Aujourd’hui, tout le monde connaît la fonction d’un panneau solaire : produire de l’énergie à partir des rayons du soleil.
Mais savez-vous concrètement comment ce procédé est possible ? Connaissez-vous la technologie et les composants d’un module solaire, qu’il soit photovoltaïque, thermique ou hybride ?
Chez Mon Kit Solaire, nous pensons que mieux vous comprenez un produit, mieux vous pouvez choisir la gamme appropriée pour répondre aux besoins de votre foyer. C’est pourquoi nous avons décidé de mettre à votre disposition ce guide complet, détaillé mais facilement compréhensible.
Matériaux et fonctionnement, technologies des matrices cellulaires, recyclage… Découvrez sans plus attendre tout ce que vous devez savoir sur la composition d’un panneau solaire !
Points clés :
- Les panneaux solaires sont constitués de verre, de silicium, d’aluminium, de plastique, de caoutchouc ainsi que de cuivre et/ou d’argent.
- Les cellules photovoltaïques à privilégier sont les cellules en silicium monocristallin, qui offrent aujourd’hui le meilleur rendement du marché.
- Plus de 95 % des matériaux présents dans un panneau solaire sont recyclables.
À quoi sert un panneau solaire ?
Les panneaux solaires servent à créer de l’énergie en captant les rayons du soleil. Ils peuvent ainsi générer soit :
- De l’électricité (panneaux photovoltaïques)
- De la chaleur pour l’eau chaude sanitaire et/ou un chauffage d’appoint (panneaux thermiques)
- Les deux (panneaux hybrides à eau et panneaux aérovoltaïques)
L’intérêt de produire votre propre énergie à domicile est double : faire des économies et agir pour l’environnement.
Un intérêt économique
Comme vous l’avez sans doute constaté, les prix de l’énergie sont en constante augmentation ces dernières années.
En produisant votre propre énergie depuis chez vous et en privilégiant un fonctionnement en autoconsommation plutôt que de l’acheter entièrement à un fournisseur, vous réduisez considérablement votre facture d’électricité et/ou de chauffage.
Et si vous choisissez de revendre votre surplus de production via le dispositif d’État EDF OA (Obligation d’Achat), vous avez en plus la possibilité de générer un revenu d’appoint non négligeable !
Un intérêt écologique
Si vous souhaitez réduire l’empreinte carbone de votre foyer et agir concrètement pour la transition énergétique, installer des panneaux solaires sur le toit de votre maison est une excellente initiative.
Ils vous permettent de produire de l’énergie 100 % verte et locale, acheminée et consommée directement en circuit court. Pas besoin d’infrastructures de transport ni de grosses centrales utilisant de l’énergie fossile (pétrole, gaz, charbon) ou nucléaire ; vous avez l’assurance de privilégier un mode de consommation responsable et durable !
Comment fonctionnent les panneaux solaires ?
Il est possible de résumer le fonctionnement global d’un panneau solaire comme ceci :
- Le panneau capte les rayons du soleil.
- Il les transforme en électricité et/ou en chaleur, en fonction du type de module.
- L’énergie produite est transmise à votre installation électrique ou à votre système d’ECS (Eau Chaude Sanitaire) ou de chauffage.
Vous étiez sans doute déjà familier avec cette explication dans les grandes lignes. Mais entrons maintenant plus en détail dans le fonctionnement propre à chaque famille de panneaux.
Les différents types de panneaux solaires
Panneau solaire photovoltaïque
Nous l’avons dit plus haut, un panneau solaire peut créer de l’électricité à partir des rayons solaires qu’il capte… Ok, mais comment ? Eh bien, grâce à l’effet photovoltaïque, découvert par Alexandre Edmond-Becquerel.
En 1839, ce physicien français constate que les photons, des particules présentes dans la lumière, peuvent générer une tension électrique après avoir été absorbés par des matériaux semi-conducteurs.
Plus précisément, voici comment cela se passe avec les panneaux solaires photovoltaïques :
- Les photons des rayons du soleil frappent les cellules photovoltaïques du module, composées d’un matériau semi-conducteur appelé silicium.
- Ils arrachent à l’atome de silicium d’autres particules, les électrons, qui laissent un vide en se déplaçant du côté négatif (N) vers le côté positif (P).
- Ce mouvement crée un courant continu, qui est transformé par l’onduleur (ou les micro-onduleurs) de votre installation en courant alternatif, directement utilisable pour alimenter les appareils électriques de votre foyer.
Panneau solaire thermique
Contrairement aux panneaux photovoltaïques, les panneaux thermiques ne produisent pas d’électricité. Leur but est de transformer l’énergie solaire en énergie calorifique. Plus clairement, ils vous permettent de générer de la chaleur à partir des rayons solaires.
Celle-ci est ensuite transmise via un liquide caloporteur (« qui transporte la chaleur ») vers un ou plusieurs des dispositifs de production d’eau chaude suivants :
- Votre chauffe-eau solaire individuel (CESI)
- Un plancher ou des murs chauffants
- Des radiateurs ou une chaudière à eau
- Un système de chauffage de l’eau d’une piscine ou d’un spa
Panneau solaire hybride
Les panneaux solaires hybrides à eau mixent les technologies photovoltaïques et thermiques, et produisent donc à la fois de l’électricité et de la chaleur pour votre maison.
Ils fonctionnent sur un système bifacial, où chaque côté du panneau joue un rôle différent.
Face avant du panneau hybride
Ce côté capte l’énergie solaire comme un module photovoltaïque standard :
- Les rayons du soleil sont captés par les cellules cristallines.
- Celles-ci transforment les photons de la lumière solaire en courant continu grâce à l’effet photovoltaïque.
- Ce courant continu est changé en courant alternatif via l’onduleur ou les micro-onduleurs.
- Le courant alternatif est injecté dans votre réseau domestique pour être utilisé par les équipements électriques de votre maison.
Face arrière du panneau hybride
La face arrière sert à produire de l’eau chaude, sur le même principe qu’un panneau thermique :
- Un circuit hydraulique contenant de l’eau, du glycol (un liquide caloporteur) ou un mélange des deux passe sous le panneau et en capte la chaleur.
- Le liquide chauffé est envoyé via des tuyaux vers un ou plusieurs systèmes de chauffage d’eau (ballon thermodynamique, chauffage à eau, etc.).
- Une fois refroidi, le fluide caloporteur est renvoyé vers le panneau solaire, et reprend son cycle en circuit fermé.
Panneau solaire aérovoltaïque
Le panneau aérovoltaïque fonctionne également en bifacial, mais sert à générer de l’électricité et de l’air chaud. Il n’a pas pour vocation première de produire de l’eau chaude, même si on peut le coupler à un ballon thermodynamique en le branchant à sa prise d’air.
Face avant du panneau aérovoltaïque
La face avant produit de l’électricité de la même manière qu’un module photovoltaïque. Nous l’avons déjà expliquée précédemment, pas besoin de revenir dessus.
Face arrière du panneau aérovoltaïque
La face arrière sert à produire et diffuser de l’air chaud dans votre foyer :
- Un sas capture l’air chaud circulant sous le panneau.
- Cet air réchauffé est filtré puis injecté dans le système de chauffage à air pulsé de votre maison.
Maintenant que nous avons clarifié le but et le fonctionnement de chaque grande famille de panneaux solaires, détaillons leur composition.
Composition d’un panneau solaire photovoltaïque
Composition du panneau en lui-même
Le châssis du panneau solaire
Le châssis est constitué d’un cadre métallique qui sert à assurer la solidité et le maintien de la structure au fil du temps.
Il est généralement composé d’aluminium, un matériau léger et résistant, idéal pour soumettre un minimum de contraintes de poids sur la charpente de votre toiture tout en garantissant une bonne résistance aux conditions extérieures (pluie, vent, gel, chaleur, etc.).
La jointure d’étanchéité
Fabriquée en caoutchouc, elle permet d’éviter les infiltrations d’eau de pluie au cœur du panneau, qui créeraient une usure prématurée des cellules photovoltaïques ainsi que de potentiels dysfonctionnements électriques.
Un élément qui paraît anodin, mais qui est pourtant essentiel pour assurer la sécurité de l’ensemble de votre installation !
Le vitrage
Il s’agit d’une plaque de verre trempé, dont le but est de protéger les cellules des chocs, de la saleté et des intempéries.
À noter : le verre peut recevoir un traitement anti-reflets pour augmenter l’absorption des rayons du soleil.
Conseil Mon Kit Solaire : évitez les panneaux dont le vitrage est composé de plexiglas. Ce matériau a tendance à jaunir au fil du temps, ce qui gêne le passage de la lumière et réduit le rendement de votre installation.
L’encapsulant EVA
La couche d’EVA, ou Éthylène-Acétate de Vinyle, est une feuille souple et transparente en plastique, ou plutôt deux feuilles : l’une est placée au-dessus des cellules, l’autre en dessous.
Cette enveloppe d’EVA apporte une protection supplémentaire contre la poussière et l’humidité, sans altérer l’effet photovoltaïque.
Les cellules solaires
Les cellules solaires sont composées de matériaux semi-conducteurs, en général du silicium monocristallin ou polycristallin (nous reviendrons sur ces notions plus tard dans ce guide). Ce sont elles qui captent la lumière du soleil et la transforment en courant continu. Afin de permettre l’effet photovoltaïque, deux couches de cellules sont nécessaires :
- L’une chargée négativement, grâce à l’ajout de phosphore.
- L’autre chargée positivement, par la présence de bore.
La membrane ou feuille de fond
La feuille de fond est une membrane en PVF (Polyfluorure de Vinyle) qui fait office de film de protection.
À noter : il existe des panneaux « bi-verre », dont la membrane PVF est remplacée par une plaque de verre identique à celle placée sur le dessus du panneau. L’intérêt de cette variante est de laisser passer une partie de la lumière sous le module, ce qui est appréciable pour certains bâtiments, comme les hangars photovoltaïques ou les vérandas solaires.
Le boîtier de dérivation
Le boîtier de dérivation est un petit coffret en plastique placé au dos du panneau, qui regroupe les fils électriques et protège contre une surintensité du courant.
Attention à ne pas le confondre avec la boîte de jonction (matériel indépendant du panneau), dont nous allons parler à présent.
Les éléments extérieurs aux panneaux solaires
La boîte de jonction
La boîte de jonction sert à relier deux champs photovoltaïques mis en parallèle. Elle est composée de plastique et de métaux conducteurs (principalement du cuivre).
Les câbles de sorties
Le câblage de sortie sert tout simplement à brancher le module au reste de l’installation. Ils sont revêtus d’une gaine de protection en caoutchouc et intègrent des connecteurs MC4 à leur extrémité.
Les connecteurs MC4
Il s’agit de connecteurs en plastique spécifiquement conçus pour le courant continu, permettant (comme leur nom l’indique) de connecter le panneau à l’onduleur afin de transformer le courant continu produit par les cellules de vos panneaux en courant alternatif, utilisable pour alimenter vos appareils domestiques.
Composition d’un panneau solaire thermique
Il existe deux grandes familles de panneaux solaires thermiques :
- Les capteurs avec plan, disposant d’une face avant en verre trempé
- Les capteurs à tubes sous vide, ou capteurs tubulaires
Composition d’un panneau thermique à plan vitré
La face avant en verre trempé
On retrouve ici un couvercle transparent en verre trempé, comparable aux vitres placées sur le dessus des panneaux photovoltaïques, qui sert à protéger l’intérieur du panneau. Le verre a toutefois un rôle supplémentaire dans la composition des panneaux thermiques : il génère un effet de serre, qui permet de concentrer les infrarouges et de décupler la chaleur.
Le joint d’étanchéité
Comme pour les panneaux photovoltaïques, l’utilisation d’un joint en caoutchouc permet d’assurer l’étanchéité du module.
L’absorbeur
L’absorbeur est une plaque opaque en aluminium ou en cuivre, des métaux qui présentent une forte conductivité thermique. En clair, ils réagissent très vite à la chaleur ! Selon le choix du fabricant, cette plaque peut être collée, soudée, ou simplement posée.
Le but de l’absorbeur est d’emmagasiner la chaleur solaire puis de la transmettre à l’échangeur calorifique par contact direct.
À noter : certains absorbeurs sont appelés « plaque noire », ou « absorbeur sélectif ». Il s’agit de modèles disposant d’un revêtement spécial, qui offre une meilleure absorption thermique et une protection anti-corrosion particulièrement efficace.
L’échangeur thermique
L’échangeur thermique – ou circuit caloporteur – est composé d’un réseau de tubes en cuivre ou en inox (acier inoxydable) qui transportent le liquide caloporteur du panneau vers l’eau à chauffer (cumulus, piscine, etc.).
Le fluide caloporteur
Le fluide caloporteur est composé d’eau, de glycol (un fluide antigel) ou d’un mix des deux. Son rôle est de transporter rapidement la chaleur d’un point à un autre du circuit.
Le coffre du module thermique
Un coffre en aluminium doublé d’un isolant thermique (en général de la laine de roche ou de l’isolant HD – Haute Densité), couplé à la plaque de protection en verre, permet d’assurer la solidité et l’étanchéité du panneau.
Composition d’un panneau tubulaire sous vide
Les capteurs tubulaires sous vide fonctionnent sur le même principe que les modules à plan vitré, à la différence près que les tubes de l’échangeur thermique sont mis sous vide (sans air). Cette méthode permet de réduire encore plus la perte de chaleur pendant le transport du liquide caloporteur.
Une alternative à favoriser dans les régions les moins ensoleillées !
Composition d’un panneau solaire hybride
Comme nous l’avons évoqué au tout début de cet article, il existe deux familles de panneaux solaires hybrides :
- Les panneaux hybrides à eau, qui produisent de l’électricité et de l’eau chaude.
- Les panneaux aérovoltaïques, qui produisent de l’électricité et de l’air chaud.
Composition d’un panneau hybride à eau
En toute logique, le module hybride à eau incorpore un mix des composants des panneaux photovoltaïques et thermiques que nous avons décrits précédemment, à savoir :
- 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 (réseau de tubes en cuivre ou en inox)
- Le fluide caloporteur (eau et/ou glycol)
- L’isolant thermique en laine de roche
- L’isolant HD (haute densité)
- La plaque de fond en aluminium
- La boîte de jonction en plastique
- Les câbles de sortie
- Les connecteurs photovoltaïques MC4 en plastique
Composition d’un panneau solaire aérovoltaïque
Les composants sont sensiblement les mêmes que ceux du panneau thermique, sans le liquide caloporteur ni le réseau tubulaire permettant de le chauffer et de le faire circuler. Ils sont remplacés par un sas de récupération de l’air chaud et un système de ventilation qui filtre ce dernier et le diffuse au sein de l’habitation.
Composition d’une matrice cellulaire
La matrice cellulaire est un assemblage de trois composants : les cellules solaires en elles-mêmes, les diodes by-pass et la grille conductrice. Commençons par voir quels sont les différents types de cellules.
Les cellules solaires
La cellule au silicium monocristallin ou polycristallin
Il s’agit du type de cellules solaires les plus répandues et les plus efficaces.
Les cellules monocristallines sont constituées d’un seul cristal de silicium. Elles ont un aspect uniforme et noir, et offrent un rendement important (entre 16 % et 24 %).
Les cellules polycristallines sont composées de cellules de silicium différentes les unes des autres. Elles ont un aspect moins homogène et une couleur bleutée, et offrent un rendement situé entre 14 % et 18 % en moyenne.
La cellule en couche mince
Les cellules en couche mince, également appelées cellules amorphes, peuvent être composées de différents matériaux. Voici les plus courants :
- Le Tellurure de Cadmium (CdTe), qui offre une très grande stabilité dans le temps et un coût modéré.
- Le CIS (Cuivre, Indium, Sélénium) et le CIGS (Cuivre, Indium, Gallium, Sélénium) , qui proposent les meilleurs rendements des couches minces mais restent chers.
- L’Arséniure de Gallium (GaAs), plutôt réservé aux applications spatiales.
Ce type de cellules a l’avantage de fonctionner même avec peu de luminosité, mais a un rendement plutôt faible. Elles représentent environ 10 % du marché.
La cellule en photovoltaïque organique
Ce nouveau type de cellule se base sur un matériau semi-conducteur organique. Cette technologie semble très prometteuse (faible coût de production, haut rendement, souplesse et légèreté) mais en est encore actuellement au stade de R & D (Recherche et Développement).
La grille conductrice
La grille conductrice est constituée d’un fil plat en cuivre, qui permet d’acheminer le courant continu des cellules vers l’onduleur ou le micro-onduleur.
Les diodes by-pass
Le rôle des diodes by-pass est d’empêcher un dysfonctionnement généralisé sur les cellules montées en série, en contournant celles qui sont défectueuses, en surchauffe ou ombragées.
Cela permet d’isoler le problème sur une zone limitée du circuit, et donc de garder un fonctionnement partiel du panneau.
Les matériaux utilisés dans les panneaux solaires
Voici une liste de l’ensemble des matériaux présents dans les panneaux solaires (tous types confondus) :
- Aluminium
- Verre
- Silicium
- Métaux conducteurs (cuivre, argent, etc.)
- Plastique (EVA, PVF, etc.)
- Caoutchouc
- Glycol, eau
Composition de l’onduleur central et du micro-onduleur
L’onduleur central (un par installation) ou les micro-onduleurs (un par panneau ou par paire de panneaux) jouent un rôle crucial au sein de votre installation, puisqu’ils modifient le courant continu produit par votre parc solaire en courant alternatif.
Mais de quoi sont-ils composés ? Eh bien, pas de grande surprise ici : comme la plupart des équipements électriques modernes, ils sont constitués de plastique, de métal et d’un peu de verre (diodes, écran).
Quel est l’impact environnemental des matériaux pour panneaux solaires ?
Un recyclage quasi complet du module photovoltaïque
Il est bon de rappeler que près de 95 % des composants d’un panneau solaire sont entièrement recyclables :
| Matériau | Pourcentage dans la composition d’un panneau | Recyclage |
| Verre | ≈ 70 % | Recyclable à l’infini (bouteilles, bocaux, isolant, etc.) |
| Polymères (plastique) | ≈ 10 % | Recyclables en CSR (Combustible Solide de Récupération) |
| Aluminium | ≈ 8 % | Recyclable à l’infini (canettes, conserves, barquettes, etc.) |
| Silicium | ≈ 5 % | Peut être réutilisé jusqu’à 4 fois pour produire des panneaux solaires avant de perdre ses propriétés semi-conductrices |
| Cuivre et argent | ≈ 1 % | Recyclables à l’infini |
Seuls certains éléments de connectique ne sont pas recyclables (moins de 5 % d’un module).
Soren et la collecte de modules usagers
En France, c’est l’organisme Soren (anciennement PV Cycle) qui prend en charge le traitement des panneaux solaires en fin de vie, via ses 230 points de collecte répartis dans tout l’hexagone.
Les modules usagers sont ensuite envoyés dans l’usine Véolia de recyclage à grande échelle des panneaux de type silicium cristallin, située dans les Bouches-du-Rhône.
Conclusion
Désormais, la composition d’un panneau solaire – qu’il soit photovoltaïque, thermique ou hybride – n’a plus de secret pour vous !
Toutefois, nous ne pouvons pas être exhaustifs sur ce type d’articles, d’une part car les technologies sont en continuelle évolution, d’autre part pour ne pas vous noyer d’informations techniques rébarbatives.
Mais si vous souhaitez avoir plus de précisions sur la composition des panneaux solaires, n’hésitez pas à nous solliciter, notre équipe d’experts se fera un plaisir de répondre à toutes
