La transition énergétique est aujourd’hui plus importante que jamais pour préserver la planète. Au lieu d’épuiser les énergies fossiles et d’émettre du CO2, l’utilisation de l’énergie solaire est de loin plus écologique. La lumière émise par le soleil peut être convertie en électricité grâce aux panneaux photovoltaïques. Comment fonctionnent ces dispositifs ? Quels sont les composants clés des panneaux solaires et leurs rôles ? Comment leur orientation et leur inclinaison affectent leurs performances ? Découvrez, à travers cet article, tout ce qu’il y a à savoir sur le fonctionnement des panneaux solaires.
Comment les panneaux solaires transforment-ils la lumière en électricité ?
Concrètement, les panneaux solaires fonctionnent selon le principe de la conversion photovoltaïque. Ce processus repose sur les cellules photovoltaïques intégrées dans les panneaux. Celles-ci sont généralement composées d’atomes de silicium, dont les électrons s’agitent lorsqu’ils absorbent les photons contenus dans la lumière du soleil. Cette agitation seule ne crée pas directement du courant électrique, et c’est là qu’interviennent deux couches conductrices chargées positivement et négativement (souvent grâce à la présence d’atomes de bore et de phosphore) pour faire circuler les électrons agités du silicium.
Cette circulation des électrons crée alors un courant électrique qui alimentera les appareils de la maison (chauffage, éclairage, électroménagers, etc.). L’utilisation des panneaux solaires photovoltaïques permet la production d’énergie gratuite et illimitée grâce au soleil, ce qui conduit à une réduction considérable des factures énergétiques à la fin du mois.
Les composants clés d’un panneau photovoltaïque et leur rôle
Le composant central d’un panneau solaire est l’ensemble de cellules photovoltaïques fabriquées à partir de silicium. Celle-ci sont chargées de capter les photons de la lumière solaire et de la convertir en courant électrique à l’aide des couches de phosphore et de bore.
L’électricité obtenue à ce niveau est encore sous forme de courant continu. Pour pouvoir l’utiliser, il faut d’abord la convertir en courant alternatif à l’aide d’un composant clé qui est le convertisseur. Enfin, une installation électrique composée de connecteurs MC4, d’un boîtier de jonction, d’un boîtier de dérivation et de câbles de sortie assurera la circulation du courant électrique à travers les panneaux solaires et les appareils à alimenter.
Outre ces éléments, un panneau solaire doit aussi disposer d’autres composants qui permettent au tout de fonctionner en toute sécurité. Un cadre métallique ira notamment stabiliser l’installation lorsqu’elle est posée sur le toit de la maison, tandis qu’un verre trempé et une jointure d’étanchéité protégeront la matrice cellulaire contre les facteurs de dégradation (humidité, corrosion, poussière, etc.).
L’importance de l’orientation et de l’inclinaison des panneaux
Il va sans dire que l’intensité des rayons du soleil est différente d’une région à une autre. Voilà pourquoi l’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires sont des facteurs importants pour maximiser la production d’électricité solaire. Idéalement, les panneaux devraient être orientés au sud afin de capter le maximum de lumière en journée. Une orientation à l’est ou à l’ouest implique qu’il y aura un moment de la journée où ils capteront un minimum de rayons solaires.
Quant à l’inclinaison optimale, elle variera en fonction des saisons et de la latitude géographique de l’emplacement. Le but est de faire en sorte que les rayons du soleil puissent atteindre les cellules photovoltaïques perpendiculairement pour plus de rendement. Cependant, il n’y a aucun angle d’inclinaison parfaite, vu que l’emplacement de la Terre face au soleil change tout au long de l’année. Le meilleur compromis pour avoir un bon rendement, quelle que soit la saison, est d’incliner les panneaux à 30°. Si l’installation permet une modification de leur inclinaison chaque saison, il est recommandé d’opter pour 60° en hiver et 10° en été.
Le rôle des onduleurs et du stockage d’énergie dans les systèmes photovoltaïques
Aucun rayon de soleil ne sera capté pendant la nuit, il est logique que la production d’électricité par les panneaux solaires soit nulle durant cette période. Pour pouvoir utiliser de l’énergie verte 24 h sur 24, il est alors possible d’installer des batteries de stockage d’énergie et un onduleur avec les panneaux photovoltaïques.
L’excès d’électricité produit sera alors emmagasiné dans ces batteries pour être utilisé antérieurement, en l’occurrence pendant la nuit ou les jours à faible ensoleillement. Dans ce cas, l’onduleur jouera le même rôle que le convertisseur solaire. Il sera chargé de convertir le courant continu des batteries en courant alternatif pour alimenter les appareils électriques. Certains modèles d’onduleur permettent aussi de surveiller la performance des panneaux, de protéger contre les instabilités et de réguler les tensions électriques générées par le système.
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