Fonctionnement des panneaux solaires : comment ça marche ?

Le pouvoir de l’énergie solaire 

L’énergie solaire exploite le soleil, une source inépuisable et propre, pour produire de l’électricité. Elle utilise des panneaux solaires composés de cellules photovoltaïques, souvent en silicium, qui convertissent les rayons du soleil en énergie électrique. Lorsque la lumière frappe ces cellules, elle libère des électrons, générant un courant électrique. Cette technologie éco-responsable ne produit pas de polluants, contribuant à la réduction de l’empreinte carbone et favorisant la transition vers une énergie renouvelable.

La production d’énergie via les panneaux solaires

L’énergie solaire permet la production d’électricité grâce à des panneaux solaires équipés de cellules photovoltaïques. Ces cellules, majoritairement en silicium, captent les photons solaires pour libérer des électrons, créant un courant électrique. Ce courant, initialement continu, est converti en courant alternatif utilisable par les appareils domestiques à l’aide d’un onduleur. Le rendement de cette conversion dépend de l’orientation des panneaux et l’ensoleillement.

Panneaux solaires vus du dessus, le soleil se reflète dans ces derniers.

Quels éléments composent un panneau solaire photovoltaïque ? 

La composition de panneaux solaires dépend des caractéristiques techniques la plupart du temps, les composants d’un panneau sont :

Cellules photovoltaïques (de silicium ou autre matériau)

Les cellules photovoltaïques sont au cœur du processus de conversion de l’énergie solaire en électricité. Composées principalement de silicium, un matériau semi-conducteur, elles captent la lumière du soleil et excite les électrons présents dans le matériau, créant ainsi un courant électrique. Ces cellules peuvent également être fabriquées à partir d’autres matériaux semi-conducteurs, mais le silicium reste le plus courant en raison de son efficacité et de sa disponibilité.

Verre

Le verre recouvrant les cellules photovoltaïques joue plusieurs rôles cruciaux. D’une part, il protège les cellules contre les éléments extérieurs tels que l’eau, la poussière et les débris, assurant ainsi leur durabilité. D’autre part, il est conçu pour maximiser la pénétration de la lumière solaire tout en minimisant la réflexion, améliorant ainsi l’efficacité globale du panneau.

Châssis en aluminium

Le châssis en aluminium offre une structure robuste au panneau solaire, le protégeant contre les impacts physiques et facilitant son installation. L’aluminium est choisi pour sa légèreté, sa résistance à la corrosion et sa capacité à supporter les variations climatiques, garantissant ainsi la longévité de l’installation.

EVA

L’éthylène-acétate de vinyle est un matériau utilisé pour encapsuler les cellules photovoltaïques, assurant leur adhésion au verre frontal et à la membrane de fond. Cette enveloppe d’EVA joue un rôle important dans la protection des cellules contre les conditions environnementales, tout en permettant une transmission optimale de la lumière solaire.

Membrane étanche

La membrane étanche, souvent constituée de TPT (Tedlar-Polyester-Tedlar) ou de matériaux similaires, est appliquée sur la face arrière du panneau. Elle sert de gaine de protection contre l’humidité et les contaminants atmosphériques, contribuant à la fiabilité et à la durabilité du panneau solaire en empêchant la pénétration de l’eau.

Boîte de jonction

Située sur la face arrière du panneau, la boîte de jonction, ou boîtier de dérivation, contient les diodes et un réseau de tubes nécessaires pour gérer le courant produit par les cellules photovoltaïques. Elle permet de connecter le panneau à d’autres panneaux ou au système électrique global. La boîte de jonction joue un rôle essentiel dans la sécurité et l’efficacité du système photovoltaïque, protégeant contre les surintensités et permettant une installation et une maintenance faciles.

Quelle est la composition d’un capteur solaire thermique ?

Les capteurs solaires thermiques, destinés à convertir l’énergie solaire en chaleur, comprennent plusieurs composants essentiels pour leur fonctionnement efficace. Voici une liste des éléments clés, inspirée de la structure et des matériaux utilisés dans les différents types de panneaux solaires évoqués dans l’article :

  • Cadre métallique : Fournit la structure et la solidité nécessaire au capteur, assurant sa durabilité et sa résistance aux conditions météorologiques. Fabriqué généralement en aluminium, il évite les déformations et facilite l’installation sur divers types de toitures.
  • Verre de protection : Recouvre et protège les composants internes du capteur contre les intempéries et les débris, tout en permettant à la lumière solaire de pénétrer efficacement. Ce verre trempé, résistant aux chocs, peut inclure un traitement antireflet pour augmenter l’efficacité de la captation solaire.
  • Joint en caoutchouc : Assure l’étanchéité du capteur, empêchant l’eau de pluie et l’humidité d’infiltrer, ce qui protège contre les dommages internes et contribue à la longévité du système.
  • Absorbeur : Élément central du capteur thermique, il capte la chaleur du soleil. Composé d’une plaque métallique recouverte d’un revêtement spécial pour maximiser l’absorption solaire, il transfère la chaleur accumulée au fluide caloporteur.
  • Échangeur thermique : Système de tubes, généralement en cuivre ou en acier inoxydable, permettant au fluide caloporteur de circuler à travers le capteur. L’échangeur transfère la chaleur de l’absorbeur vers le système de stockage ou de distribution de chaleur.
  • Fluide caloporteur : Mélange d’eau et d’antigel circulant dans l’échangeur thermique, il transporte la chaleur collectée par l’absorbeur vers le ballon d’eau chaude ou le système de chauffage. Ce fluide joue un rôle crucial dans le transfert efficace de la chaleur.
  • Coffre métallique : Contient tous les éléments du capteur, fournissant une couche supplémentaire de protection et contribuant à l’intégrité structurelle de l’ensemble du système.

Chaque composant d’un capteur solaire thermique joue un rôle spécifique et essentiel, contribuant à l’efficacité de la conversion de l’énergie solaire en chaleur, utilisée pour le chauffage de l’eau ou des espaces.

Est-ce que tous les éléments du panneau solaire peuvent être mis au recyclage ?

La grande majorité des éléments dans la composition des panneaux solaires peuvent être recyclés, rendant le recyclage des panneaux solaires non seulement possible mais aussi encouragé pour minimiser l’impact environnemental. Près de 95 % des matériaux utilisés dans les panneaux solaires, tels que le verre, le silicium, les métaux (comme l’aluminium pour les cadres et le cuivre dans les câbles de sorties et connecteurs), ainsi que certains plastiques, peuvent être récupérés et réutilisés dans la fabrication de nouveaux produits ou de nouveaux panneaux.

Le processus de recyclage des panneaux solaires implique plusieurs étapes :

1

Démontage :

Les panneaux sont d’abord démantelés pour séparer le cadre en aluminium et le verre de protection.

2

Traitement du verre :

Le verre, qui représente la majorité du poids d’un panneau, est nettoyé et préparé pour être réutilisé ou transformé en nouveaux produits en verre.

3

Extraction des métaux :

Les métaux, tels que l’aluminium du cadre et le cuivre des câbles, sont fondus et réutilisés dans d’autres applications industrielles.

4

Traitement du silicium :

Les cellules photovoltaïques, composées principalement de silicium, subissent un traitement chimique pour séparer le silicium des autres matériaux. Le silicium purifié peut alors être réintroduit dans la chaîne de production de nouvelles cellules solaires.

5

Recyclage des autres matériaux :

Les plastiques et autres matériaux, comme l’EVA utilisé pour encapsuler les cellules, peuvent être traités et réutilisés dans d’autres applications.

En Europe, des initiatives telles que PV Cycle offrent des services de collecte et de recyclage pour les panneaux solaires en fin de vie. Ces programmes sont financés par les fabricants de panneaux, conformément aux réglementations qui les obligent à assumer la responsabilité de la fin de vie de leurs produits. Malgré le coût actuel du recyclage, qui peut être supérieur à la valeur des matériaux récupérés, l’importance de ces pratiques en termes de durabilité environnementale est incontestable.

À mesure que la technologie de recyclage progresse et que le volume de panneaux à recycler augmente, il est probable que le processus devienne plus efficace et économiquement viable, contribuant ainsi à l’économie circulaire dans le secteur de l’énergie solaire.

Ouvrier sur un toit s'occupant de panneaux solaires

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C’est quoi le silicium des panneaux solaires ?

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Le silicium est l’élément clé utilisé dans la fabrication des cellules photovoltaïques des panneaux solaires, en raison de ses propriétés semi-conductrices exceptionnelles. C’est l’élément le plus abondant après l’oxygène dans la croûte terrestre et il est généralement extrait du sable sous forme de dioxyde de silicium, aussi appelé quartz.

Dans les cellules solaires, le silicium est utilisé pour convertir la lumière solaire en électricité par un processus appelé effet photovoltaïque. Pour cela, le silicium est dopé avec d’autres éléments pour créer une structure comportant une jonction p-n, essentielle à la conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique. La jonction p-n est créée en introduisant des impuretés dans le silicium cristallin pour former deux côtés distincts : le côté “p”, dopé avec des éléments qui ajoutent des trous (absences d’électrons) et le côté “n”, dopé avec des éléments qui ajoutent des électrons supplémentaires. Lorsque la lumière solaire frappe le silicium, elle libère des électrons, créant un courant électrique à mesure que les électrons se déplacent vers la zone “p” et que les trous se déplacent vers la zone “n”.

Le silicium utilisé dans les panneaux solaires est principalement de deux types :

Silicium monocristallin : Formé à partir d’un seul cristal de silicium, ce type est très pur et efficace pour convertir la lumière solaire en électricité. Il est facilement reconnaissable à sa couleur noire et à ses bords arrondis. Les panneaux solaires monocristallins offrent les taux d’efficacité les plus élevés mais sont également les plus coûteux à produire.
Silicium polycristallin (ou multicristallin) : Composé de plusieurs cristaux de silicium, il est moins pur et légèrement moins efficace que le silicium monocristallin, mais aussi moins coûteux à fabriquer. Les cellules polycristallines peuvent être reconnues à leur couleur bleue et à leurs contours angulaires.

Le silicium joue donc un rôle crucial dans la technologie des panneaux solaires, sa capacité à convertir l’énergie solaire en électricité de manière efficace et fiable en fait le matériau de choix pour la majorité des panneaux solaires photovoltaïques sur le marché.

Quelle est la durée de vie des panneaux solaires ?

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La durée de vie moyenne des panneaux solaires est d’environ 25 à 30 ans, bien qu’ils puissent continuer à fonctionner efficacement au-delà de cette période avec une baisse graduelle de performance. Cette longévité varie en fonction de la qualité des matériaux utilisés, de l’entretien et du traitement régulier des panneaux solaires. Avec un bon entretien, les panneaux peuvent souvent produire de l’électricité à plus de 80 % de leur capacité initiale après 25 ans, attestant de leur potentiel de longévité et d’efficacité durable.

Quel est le prix moyen des panneaux solaires ?

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Le prix moyen d’une installation photovoltaïque peut varier considérablement en fonction de plusieurs facteurs, comme la capacité du système (mesurée en kilowatts, kW), la qualité des panneaux, les coûts d’installation et les subventions disponibles. À titre indicatif pour un système résidentiel, les prix se situent généralement entre 1 500 et 3 000 euros par kilowatt installé.

Ainsi, pour une installation résidentielle moyenne d’environ 3 à 6 kW, le coût total peut varier de 4 500 à 18 000 euros avant toute aide ou subvention. Ces chiffres sont cependant à ajuster en fonction des spécificités locales, des tarifs des installateurs et des éventuelles réductions gouvernementales ou crédits d’impôt. Il est toujours recommandé d’obtenir plusieurs devis pour comparer les offres et considérer tous les facteurs, y compris l’efficacité énergétique, la garantie des panneaux, et les prévisions de rendement pour optimiser l’investissement.
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