Tout Savoir sur la Composition d’un Panneau Solaire

Un panneau solaire est une prouesse technologique.

Connaissez-vous réellement le panneau solaire ? Pour une meilleure compréhension du panneau solaire, il est primordial de se renseigner sur sa fabrication.

Sauriez-vous me parler de la composition du panneau solaire ? C’est une question difficile car il existe différents types de panneaux solaires.

La composition d’un panneau solaire se fait sur trois grands axes : l’usage, les matériaux, la technicité.

C’est pourquoi les techniques de fabrication ne sont pas les mêmes.

Dans cet article, Mon Kit Solaire vous explique tout sur la composition d'un panneau solaire.

1. Un panneau solaire, ça sert à quoi ?

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Certains particuliers ont déjà compris l’intérêt de recourir aux énergies renouvelables. Cet intérêt est à la fois d’ordre économique et écologique, ce qui permet alors de parler d’écolonomie.

En effet, grâce à un kit autoconsommation composé de panneaux solaires, vous pouvez réduire le montant de vos factures d'électricité tout en consommant de l'énergie verte produite par votre système.

Pour diminuer vos factures d’énergie, il est donc conseillé de mettre en place une solution d'autoconsommation.

Certains kits autoconsommation proposés chez Mon Kit Solaire

2. Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Le fonctionnement du panneau solaire est très simple. Le module utilise l'énergie solaire et va plus précisément capter le rayonnement du soleil pour produire de l’énergie.

L’énergie produite peut être électrique, thermique ou bien les deux.

La manière de fonctionner est distincte selon le type de panneau solaire.

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Choisir le bon panneau solaire est essentiel dans la réduction de vos factures d’énergie par rapport à votre consommation d’énergie.

Comprendre le fonctionnement des différents types de panneaux revient à vous donner un aperçu des gains potentiels que vous allez réaliser.

>> Quel type de panneau solaire choisir ? Lire l'article concerné pour en savoir plus.

3. Les différents types de panneaux solaires

En fonction de l'objectif fixé, le type de panneau solaire ne sera pas le même. Par exemple, la mission du panneau peut être de produire de l’électricité, de l’eau chaude ou encore de l’air chaud.

Les panneaux hybrides et aérovoltaïques ont la particularité de remplir plusieurs fonctions à la fois.

Panneau solaire photovoltaïque

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La mission du module photovoltaïque est de produire de l’électricité grâce à l'énergie du soleil.

L’électricité produite par les panneaux photovoltaïques correspond à un courant continu ensuite converti en courant alternatif par les onduleurs ou micro-onduleurs.

Il existe différents types de panneaux photovoltaïques, notamment le panneau solaire souple. Il peut être aussi appelé flexible ou semi-flexible. La mission de ce type de panneau est de produire de l’électricité mais cette fois sous le signe de la mobilité.

Panneau solaire thermique

Le panneau solaire thermique, ou capteur solaire thermique, a la particularité de recueillir la chaleur du soleil.

Son application est le plus souvent destinée à produire de l’eau chaude. Vous pouvez peut-être le connaître sous l’appellation chauffe-eau solaire.

Le capteur solaire thermique se décline en 2 familles : vous pouvez retrouver la technique du capteur plan et celle du capteur à tubes. Nous exposons leurs différences dans la suite de l'article.

Panneau solaire hybride

Le panneau solaire hybride combine un système photovoltaïque et un système thermique.

La face avant du panneau produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque et donc au soleil.

En parallèle, la face arrière recycle la chaleur émise avec un échangeur thermique ce qui permet de créer de l'énergie thermique et donc de produire de l'eau chaude.

Panneau solaire aérovoltaïque

Le panneau solaire aérovoltaïque associe la technologie d'un module solaire photovoltaïque avec celle d'un système de circulation de l’air (VMC) pour réchauffer l’habitation.

L’air extérieur est aspiré sous le module qui va se réchauffer pour finalement être acheminé partout dans la maison et donc faire chauffer le foyer.

La déperdition calorifique des modules solaires photovoltaïques est ainsi recyclée.

4. Composition d’un panneau solaire photovoltaïque

• Le cadre métallique en aluminium assure la solidité de la structure.

Ce dispositif est léger, avec une bonne résistance.

• La jointure d’étanchéité en caoutchouc permet d’éviter l’infiltration de l’eau de pluie.

• Le vitrage est une plaque de verre, destinée à protéger la surface contre les chocs extérieurs comme la grêle.

Le verre peut recevoir un traitement anti-reflet pour augmenter l’absorption des rayons lumineux.

• La couche EVA ou éthylène-acétate de vinyle est une feuille souple transparente et collante.

Elle permet d’encapsuler la matrice cellulaire sans altérer l’effet photovoltaïque.

• La matrice cellulaire est un assemblage de 3 composants : les cellules solaires, les diodes by-pass et la grille conductrice.

La cellule capte la lumière et produit de l’électricité.

La diode by-pass régule le courant continu des cellules.

Le conducteur est un fil plat en cuivre amenant le courant continu.

• La feuille de fond est un film PVF (polyfluorure de vinyle).

C’est un film de protection avec plusieurs propriétés chimiques, mécaniques et électriques.

• Le boîtier de dérivation en plastique regroupe au dos les fils électriques du panneau et protège contre une surintensité du courant.

A ne pas confondre avec la boîte de jonction (matériel indépendant) pour relier 2 champs photovoltaïques mis en parallèle.

• Les câbles de sorties représentent les câbles de branchement du module.

Ils sont revêtus d’une gaine de protection en caoutchouc et intègre des connecteurs MC4 à leur extrémité.

• Les connecteurs MC4 se clipsent à l’onduleur.

Ce type de connecteur facilite le branchement à l’onduleur.

L’un est la borne positive et l’autre est la borne négative.

Ce sont des connecteurs spécifiques au courant continu.

Le connecteur est en plastique.

5. Composition d’un panneau solaire thermique

Vous souhaitez installer un panneau thermique pour votre consommation d’eau chaude mais vous vous y perdez avec les différentes technologies.

Rappelez-vous, nous en avons parlé au début de cet article.

Vous avez le choix entre 2 familles de capteurs thermiques :

• Le capteur solaire à plan

• Le capteur solaire à tubes

Le capteur solaire avec plan

• Le couvercle est transparent en verre trempé.

Le vitrage est très robuste et favorise l'effet de serre dans le coffrage.

• Le joint en caoutchouc assure un coffrage étanche pour un effet de serre accru et empêche l'infiltration d’eau.

• L’absorbeur est une plaque opaque en aluminium ou en cuivre.

Ce sont des métaux avec une forte conductivité thermique (qui réagit très vite à la chaleur).

L’absorbeur a pour but d’emmagasiner la chaleur du rayonnement solaire pour la transmettre à l’échangeur calorifique par contact.

Chaque fabricant possède sa propre technique de liaison.

La plaque peut être juste posée, collée ou soudée.

Avez-vous déjà entendu les termes « plaque noire » ou « absorbeur sélectif » ?

C’est une plaque avec un revêtement spécial.

Cela octroie une meilleure absorption thermique et une protection anti-corrosion.

• L’échangeur thermique ou circuit caloporteur est composé d’un réseau de tubes et d’un fluide caloporteur circulant à l’intérieur.

Les tubes sont en cuivre ou en inox (acier inoxydable ).

• Le fluide caloporteur est de l’eau ou un mélange d’eau et d’antigel alimentaire.

Le liquide caloporteur aide à transporter l’énergie calorifique (chaleur).

L’isolant thermique est généralement en laine de roche. L’isolation thermique est située sur les côtés latéraux du coffre et dans le fond du coffre.

Un isolant HD (haute densité) est parfois présent.

• Le coffre en aluminium regroupe tous les éléments du module thermique.

Le coffre et la plaque de verre forment un caisson assurant à l’ensemble une bonne solidité et une bonne étanchéité.

Le capteur solaire à tubes sous vide

Le panneau solaire thermique à tubes est composé des éléments suivants :

• Collecteur (à l’intérieur du coffret de protection)

• Condenseur du caloduc

• Circulation de l'eau dans le collecteur

• Tube acier étanche

• Absorbeur

• Fluide caloporteur

• Vapeur montante

• Tube de verre sous vide

>> Monocristallin ou polycristallin, que choisir ? Lire l'article concerné pour en savoir plus.

6. Composition d’un panneau solaire hybride

Remémorez-vous.

Le module solaire hybride ou panneau solaire PVT est la combinaison du panneau PV et du panneau solaire thermique.

En toute logique, le module hybride incorpore des composants photovoltaïques et thermiques avec quelques différences.

• Le cadre métallique en aluminium

• Le joint d’étanchéité en caoutchouc

• Le joint d’étanchéité en caoutchouc

• La plaque de verre

• Les couches EVA

• La matrice cellulaire

• L’absorbeur (plaque de métal) en cuivre

• L’échangeur thermique en cuivre

• L’isolant thermique en laine de roche

• L’isolant HD (haute densité) en laine de roche

• La plaque de fond en alu

• La boîte de jonction en plastique

• Les câbles de sorties avec gainage en caoutchouc

• Les connecteurs photovoltaïques MC4 en plastique

7. Composition d’un panneau solaire aérovoltaïque

Comme indiqué au début, le panneau aérovoltaïque produit de l’électricité et de l’air chaud.

• Le cadre métallique en aluminium

• Le joint d’étanchéité en caoutchouc

• La plaque de verre

• Les couches EVA

• La matrice cellulaire

• L’absorbeur (plaque de métal) en cuivre

• L’échangeur thermique en cuivre

• Le fluide caloporteur à l’eau ou mélangé avec de l’antigel

• L’isolant thermique en laine de roche

• L’isolant HD (haute densité) en laine de roche

• La plaque de fond en aluminium

• La boîte de jonction en plastique

• Les câbles de sorties avec gainage en caoutchouc

• Les connecteurs photovoltaïques MC4 en plastique

8. Composition d’une matrice cellulaire

La composition de la matrice cellulaire comprend 3 parties :

• La cellule solaire

• Le conducteur

• La diode by-pass.

Nous n’évoquons pas l’encapsulant qui renferme les 3 parties.

Types de cellules

La composition de la matrice cellulaire varie selon la technologie et un panneau photovoltaïque embarque un seul type de cellule.

La capacité de production d’électricité d’une cellule diverge principalement des matériaux utilisés pour sa fabrication.

Nous pouvons regrouper les cellules PV en 3 catégories :

• La cellule au silicium cristallin

• La cellule en couche mince

• La cellule en photovoltaïque organique

La cellule au silicium cristallin représente la plus grosse part du marché pour les installations de panneaux photovoltaïques.

Nous vous conseillons de choisir un panneau monocristallin ou un panneau polycristallin.

Les cellules monocristallines ou les cellules polycristallines ont le meilleur rapport qualité / prix.

La cellule en couche mince (toutes technologies confondues) représente environ 10% des panneaux photovoltaïques dans le monde.

Voici les 3 technologies les plus utilisées :

• Le Tellurure de Cadmium (CdTe), avec une très grande stabilité dans le temps avec un coût modéré

• Le Cuivre / Indium / Sélénium (CIS), le Cuivre/Indium/Gallium/Sélénium (CIGS) et le Cuivre / Indium / Gallium / Disélénide / Disulphide (CIGSS), les plus forts rendements des couches minces mais cher

• L’Arséniure de Gallium (Ga-As), pour une application spatiale.

La cellule en photovoltaïque organique se base sur un semi-conducteur organique.

Sa nature chimique change selon l’absorbeur utilisé d’où une grande variété.

Ces cellules sont encore au stade de R&D avec des caractéristiques propres comme le coût de fabrication insignifiant, un très haut rendement ou une mise en œuvre ultra simple.

Conducteurs

Les conducteurs sont des fils plats servant à souder les cellules entre elles.

Les conducteurs servent à transmettre l’électricité produite par les cellules photovoltaïques.

Diodes by-pass

Une cellule photovoltaïque ombragée pendant trop longtemps agit comme une résistance et absorbe l’énergie des autres cellules en activités créant un effet de point chaud (hot spot).

Plus de précisions sur ce phénomène : la cellule, considérée comme un générateur, cesse de produire du courant.

Elle devient ainsi récepteur et va recevoir l’énergie des cellules voisines qui continuent de produire.

Cette accumulation d’énergie va dès lors se manifester sous forme d’une surchauffe qui va endommager les cellules du panneau solaire.

Pour lutter contre le hot spot, les diodes by-pass sont très utiles pour empêcher le courant de revenir vers les cellules ombragées et prévenir cet effet.

Celle-ci permet de bloquer le courant en le faisant circuler dans un seul sens et d'empêcher cet effet de chaleur.

La diode by-pass agit en bloquant le courant électrique.

La production électrique est optimisée même en cas d’ombrage.

A une échelle plus grande, cela s’applique aussi quand vos panneaux solaires sont montés en série.

9. Élément annexe du photovoltaïque : l’onduleur central et le micro-onduleur

Dans une installation photovoltaïque, la présence d'un onduleur central ou bien d'un micro-onduleur est essentielle. En effet, cet élément est celui qui permet de transformer le courant continu produit par vos panneaux solaires en courant alternatif qui sera consommable par vos appareils domestiques.

L’onduleur photovoltaïque se présente sous 2 formes, dont les caractéristiques sont très distinctes : le micro-onduleur ou l’onduleur central.

Le micro-onduleur

On compte un micro-onduleur pour deux panneaux solaires, c'est-à-dire que lorsque vous possédez un kit de plus de deux panneaux, vous aurez également plusieurs micro-onduleurs.

Ce système vous permet d'optimiser votre production d'énergie puisque les panneaux solaires sont indépendants les uns des autres. De plus, les micro-onduleurs sont plus adaptés à des kits de petites puissances.

• Schéma de l'installation des micro-onduleurs :

L'onduleur central

L'avantage principal de l'onduleur central est le prix de celui-ci. En effet, vous ne possédez qu'un seul onduleur central pour l'ensemble de votre installation solaire. Seulement, votre production d'énergie s'en trouve touchée en cas de défaillance d'un panneau puisque ces derniers sont branchés en série.

• Schéma d'installation d'un onduleur central :

10. La composition du panneau solaire VS l’environnement

Pas besoin de terre rare

Les terres rares sont des métaux comptés au nombre de 17 qui sont très prisés pour leurs propriétés électromagnétiques.

L’appellation "terre rare" porte à confusion car l'existence de ces métaux est plutôt répandue.

Leur extraction et leur transformation est principalement détenue par la Chine avec 86 % de la production mondiale de terres rares en 2017.

Avec l'accroissement et le changement des nouvelles technologies, l'utilisation de ces "terres rares" augmente. Il faut donc avoir conscience de l'impact de l'utilisation excessive de ces matériaux sur l'environnement.

L’ADEME (Agence de l'environnement et de la maîtrise de l'énergie) rappelle que l’utilisation des terres rares n’entre pas ou très peu dans la composition d’un panneau solaire car leur exploitation a un impact toxicologique sur l’environnement.

Recyclage

Des dispositions environnementales sont déjà en place pour le recyclage du panneau solaire. Quoi de plus normal pour une filière prônant l’énergie renouvelable ?

L’organisme PV Cycle est un acteur majeur dans le traitement des panneaux photovoltaïque mais aussi d’autres produits.

En achetant vos panneaux solaires sur notre site, une éco-participation leur est versée.

Ces derniers possèdent différents points de collecte en France.

Vous pouvez ainsi y déposer votre panneau solaire en fin de vie pour qu’il soit recyclé.

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Durée de vie d’un panneau

Il est difficile d'exprimer la réelle durée de vie d'un panneau solaire mais on sait que certains peuvent continuer de produire au moins 40 ans après leur mise en service !

Les fabricants de panneaux solaires peuvent garantir 80% de la puissance de base d’un panneau une fois passé les 25 ans.

Le choix de remplacer ou non un panneau solaire en état de marche après 25 ans relève de votre appréciation.

C’est à vous de déterminer si le rendement général de votre installation d’autoconsommation correspond à vos besoins de consommation.

Si vous êtes désireux d'en savoir plus sur le sujet, rendez-vous sur cet article :

• Durée de vie d'un panneau solaire: ce qu'il faut savoir

Résumé des matériaux utilisés dans la composition des panneaux solaires

La composition d’un panneau solaire change régulièrement au cours des années.

Cela dépend de la gamme du produit, de l’ouvrage du fabricant et de l’avancement technologique.

Besoin d'aide ou de conseils concernant les panneaux solaires ?