Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques
On entend souvent de belles promesses concernant les panneaux solaires photovoltaïques… Ils pourraient à eux seuls faire fondre votre facture d’électricité ! En réalité, cette technologie n’a rien de « magique » et pourra s’avérer plus ou moins pertinente selon votre profil de consommation. Voici quelques repères pour comprendre le fonctionnement d’une installation et vous aider à démêler le vrai du faux.
- Résumé en vidéo
- Composition
- Onduleur
- Production
- Modèles économiques
- Prix
- Pertinence
- Avantages et inconvénients
Résumé en vidéo
Composition d’un panneau solaire photovoltaïque
Cellules : Les panneaux solaires comprennent plusieurs cellules montées en série. Elles contiennent du silicium qui est un matériau semi-conducteur. Ce matériau a la propriété de créer un courant électrique quand il reçoit de la lumière (ou des photons) d’où le terme « photo–voltaïque ».
Fonctionnement d'un panneau solaire photovoltaïque - Schéma : Ademe
Protection : Pour protéger ces cellules de l'humidité et de l'air, elles sont encapsulées entre deux couches. La face avant est recouverte d’une plaque de verre transparente. Et la face arrière est constituée le plus souvent d’un film en plastique blanc appelé Tedlar.
Parfois, ce revêtement est remplacé par une seconde plaque de verre. On qualifie alors ces panneaux de « bi-verre ». Ils sont plus résistants et bénéficient d’une garantie étendue. Cela peut avoir du sens, si vos panneaux sont soumis à de fortes contraintes mécaniques à cause de la neige par exemple.
L’encapsulage entre deux couches de verre rend les panneaux très résistants avec des garanties allant jusqu’à 40 ans. Photo : Proterra Energy.
Certains panneaux bi-verre sont également « bi-faciaux », c’est-à-dire que les cellules sont capables de capter la lumière réfléchie sur leur face arrière. Elles peuvent donc produire davantage d’électricité, de l’ordre de 5 à 10% selon les configurations.
La face arrière d’un panneau bifacial présente le même aspect que la face avant. Ici, les panneaux sont posés en ombrière avec une certaine « hauteur » qui permet de mieux bénéficier de la lumière réfléchie.
Cadre : Un cadre en aluminium vient assurer la rigidité de l’ensemble. Il faut prendre en compte qu’un panneau standard occupe une surface d’environ 2 mètres carré (175*115 cm).
Câblage : Pour exploiter l’électricité générée par l’effet photovoltaïque, il faut organiser la circulation des électrons. C’est pour cette raison que l’on retrouve des barres métalliques sur les panneaux solaires. Des « fingers » (ou « doigts ») au niveau des cellules qui sont des sortes de « routes départementales ». Et des « bus bars » qui traversent le panneau qui sont plutôt des « autoroutes ».
Le courant sort du panneau au niveau d'une boite de jonction située sur la face arrière. Cette boite comprend des diodes bypass, au nombre de trois le plus souvent. Elles constituent une sorte de « bouclier » à l'ombrage.
Les panneaux posés au sol sont davantage sujets à l’ombrage.
Ainsi, si une cellule ombragée ne produit plus, cette baisse de production ne va impacter qu’un tiers du panneau bien que toutes les cellules soient montées en série.
Rôle de l’onduleur photovoltaïque
Le courant produit arrive ensuite au niveau d’un onduleur dont le rôle principal est de transformer le courant continu issu des panneaux en courant alternatif 230 V que l’on peut utiliser dans la maison.
Les micro-onduleurs sont invisibles une fois le chantier terminé. Réalisation : Tesla Triping.
Rôles de l’onduleur : Cet onduleur est vraiment la pièce maîtresse de l’installation car il a de nombreuses autres fonctions. C’est lui qui :
- Optimise la performance des panneaux.
- Permet de suivre la production depuis son Smartphone.
- Améliore l’autoconsommation en déclenchant le chauffe-eau sur un temps de production solaire par exemple.
- Gère un éventuel parc de batteries.
Plus précisément, on trouve deux types d’onduleurs.
Soit des micro-onduleurs : Ce sont de petits onduleurs qui se fixent derrière chaque panneau ou pour un petit groupe de panneaux.
Ici, le micro-onduleur accepte deux panneaux mais il y a bien « un calculateur par panneau ». De ce fait, les deux modules sont totalement indépendants.
Soit des onduleurs centraux : Ils prennent en charge plus de panneaux et sont installés dans un local technique à proximité des panneaux.
Arbitrage : On peut retenir que les micro-onduleurs restent légèrement plus chers à l’achat mais amènent davantage de souplesse.
| Onduleur central | Micro-onduleur | |
| Configuration | 1 onduleur pour tous les panneaux, dans un local technique. | 1 onduleur derrière chaque panneau (ou petits groupes de panneaux). |
| Installation | Requiert un raccordement électrique au compteur. | Peut se brancher sur une prise standard (max. 2 panneaux). |
| Production | Un panneau défaillant impacte toute la chaine. | Un panneau défaillant n’impacte pas la production des autres. |
| Garantie | 5 à 10 ans | 10 à 20 ans |
| Marques | SMA Fronius Huawei | APSystem Enphase Hoymiles |
| Prix | 0.4€ par Wc | + 10 à 20% |
| En bref | Adapté si tous les panneaux ont la même orientation. | Pertinent en cas d’auto-installation sur une prise 230 V. Ou si contraintes différentes selon les panneaux. |
Production des panneaux solaires photovoltaïques
On produit maintenant du courant que l’on peut utiliser dans son logement. La quantité d’électricité que l’on va produire dépend de nombreux facteurs. On peut en retenir 3 principaux.
D’abord, la puissance des panneaux : Elle s’exprime en « Watt crête » et représente la quantité maximale d’électricité que peut produire le panneau. Attention, cette unité sert simplement à comparer les panneaux entre eux mais ne traduit pas la production réelle. En pratique, les panneaux produisent plutôt 75% de leur puissance crête. Donc un panneau de 400 Wc produira 300 W quand il y a du soleil.
Deux installations au sol se côtoient ici. La première comporte des panneaux d’ancienne génération de 275 Wc. La seconde, des modules plus récents (et plus grands) de 400 Wc.
Il faut simplement retenir que plus votre installation affiche de Wc, plus elle va produire d’électricité. Pour vous donner une idée, une installation « classique » en résidentielle comprend 6 à 8 panneaux pour une puissance de 3 000 Wc ou 3 kWc.
Ensuite, la géographie entre en jeu : C’est logique, plus la région est ensoleillée, meilleure sera la production d’électricité. En moyenne, on considère que l’on va produire environ 1 000 kWh par an et par kWc. Mais vous pouvez vous référer à cette carte pour affiner cette estimation.
Après, les critères de l’orientation et l’inclinaison entrent en jeu : En France, la meilleure orientation possible est plein sud, l’inclinaison optimale est de 30°. Vous voyez que quand on s’écarte de ces standards, la production baisse.
Ces repères restent bien sûr à adapter aux besoins réels. Il est possible d’avoir une orientation est-ouest par exemple pour favoriser le temps de production. On capte le soleil plus tôt le matin (côté est) et plus tard le soir (côté ouest). Cela peut être une piste à étudier en autoconsommation.
Une première installation « plein sud » est complétée par une seconde orientée « est-ouest ».
Attention, une orientation nord n’est jamais conseillée. Prudence car certains « professionnels » peuvent vous certifier le contraire dans l’espoir de vous vendre une installation hors de prix.
Modèles économiques et implantations des panneaux solaires
On a vu comment produire le plus d’électricité possible mais pour que votre installation soit viable financièrement, il faut valoriser cette électricité. Trois modèles économiques principaux sont possibles.
L’autoconsommation totale d’abord, qui est le modèle le plus simple : Cela consiste à autoconsommer sa production et à céder gratuitement le surplus sur le réseau. Cela se justifie sur les petites installations de 1, 2 voire 4 panneaux. De cette manière, vous pourrez couvrir les consommations continues de votre logement : la VMC, le réfrigérateur, la box internet, les appareils en charge… C'est une solution très intéressante pour qui veut poser soi-même ses panneaux car les contraintes administratives sont très limitées.
Deux panneaux suffisent pour couvrir les consommations courantes.
Il existe aujourd’hui de nombreux kits à brancher sur une prise 230 V pour faciliter la pose. Certains sont même « plug and play » et ne nécessitent qu’une petite heure de travail, sans compétences requises en bricolage ou en électricité. Il suffit d’avoir une prise accessible et aux normes.
Ensuite, La vente totale qui est le modèle historique : C’est simple, toute la production est vendue à EDF Obligation d’Achat à un tarif garanti sur 20 ans. C’est une piste intéressante si vous souhaitez une grande installation d’au moins 3 kWc mais que vous n’avez pas beaucoup de consommations. Ce peut-être le cas d’une résidence secondaire par exemple. Pour en bénéficier, la pose doit se faire sur un bâtiment et être confiée à un professionnel.
Sur ce modèle de la vente totale, il est intéressant de noter que d’un point de vue « physique », l’électricité produite va toujours « au plus court ». Autrement dit, c’est vous d’abord, puis votre voisinage qui allez consommer effectivement cette électricité. Mais, cela ne se verra pas sur vos factures.
Enfin, l’autoconsommation avec vente du surplus qui est une alternative à la vente totale : C’est également un modèle économique à considérer si vous avez une grande installation d’au moins 3 kWc posée par un professionnel sur un bâtiment. Il s’agit d’abord d’autoconsommer le plus possible l’électricité produite pour réduire sa facture d’énergie. C’est ce qui est le plus intéressant financièrement. Ensuite, le surplus est vendu sur le réseau à EDF Obligation d’Achat.
L’autoconsommation avec vente du surplus est intéressante si vous avez de grandes consommations d’électricité, notamment en été. En effet, il faut bien considérer que la production solaire est beaucoup plus faible en hiver, tout simplement parce qu’il y a moins de lumière disponible. Pendant cette période, on produit donc avec un facteur 1 alors que l’on produit avec un facteur 3 sur les mois ensoleillés.
Pour le dire plus clairement, si vous espériez couvrir vos radiateurs électriques avec des panneaux solaires, vous risquez d’avoir une mauvaise surprise.
Prix des panneaux solaires photovoltaïques
Les panneaux solaires photovoltaïques sont souvent moins chers que ce que l’on croit. Il y a essentiellement 3 offres sur le marché. Il faut compter :
1 à 1.5€ du Wc : Si vous assurez la pose d’un kit avec des compétences en bricolage. Notez qu’il s’agit « simplement » d’un assemblage mécanique des supports et de l’onduleur mais il n’y a pas d’erreurs possibles au niveau des branchements électriques.
1.5 à 2€ du Wc : Si vous installez un kit à brancher sur une prise 230 V prémonté en usine et donc, sans compétences requises.
3€ du Wc : Si vous passez par un pro pour une installation en toiture le plus souvent. Une installation par un professionnel est logiquement plus coûteuse mais elle offre plus de pistes pour rentabiliser son installation avec un gain final en général plus élevé. Dans tous les cas, on peut tabler sur une rentabilité entre 8 et 15 ans selon les situations.
Pertinence des panneaux solaires
Les panneaux solaires apparaissent très séduisants de prime abord. Mais est-ce vraiment le bon choix pour votre logement ? Pas nécessairement.
Si vous envisagez une petite installation : Prenons l’exemple de 2 panneaux installés pour couvrir vos consommations courantes. Un kit à brancher sur une prise fait très bien le job et est accessible à tous, sans aucune compétence en bricolage ou en électricité. Ici l’investissement va être limité, autour de 1 500€. Vous n’allez pas produire beaucoup d’électricité mais vous allez en autoconsommer une large part. Ce type d’installation est toujours intéressant car vous aurez toujours un talon de consommations à couvrir.
Si vous envisagez une grande installation : Choisissons maintenant une puissance de 3 kWc dans le but de réduire votre facture d’énergie. Les choses sont plus nuancées. En effet, cet investissement est assez onéreux, de l’ordre de 9 000€ et ce n’est pas le premier levier pour faire baisser la note. Il faut d’abord jouer sur l’isolation et le mode de chauffage.
Pour l’isolation, cela consiste à isoler le toit, les murs et le sol de façon continue pour avoir une enveloppe performante et confortable.
Après, il faut chauffer ce logement avec un système performant c’est-à-dire avec un bon rendement et un impact limité sur le réchauffement climatique. C’est le cas des chauffages au bois ou des pompes à chaleur par exemple.
Enfin, une fois que vous consommez peu et de façon efficace, ça devient très cohérent d’envisager de produire des énergies renouvelables.
Bilan des panneaux solaires photovoltaïques
Les panneaux solaires sont très vertueux mais ils ne constituent pas pour autant une solution « magique » pour baisser sa facture d’énergie comme on nous le vend très souvent.
Côté avantages :
- C’est une technologie très fiable et éprouvée avec une durée de vie d’au moins 25 ans.
- Le bilan carbone n’est pas neutre mais il y a une vraie plus-value environnementale par rapport aux énergies fossiles, surtout quand l’assemblage des panneaux est Made In France.
- Les panneaux limitent la dépendance au prix de l’électricité.
- Ils permettent de s’interroger sur ses consommations et de mettre en place des gestes de sobriété.
- Leur pose est accessible à tous les particuliers, avec un kit à brancher par exemple.
- Et c’est vraiment très satisfaisant de produire son électricité
Côté inconvénients :
- Ce n’est pas le premier levier pour baisser durablement sa facture d’énergie. L’isolation et le chauffage sont des pistes prioritaires.
- On produit beaucoup plus en été qu’en hiver, ce qui est rarement dit clairement. De ce fait, il n’y a pas toujours une adéquation entre la production et les consommations.
- Il y a un risque d’effet « rebond » contreproductif. Par exemple, comme on produit beaucoup d’électricité en été, on peut être tenté d’investir dans une climatisation. On s’écarte alors d’une démarche de sobriété.
- Enfin, le marketing est souvent trompeur. Soit parce qu’on vous promet des économies qui ne sont pas réalistes, soit parce que des « arnaqueurs » pratiquent des prix totalement hallucinants.
Conclusion : Des panneaux solaires fiables qui se démocratisent
Les panneaux solaires photovoltaïques constituent vraiment un bon système d’un point de vue technique. Tout dépend après de comment on utilise cette technologie.
Si vous êtes dans une démarche de sobriété et que vous avez envie de produire votre propre électricité, vous pouvez foncer.
Si vous vivez dans une passoire énergétique et que vous espérez diminuer votre facture d’énergie… Ce n’est probablement pas la bonne solution, ou en tout cas, pas dans l’immédiat.
Pour aller plus loin, nos publications sur les kits à brancher, les systèmes plug and play ou encore sur le choix des meilleurs panneaux devraient vous intéresser. Notre article consacré à la rénovation énergétique globale est aussi une lecture possible.
Aucun robot n'a été maltraité pendant l'écriture de cet article. C’est bel et bien l’œuvre de deux humains passionnés ! Pour leur payer un café, vous pouvez faire un don à l’association. Merci ❤ 
