Vous voulez comprendre comment votre toiture peut produire de l’électricité à l’aide de panneaux solaires ? Vous êtes au bon endroit ! Dans cet article, nous allons détailler ensemble clairement et simplement les différentes étapes de production d’une installation photovoltaïque : le fonctionnement des panneaux, les différents maillons de la chaîne de production entre le soleil et votre prise électrique, les options d’utilisation dont vous disposez avec votre énergie solaire, etc. Nous aborderons également quelques sujets complémentaires, comme le rendement moyen attendu dans les différentes régions de France métropolitaine, la durée de vie d’un module ou encore l’interprétation du rendement d’un panneau.
En bref :
- Un panneau solaire photovoltaïque transforme la lumière du soleil en électricité
- En frappant le silicium contenu dans les cellules photovoltaïques, la lumière du soleil crée un courant continu
- L’onduleur convertit ce courant continu en courant alternatif
- Ce courant alternatif peut alimenter vos équipements électriques domestiques, être stocké sur batterie pour être utilisé la nuit et/ou être revendu à un fournisseur
À quoi sert un panneau solaire ? Les bénéfices concrets
Avant de rentrer dans le vif de notre sujet, à savoir le fonctionnement d’une installation photovoltaïque, il convient de répondre rapidement à une première question : à quoi sert l’énergie solaire ? La réponse, plus complète qu’il n’y paraît de prime abord, est multiple. La mise en place de panneaux solaires vous permet de :
- Produire de l’électricité gratuitement directement depuis votre toiture. Vous limitez ainsi la quantité d’électricité que vous devez acheter à un fournisseur extérieur, et réalisez des économies significatives sur votre facture d’électricité (entre 400 et 1 200 € par an selon la puissance de votre installation et la consommation annuelle de votre foyer).
- Contribuer à la transition énergétique. En effet, non seulement l’électricité que vous produisez est gratuite, mais elle est également 100 % verte : elle est issue d’une source de production 100 % renouvelable (le soleil), n’émet aucun gaz à effet de serre pour être générée et est produite et consommée en circuit ultra court : de votre toit à vos prises électriques.
- Tendre vers une plus grande autonomie énergétique, en maximisant votre taux d’autoconsommation (la part d’énergie produite par vos modules que vous consommez). Or, moins vous dépendez des fournisseurs d’énergie, moins vous subissez les hausses de prix du marché de l’électricité, particulièrement fréquentes ces dernières années. Vous pouvez encore plus augmenter votre taux d’autoconsommation et votre indépendance énergétique en équipant votre installation d’une batterie solaire, qui vous permet de stocker votre électricité lorsque vos panneaux produisent un maximum afin de la réutiliser le soir, la nuit ou par temps très couvert.
- Générer un revenu d’appoint grâce à la vente de votre surplus de production. Vous avez en effet la possibilité de revendre votre excédent de production non utilisé pour alimenter les appareils de votre foyer à un prestataire extérieur, comme EDF OA ou MK-Surplus. Ce complément financier permet d’accélérer le retour sur investissement de votre installation photovoltaïque de façon significative.
Comment fonctionne un panneau solaire ? Le principe de base
Attaquons maintenant le cœur de notre sujet du jour : qu’est-ce que l’énergie solaire, ou plutôt comment fonctionne l’énergie solaire ? Eh bien, le principe est simple : un panneau solaire capte la lumière du soleil et ses cellules photovoltaïques en silicium la transforment en électricité grâce à l’effet photovoltaïque (découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839). Nous reviendrons plus en profondeur sur l’effet photovoltaïque un peu plus loin dans cet article.
Il convient cependant de bien distinguer deux types de panneaux solaires :
- Le panneau solaire photovoltaïque, qui produit de l’électricité à partir de la lumière du soleil sans aucune combustion, ni émission de gaz à effet de serre ni pollution sonore.
- Le panneau thermique, qui produit de la chaleur à partir des rayons du soleil afin d’alimenter le chauffage du foyer (chauffage à eau, plancher chauffant, etc.) et/ou de l’eau chaude sanitaire (ballon d’eau chaude classique, chauffe-eau thermodynamique).
La chaîne énergétique complète : du soleil à votre prise
Ok pour le fonctionnement général d’un panneau solaire, mais concrètement : comment les rayons du soleil se transforment-ils en électricité ? Comment fonctionne ce fameux effet photovoltaïque ? Le courant produit par le panneau photovoltaïque est-il utilisable en l’état ? Pour répondre à tout cela, détaillons ensemble chaque maillon de la chaîne énergétique, du panneau solaire à la prise électrique :
- Étape 1 : Le rayonnement solaire. Les particules de lumières contenues dans les rayons du soleil, appelées photons, viennent frapper la surface vitrée du panneau. Afin de capter le plus de rayonnement possible, il est crucial de respecter une orientation sud, sud-est ou sud-ouest et une inclinaison du panneau située autour de 30° par rapport au sol.
- Étape 2 : Une fois captés par le panneau solaire, les photons viennent frapper le matériau semi-conducteur contenu dans les cellules photovoltaïques. Il s’agit généralement de silicium structuré en couches dopées N et P.
- Étape 3 : Sans entrer dans les détails trop techniques, les photons arrachent des particules à l’atome de silicium lorsqu’ils le frappent, ce qui crée un mouvement. Ce dernier génère alors un courant électrique continu (CC). Ce processeur est appelé « effet photovoltaïque ».
- Étape 4 : Le courant continu généré par les cellules du module n’est pas utilisable en l’état. C’est là qu’intervient un autre équipement central de l’installation photovoltaïque, l’onduleur. Son rôle est de convertir le courant continu en courant alternatif (AC), utilisable pour alimenter les appareils électriques de votre logement et injectable au sein du réseau de distribution. Il peut prendre la forme d’un onduleur central standard ou hybride relié en série à l’ensemble des panneaux, ou de plusieurs micro-onduleurs reliés à chaque modules (ou groupes de 2 ou 4 modules, selon les modèles).
- Étape 4 : Une fois converti, le courant alternatif est injecté au sein du réseau domestique via le compteur du foyer. Les équipements électriques de la maison sont alors alimentés en priorité par cette énergie produite sur place, car l’électricité prend toujours le chemin le plus court. S’il vous êtes équipés d’un compteur Linky, celui-ci vous permet de mesurer la quantité d’énergie solaire injectée sur le réseau public.
Notez que l’électricité passe par un coffret de protection qui assure la sécurité de l’ensemble de l’installation.
Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque exactement ?
Pour ceux qui veulent en savoir un peu plus sur l’effet photovoltaïque, voici un peu plus de détail sur la production de courant à partir de lumière solaire :
La cellule photovoltaïque est composée de deux couches de silicium, un matériau semi-conducteur : la couche dopée N, en excédent d’électrons, et la couche dopée P, en déficit d’électrons.
Quand les photons contenus dans la lumière solaire frappent la cellule photovoltaïque, ils arrachent des électrons qui se mettent à circuler entre les deux couches N et P. C’est ce mouvement qui crée un courant électrique continu, ou plus précisément un champ électrique au niveau de la jonction entre les deux couches, appelées jonction PN.
Cette réaction ne nécessite ni combustion, ni pièce mécanique ni eau. Elle est totalement silencieuse, sans déchet et n’entraîne aucune émission de gaz à effet de serre ou de déchet polluant.
Quel est le rôle de l’onduleur ou du micro-onduleur ?
Comme nous l’avons évoqué précédemment, le courant continu produit par les cellules photovoltaïques contenues dans les panneaux solaires n’est pas compatible avec les appareils électriques domestiques, qui fonctionnent en courant alternatif. Le rôle principal de l’onduleur central ou du micro-onduleur est de convertir le courant continu en courant alternatif. Pourquoi principal ? Car il peut avoir d’autres fonctions secondaires selon les modèles, comme envoyer les données de production à une application de suivi de production, par exemple.
L’onduleur peut prendre plusieurs formes :
- Un seul onduleur central, branché en série à l’ensemble de vos panneaux
- Un seul onduleur hybride, branché à l’ensemble de vos panneaux et pouvant gérer la répartition de votre énergie solaire entre l’alimentation de vos appareils domestiques, l’injection au sein du réseau et le stockage sur batterie
- Plusieurs micro-onduleurs répartis sur chaque module, une option plus flexible et moins sensible aux dysfonctionnements techniques et aux ombrages partiels
| Type d’onduleur | Onduleur central | Micro-onduleur |
| Installation | 1 par parc solaire | 1 par panneau (ou paire de panneaux) |
| Coût | Entre 500 et 1 500 € pour un usage résidentiel | Entre 150 et 400 € pièce |
| Maintenance | Simple (1 seul boîtier facilement accessible) | Plus complexe (chaque micro-onduleur est placé sous le panneau dont il convertit le courant) |
| Sensibilité à l’ombrage | Très élevé : un seul panneau défectueux impacte la production de l’ensemble de l’installation | Faible : seul le panneau ombragé voit sa production chuter |
Que se passe-t-il avec l’électricité produite par vos panneaux ?
Plusieurs options s’offrent à vous concernant l’utilisation que vous pouvez faire de votre énergie solaire :
Cas de figure n°1 : votre production est inférieure à votre consommation. Vous allez alors autoconsommer votre électricité solaire, puis le réseau prendra le relais. Autrement dit, vous compléterez votre consommation en puisant de l’énergie payante auprès d’un fournisseur.
Cas de figure n°2 : Votre production est supérieure à votre consommation. Vous allez alors tout d’abord autoconsommer votre énergie solaire, ce qui signifie que vous allez en priorité l’utiliser pour alimenter les appareils électriques de votre foyer en fonctionnement lorsque vos panneaux produisent. En effet, le système d’autoconsommation priorise automatiquement l’énergie produite localement avant de se servir au sein du réseau de distribution. Quant à l’excédent de production non utilisé (également appelé « surplus »), vous pouvez :
- L’injecter gratuitement au sein du réseau, une option que nous ne recommandons pas puisqu’elle revient à gâcher une partie de votre production
- Le revendre à un fournisseur d’énergie afin de générer un revenu d’appoint
- Le stocker sur une batterie solaire afin de le réutiliser lorsque vos panneaux produisent peu ou pas du tout (en soirée, la nuit ou par temps très couvert)
À NOTER
Les sites isolés sont un cas de figure spécifique qui impose un fonctionnement en autonomie totale, permis grâce à l’utilisation de batteries puissantes. Pour en savoir plus, allez vite lire notre article Autoconsommation en site isolé.
Combien produit vraiment un panneau solaire en France ?
Maintenant que nous avons vu comment un panneau solaire produit de l’électricité, passons à l’étape suivante : combien produit-il ? Il n’existe en réalité pas de réponse universelle à cette question. La production d’un panneau solaire dépend de plusieurs facteurs propres à chaque installation, dont les principaux sont :
- La puissance du panneau en Wc (watts-crête). Il s’agit de la puissance maximale développée par le module en conditions d’utilisation optimales : ensoleillement de 1 000 W/m², température stabilisée à 25 °C, etc.
- Son rendement, autrement dit le pourcentage d’énergie captée transformée en électricité.
- Son orientation et son inclinaison
- L’ensoleillement de la région d’installation
Afin de vous donner tout de même un premier ordre d’idée à titre purement indicatif, voici quelques estimations de productions annuelles moyennes pour un panneau de 400 Wc installé dans plusieurs grandes villes en France métropolitaine :
| Région | Ensoleillement annuel estimé | Production annuelle estimée pour 400 Wc |
|---|---|---|
| Lille | ~ 1 600 h/an | ~ 430 kWh/an |
| Paris | ~ 1 750 h/an | ~ 470 kWh/an |
| Lyon | ~ 1 900 h/an | ~ 510 kWh/an |
| Toulouse | ~ 2 100 h/an | ~ 570 kWh/an |
| Marseille | ~ 2 500 h/an | ~ 680 kWh/an |
Pour compléter ces données et vous donner un exemple plus concret, on peut préciser qu’il est généralement admis qu’un kit de 3 kWc peut couvrir entre 30 et 50 % des besoins de consommation d’une maison de 100 m² consommant environ 4 500 kWh/an, selon l’ensoleillement de la région d’habitation.
Vous voulez savoir avec précision ce que pourrait produire un kit solaire installé sur le toit de votre maison ? Contactez vite nos experts, ils établiront pour vous un bilan de production personnalisé et offert.
Rendement d’un panneau solaire : comment l’interpréter ?
Le rendement d’un panneau solaire correspond au taux de conversion d’un module, autrement dit à la part du rayonnement solaire reçu effectivement convertie en électricité. Il représente donc l’efficacité d’un panneau photovoltaïque.
Selon la technologie utilisée pour leur fabrication, les panneaux solaires actuels affichent généralement un rendement compris entre 18 et 23,5 % :
- Les panneaux monocristallins standards ont un rendement entre 18 et 20 %
- Les panneaux PERC affichent des rendements généralement situés entre 20 et 22 %
- Les panneaux récents qui cumulent les technologies TOPCon et Bifaciale atteignent souvent des rendements supérieurs à 23 %
- Les panneaux polycristallins, bien moins efficaces, ne sont quasiment plus commercialisés aujourd’hui.
À NOTER
Un rendement très élevé est particulièrement recommandé lorsque la surface de toiture disponible pour la pose de panneaux solaires est limitée. Vous pouvez en effet produire plus d’énergie par m² disponible.
Durée de vie et garanties d’un panneau solaire
Une autre question clé à prendre en considération est : combien de temps un panneau solaire peut produire de l’électricité ?
La durée de vie d’un panneau solaire est généralement comprise entre 25 et 35 ans, en fonction de la qualité du modèle choisi et de la régularité de son entretien. Ce dernier doit être effectué au moins une fois par an, mais rassurez-vous : il est très simple et rapide à effectuer. Il vous suffit en effet de contrôler visuellement l’état des différents équipements de votre installation et de nettoyer la surface de vos modules à l’aide d’un chiffon doux et d’eau non pressurisée.
Les deux garanties proposées par les constructeurs sont un bon indicateur de la robustesse d’un panneau solaire et de sa capacité à produire efficacement dans le temps :
- La garantie produit couvre les défauts de fabrication sur une durée de 10 à 25 ans
- La garantie de production, également appelée garantie de rendement ou de performance, assure une production minimale au fil du temps (87 % sur 25 ans garantit par exemple que la capacité de production au bout de 25 ans sera au minimum égale à 87 % de sa capacité en sortie d’usine)
À NOTER
Pour aller encore plus loin dans la vérification de l’efficacité de votre installation photovoltaïque, Mon Kit Solaire offre à tous ses clients un bilan de production annuel.
Panneaux solaires photovoltaïques ou thermiques : quelle différence ?
Nous avons rapidement parlé au début de cet article de la différence entre panneaux solaires photovoltaïques et panneaux solaires thermiques. Mais il existe en réalité trois grandes familles de panneaux solaires :
- Les panneaux solaires photovoltaïques, qui produisent de l’électricité à partir du soleil
- Les panneaux solaires thermiques, qui produisent de la chaleur
- Les panneaux solaires hybrides (à eau ou à air), qui assurent les deux fonctions photovoltaïque et thermique
Malgré l’attractivité sur le papier de leur double fonctionnalité, les panneaux hybrides présentent une rentabilité encore faible à ce jour à cause de leur prix d’achat et d’installation très élevé. Il est généralement bien plus rentable d’installer des panneaux photovoltaïques couplés à un ballon thermodynamique (pour le chauffage de l’eau sanitaire) et/ou une pompe à chaleur air/air (pour le chauffage du foyer).
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