La soutenabilité rencontre l’innovation avec l’essor de l’énergie solaire. De plus en plus de foyers et d’entreprises investissent dans des systèmes photovoltaïques, réduisant ainsi leurs factures d’électricité et leur empreinte écologique. Découvrez les éléments clés qui composent ces installations et maximisez leur efficacité!
Qu’est-ce qu’un système solaire photovoltaïque ?
Un système solaire photovoltaïque est un ensemble de composants conçu pour transformer la lumière solaire en électricité exploitable, que ce soit pour un usage domestique, industriel ou commercial. Le cœur de ce système réside dans les panneaux solaires, bien que d’autres éléments tout aussi essentiels pour son fonctionnement incluent des régulateurs, des inversores, des structures de montage, et dans certains cas, des batteries.
Il existe deux grandes catégories de systèmes solaires : les systèmes connectés au réseau (autoconsommation) et les systèmes isolés (off-grid). Tous deux cherchent à exploiter l’énergie solaire, mais leur fonctionnement diffère selon qu’ils sont ou non reliés à un réseau électrique traditionnel.
Composants fondamentaux d’un système solaire
Une installation solaire photovoltaïque
est constituée de plusieurs éléments qui agissent en synergie pour capter, stocker et distribuer l’énergie solaire convertie en électricité. Analysons chacun de ces éléments en détail.
1. Panneaux solaires
Les panneaux solaires sont responsables de la captation de la radiation solaire et de sa transformation en électricité. Ils sont constitués d’une matrice de cellules photovoltaïques qui fonctionnent grâce à l’effet photovoltaïque, un phénomène physique permettant à certains matériaux semiconducteurs de générer un courant électrique lorsqu’ils sont exposés à la lumière.
Les matériaux les plus couramment utilisés pour fabriquer ces cellules sont le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le silicium amorphe. Il existe également des technologies avancées telles que l’arséniure de gallium (GaAs) et le téllurure de cadmium (CdTe).
Les cellules sont disposées dans des modules encapsulés et protégés par plusieurs couches, ce qui les rend visibles, mais aussi très exposées dans le système.
2. Régulateur de charge
Le régulateur de charge fonctionne comme intermédiaire entre les panneaux solaires et les batteries. Sa fonction principale est d’éviter que les batteries soient surchargées ou déchargées excessivement, ce qui prolonge leur durée de vie et assure un fonctionnement fiable du système. Pour un rendement optimal, il est conseillé de consulter un guide technique pour l’installation de panneaux solaires.
On trouve principalement deux types de régulateurs :
- PWM (Modulation de largeur d’impulsion) : moins chers, adaptés aux petits systèmes, bien que moins efficaces dans la gestion de l’énergie.
- MPPT (Suivi du point de puissance maximale) : ils permettent d’optimiser au maximum l’énergie produite par les panneaux en adaptant leur fonctionnement pour atteindre le point de puissance maximale.
Il est habituellement recommandé d’utiliser des régulateurs MPPT pour des installations de plus de 500W afin de garantir un rendement optimal.
3. Inverseur
L’inverseur solaire convertit le courant continu (DC) produit par les panneaux et stocké dans les batteries en courant alternatif (AC), celui que nous utilisons à la maison. Dans les systèmes connectés au réseau, l’inverseur synchronise également le courant généré avec le réseau électrique, et dans les systèmes isolés, il peut inclure des fonctions supplémentaires telles que la gestion de l’utilisation des générateurs de secours ou le contrôle de l’ensemble du système.
Certains inverseurs modernes permettent même de surveiller la consommation et la production d’énergie via une application mobile, optimisant ainsi l’utilisation de l’énergie générée.
4. Batteries solaires
Les batteries sont indispensables dans les installations isolées, car elles permettent de stocker l’électricité produite pour l’utiliser lorsque la lumière solaire n’est pas disponible (la nuit ou les jours nuageux). Dans les systèmes reliés au réseau, l’utilisation du stockage est facultative mais devient de plus en plus courante dans des installations visant à obtenir une autonomie énergétique.
Les types de batteries les plus courants comprennent :
- Plomb-acide (AGM ou gel) : peu coûteuses, mais avec une durée de vie et une efficacité moindres.
- Lithium : plus onéreuses mais également plus durables, efficaces, légères, et avec une capacité de décharge supérieure.
Les batteries lithium ont gagné en popularité ces dernières années en raison de leur performance, de leur facilité de surveillance et de leur faible besoin de maintenance.
5. Structure de support
Pour que les panneaux solaires fonctionnent correctement, ils doivent être installés sur une structure qui les maintienne stables et à l’angle adéquat. Ces structures peuvent être installées sur :
- Des toits : utilisant des systèmes coplanaires, à angle ou des structures lestées.
- Le sol : idéales pour les fermes solaires ou pour des installations de grande taille.
Une orientation correcte (vers le sud en Espagne) et un angle adéquat maximisent la captation de l’énergie solaire et le rendement du système.
6. Câblage et protections électriques
Bien qu’ils soient souvent négligés, les câbles et systèmes de protection sont essentiels pour le bon fonctionnement et la sécurité d’une installation photovoltaïque. Ce matériel doit être capable de résister à des conditions environnementales extrêmes, il est donc crucial qu’il soit spécifiquement certifié pour un usage solaire, assurant ainsi une longue durabilité et une faible résistance électrique.
Les protections comprennent des fusibles, des disjoncteurs et des systèmes de mise à terre pour éviter les surcharges, les courts-circuits et les décharges électriques.
7. Boîte de raccordement
La boîte de raccordement est le point où tous les câbles des modules photovoltaïques convergent et d’où partent les connexions vers le reste du système. Elle est située à l’arrière de chaque panneau et est généralement conçue pour résister à des conditions environnementales difficiles. Certaines incluent même des diodos de blocage ou de déroutement pour éviter les pertes d’énergie lorsque une partie du panneau est ombragée.
8. Générateur auxiliaire (optionnel)
Dans les installations isolées, un générateur de secours peut être ajouté, surtout dans des zones où des jours consécutifs de conditions défavorables sont pronostiqués. Ce générateur peut s’activer automatiquement lorsque les batteries sont faibles et que le système ne reçoit pas suffisamment de radiation solaire pour fonctionner. Dans ces cas, considérer des panneaux solaires portables pour des situations d’urgence peut être utile.
Composants détaillés d’un panneau solaire
Les panneaux solaires sont conçus pour résister à toutes sortes de conditions climatiques et pour fonctionner pendant des décennies. Ils sont constitués de plusieurs couches, chacune ayant une fonction spécifique :
- Verre trempé : première couche, qui protège des impacts et permet le passage de la radiation solaire sans perte significative.
- Encapsulant EVA (éthylène-vinyle-acétate) : absorbe les tensions thermiques et protège les cellules de l’humidité et d’autres éléments.
- Cellules solaires : convertissent la lumière en électricité.
- Une autre couche d’encapsulant EVA : similaire à la première, couvrant l’arrière des cellules.
- Couche arrière (backsheet) : généralement en polymères comme le PET ou le TPT, elle isole et protège contre les intempéries.
- Cadre en aluminium : apporte une rigidité structurelle au panneau, facilite le montage et protège les bords du verre.
- Boîte de raccordement : connecte les cellules au reste du système et peut inclure des protections supplémentaires.
Ce design multicouche améliore le rendement, la durabilité et la sécurité des modules photovoltaïques.
Fabrication des panneaux solaires
Le processus de fabrication d’un panneau solaire est hautement technique et nécessite plusieurs étapes pour garantir la qualité et l’efficacité du produit final.
1. Production du silicium
Tout commence par la purification du silicium, qui est ensuite soumis à des procédés de fusion pour devenir des lingots. Ces lingots sont découpés en fines plaquettes appelées wafers.
2. Dopage des wafers
Les wafers sont traités avec des impuretés chimiques comme le phosphore et le bore pour modifier leur conductivité et permettre la création d’un champ électrique (jonction p-n).
3. Création des cellules solaires
Les wafers dopés sont recouverts de matériaux anti-reflets et gravés avec des motifs pour améliorer la captation de la lumière.
4. Assemblage
Les cellules sont connectées en série à l’aide de bandes conductrices, formant des strings. Ces strings sont encapsulés entre couches d’EVA, de verre et un film arrière.
5. Emballage et boîte de raccordement
Le module est monté dans un cadre en aluminium et une boîte de raccordement est ajoutée pour faciliter le câblage.
6. Contrôles de qualité
Chaque panneau est soumis à des tests de performance, de résistance, d’exposition à des conditions extrêmes, et des contrôles visuels pour assurer l’absence de fissures ou de défauts.
Grâce à ce processus, les panneaux modernes peuvent maintenir leur efficacité pendant 25 à 30 ans ou plus.
Differentiations entre systèmes isolés et connectés au réseau
Lors de choix d’une installation solaire, l’un des grands dilemmes est de savoir s’il faut opter pour un système isolé (off-grid) ou un système connecté au réseau (autoconsommation). Examinons leurs principales dissociations :
- Autoconsommation : produit de l’énergie pour le foyer et utilise le réseau comme sauvegarde. Cela permet de vendre les surplus et n’exige pas obligatoirement des batteries.
- Aislé : ne dépend pas de la réseau électrique, nécessite des batteries et un générateur (en option). Idéal pour des zones sans accès au réseau.
Les deux systèmes ont leurs avantages, mais l’autoconsommation est la plus courante dans les zones urbaines, tandis que le système isolé est généralement utilisé dans des endroits reculés.
Il est clair que l’énergie solaire permet aux utilisateurs et aux entreprises d’économiser de l’argent, d’être plus autonomes et de réduire leur impact environnemental. En se familiarisant avec chaque composant du système, on peut prendre de meilleures décisions pour l’installation ou la maintenance d’une installation photovoltaïque efficace et durable.
Mon avis :
L’énergie solaire représente une solution durable et en croissance, contribuant à la réduction des coûts énergétiques et de l’empreinte carbone. Cependant, les installations nécessitent des investissements initiaux conséquents (entre 5 000 € et 15 000 €), et les conditions climatiques peuvent impacter leur efficacité. Néanmoins, leur rentabilité à long terme et les avancées technologiques renforcent leur attractivité.
Les questions fréquentes :
Qu’est-ce qu’un système solaire photovoltaïque ?
Un système solaire photovoltaïque est un ensemble de composants conçus pour convertir la lumière solaire en électricité utilisable, que ce soit pour un usage domestique, industriel ou commercial. Il est principalement constitué de panneaux solaires, mais comprend également d’autres éléments essentiels comme des régulateurs, des inversores, des structures et parfois des batteries.
Quels sont les composants fondamentaux d’un système solaire ?
Les composants clés d’une installation solaire photovoltaïque incluent : les panneaux solaires qui captent la lumière du soleil, le régulateur de charge qui préserve la vie des batteries, l’inversor qui convertit le courant continu en courant alternatif, les batteries qui stockent l’énergie, et la structure de support qui maintient les panneaux en position optimale. Chaque élément joue un rôle crucial pour garantir le fonctionnement efficace du système.
Comment fonctionnent les batteries dans un système solaire ?
Les batteries sont surtout essentielles dans les installations isolées, car elles stockent l’électricité générée pour être utilisée quand il n’y a pas de soleil. Dans les systèmes connectés au réseau, l’usage des batteries est optionnel, mais de plus en plus courant parmi ceux qui souhaitent atteindre l’autonomie énergétique. Les batteries au lithium sont de plus en plus utilisées en raison de leur efficacité et de leur durée de vie prolongée.
Quelles sont les différences entre les systèmes isolés et ceux connectés au réseau ?
Le principal choix lors de l’installation d’un système solaire réside dans le type de système : un système isolé ne dépend pas du réseau électrique, nécessite des batteries et éventuellement un générateur, et est idéal pour des régions sans connexion électrique. En revanche, un système connecté produit de l’énergie pour la maison tout en étant alimenté par le réseau électrique, offrant la possibilité de vendre l’excédent d’énergie sans nécessiter obligatoirement de batteries.
