlin).

picto chiffre HellioLE CHIFFRE HELLIO : 30 %

C’est le dernier record connu en matière de taux de rendement énergétique d’un panneau photovoltaïque. Il a été obtenu en 2020 par des scientifiques du Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), un institut de recherche en Allemagne. Il n’est pas interdit de penser que ces progrès profiteront bientôt aux panneaux solaires commerciaux, et rendront la technologie encore plus accessible. En dix ans seulement, le coût de revient de l’énergie solaire a déjà chuté de 82 % !


Panneaux solaires : quelles sont les utilisations possibles en milieu domestique ?

Les panneaux solaires photovoltaïques installés sur une maison peuvent faire l’objet de deux principaux modes de consommation : l’autoconsommation (partielle) de l’électricité produite ou sa revente totale. Leur fonctionnement diffère, notamment au niveau du compteur.

Autoconsommation de l’électricité solaire

Une installation solaire en autoconsommation vous permet à la fois :

picto astuce HellioL’ASTUCE HELLIO :

Si vous souhaitez consommer vous-même un maximum de l’énergie produite par vos panneaux, vous pouvez envisager l’achat d’une ou plusieurs batteries solaires. Attention toutefois : ces dispositifs sont coûteux et doivent être régulièrement remplacés. Il est important de bien comparer le coût de revient de cet équipement avec son alternative, c’est-à-dire la revente du surplus d’électricité à EDF.

  • De consommer tout ou partie de l’énergie solaire produite ;
  • De revendre le surplus d’électricité via l’obligation d’achat EDF (OA EDF) à 10 centimes d'€ le kWh.

Ce mode d’installation suppose que les panneaux solaires soient raccordés au compteur d’électricité de l’habitation et au réseau électrique domestique. Dans la mesure où le pic de production des panneaux solaires et le pic de consommation de la plupart des foyers n’interviennent pas aux mêmes heures, il sera difficile de consommer la totalité de votre propre électricité. Un bon taux d’autoconsommation est normalement situé entre 30 et 50 %.

Revente totale de l’électricité solaire

Si vous optez pour une revente totale de l’énergie solaire produite, l’installation dispose de son propre compteur, indépendant de celui de l’habitation. Pour rappel, l’obligation d’achat EDF (EDF OA), valable pour 20 ans à compter de la date de pose des panneaux, vous permet d’être rémunéré à hauteur de :

  • 17,89 cts par kWh pour une installation d’une puissance inférieure ou égale à 3 kWc ;
  • 15,21 cts par kWh pour une installation d’une puissance supérieure à 3 kWc et inférieure ou égale à 9 kWc ;
  • 10,89 cts par kWh pour une installation d’une puissance supérieure à 9 kWc et inférieure ou égale à 36 kWc ;
  • 9,47 cts par kWh pour les installations d’une puissance supérieure à 36 kWc et inférieure ou égale à 100 kWc.
Ces tarifs de rachat sont valables pour la période de juillet à septembre 2021. Ils peuvent évoluer à chaque trimestre.

Conclusion : en dépit d’un procédé de fabrication particulièrement complexe, le principe de base du fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques est relativement simple. Les progrès constants de la technologie, de plus, permettent d’améliorer le rendement des cellules et donc la rentabilité d’un projet.

picto-check-valideLes trois points clés à retenir :

  1. Un panneau photovoltaïque transforme l’énergie lumineuse en énergie électrique.
  2. Il utilise les propriétés du silicium, un matériau semi-conducteur très sensible aux photons.
  3. Les techniques de fabrication des panneaux peuvent influer sur leur performance.

Installez des panneaux solaires de marque français DualSun garantis 25 ans


Tags associés : Conseils, Solaire, Énergies renouvelables

Hellio, votre énergie a de l'impact
Hellio, votre énergie a de l'impact
  • Isolation
  • Chauffage
  • Rénovation globale
  • Prime énergie

Retrouvez toutes nos solutions en économies d’énergie