Panneau solaire : fonctionnement des cellules permettant l’autoconsommation

Panneau solaire : fonctionnement de l’effet photovoltaïque

Que faut-il savoir sur le panneau solaire et son fonctionnement ? Les panneaux solaires, ou modules photovoltaïques convertissent la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique appelé l'effet photovoltaïque. Ils sont en effet constitués de nombreuses cellules photovoltaïques. Ces dernières sont généralement fabriquées à partir de silicium, un matériau semi-conducteur très abondant dans la nature.

Voici comment fonctionnent les panneaux solaires et comment produire de l’électricité avec les panneaux solaires :

1. Absorption de la lumière : lorsque la lumière du soleil atteint la surface des cellules photovoltaïques, les photons (particules de lumière) pénètrent dans le matériau semi-conducteur.
2. Libération des électrons : les photons transfèrent leurs énergies aux atomes de silicium, provoquant la libération des électrons de leurs liaisons atomiques. Ces électrons libres commencent alors à se déplacer à travers le matériau.
3. Génération du courant électrique : le mouvement des électrons crée un flux électrique, c'est-à-dire un courant continu (DC). Les cellules photovoltaïques sont conçues avec une jonction p-n, une interface entre deux types de silicium dopé différemment (type p et type n), qui génère un champ électrique. Ce champ dirige les électrons libres dans une direction spécifique, ce qui produit un courant électrique continu utilisable.
4. Collecte du courant : pour permettre au panneau solaire ce fonctionnement essentiel, les cellules photovoltaïques sont interconnectées et encapsulées dans un module photovoltaïque. Les fils conducteurs intégrés dans le panneau recueillent le courant généré par toutes les cellules et le dirigent vers l'onduleur.
5. Conversion du courant : l'onduleur convertit le DC produit par les modules photovoltaïques en AC, qui est le type de courant utilisé par les appareils électriques domestiques et les réseaux électriques.

Ce processus donc est essentiel pour garantir au panneau solaire un fonctionnement optimal.

Image extraite du guide "L’électricité photovoltaïque en 10 questions” de l’ADEME - Chapitre “Le photovoltaïque comment ça marche ?” page 4 & 5

Autoconsommation, batterie, injection réseau : où va l'électricité produite par les panneaux solaires ?

La production par les panneaux solaires 24V ou 12V peut suivre différents chemins en fonction de la configuration de l'installation photovoltaïque. Voici en détail comment consommer l’électricité produite par les panneaux solaires. Cela illustre le panneau solaire et son fonctionnement :

1. Utilisation immédiate pour l’autoconsommation : l’énergie produite est utilisée pour alimenter les appareils électriques de la maison. Par exemple, pendant la journée, le courant produit peut être directement utilisé pour faire fonctionner les lumières, les appareils électroménagers, les ordinateurs, les systèmes de chauffage ou de climatisation, etc. De plus, elle est généralement utilisée en priorité avant de consommer celle du réseau. Cette contribution du panneau solaire au fonctionnement de nombreux appareils domestiques permet de réduire la facture d'électricité en utilisant une ressource énergétique gratuite et renouvelable fournie par le soleil.
2. Stockage : ce système garantit au panneau solaire un fonctionnement indirectement continu. En effet, si les modules photovoltaïques produisent plus que nécessaire pour l'utilisation immédiate, l'excédent peut être stocké dans des batteries. Ces batteries, souvent au lithium-ion en raison de leur efficacité et de leur durée de vie, stockent l'énergie sous forme chimique permettant au panneau solaire un fonctionnement continu à tout moment. En outre, l'électricité solaire stockée dans les batteries lithium-ion peut être utilisée lorsque la production est insuffisante, par exemple la nuit ou pendant les jours nuageux. Ce système de stockage permet de maximiser l'autoconsommation électrique et d'assurer au panneau solaire un fonctionnement optimal.
3. Injection au réseau (net metering) ou revente : si l'installation est connectée au réseau électrique public, l'excédent peut être injecté dans le réseau. Cela signifie que l'électricité non utilisée par la maison est envoyée vers le réseau pour être distribuée et utilisée par d'autres consommateurs. Cette contribution du panneau solaire au fonctionnement du réseau constitue un geste important pour l’écologie.

Comment utiliser l’énergie produite la nuit ?

Les panneaux solaires ne produisent la nuit en l'absence de lumière du soleil. En effet, comme le panneau solaire et son fonctionnement reposent sur la conversion de l'énergie lumineuse en courant, la nuit, lorsque le soleil est couché, il n'y a pas de photons pour activer ce processus. Ainsi, le fonctionnement du panneau solaire maison s’arrête.
Cependant, outre le stockage d’énergie, une autre alternative existe pour permettre au panneau solaire un fonctionnement la nuit de manière continue, même en l'absence de rayonnements du soleil :

• Contrôle intelligent : le fonctionnement de ces systèmes consiste à optimiser l'utilisation des sources d'énergie disponibles. Par exemple, ils peuvent prioriser l'utilisation de l'énergie stockée dans les batteries des panneaux solaires et passer automatiquement à l'électricité du réseau lorsque les batteries sont déchargées.
• Appareils programmables : certains appareils domestiques peuvent être programmés pour fonctionner de manière optimale en fonction de la disponibilité de l'énergie photovoltaïque ou du coût de l'électricité du réseau. Cela garantit ainsi à votre panneau solaire un fonctionnement optimisé.

La gestion de l'énergie stockée fait partie intégrante du panneau solaire et de son fonctionnement, permettant d'assurer un approvisionnement électrique stable et continu malgré les variations de production du soleil. Ainsi, même si les panneaux ne produisent pas la nuit, les systèmes de stockage d'énergie et la connexion au réseau électrique garantissent que vous disposez toujours de l'électricité nécessaire pour vos besoins quotidiens.

Est-il possible de brancher les modules photovoltaïques sur une prise de courant à la maison ?

Oui, il est tout à fait possible d’utiliser l'électricité produite par les panneaux solaires via une prise de courant standard à la maison. Il existe d’ailleurs des modules conçus pour être branchés directement sur une prise 220v que l’on appelle panneaux solaires plug and play. Voici donc tout ce que vous devez savoir sur ce type de panneau solaire et son fonctionnement :

1. Production de courant continu : à l’instar d’une installation traditionnelle, le panneau solaire a pour fonctionnement premier de générer de l’énergie verte.
2. Micro-onduleur intégré
   a) Micro-onduleur : contrairement aux installations solaires traditionnelles qui utilisent un onduleur central, les panneaux solaires plug and play sont équipés de micro-onduleurs intégrés. Ces micro-onduleurs convertissent directement le DC produit par chaque plaque en AC.
   b) Conversion en AC : le micro-onduleur assure que le AC produit a les mêmes caractéristiques que le courant du réseau électrique, soit une tension de 220V et une fréquence de 50 Hz (en Europe).
3. Branchement direct sur une prise 220V
   c) Câble de connexion : pour permettre à ces types de panneau solaire un fonctionnement optimal, ils sont fournis avec un câble de connexion terminé par une prise standard. Une fois le module installé (par exemple, sur un toit, un balcon ou une terrasse), ce câble est simplement branché dans une prise électrique de la maison et assure au panneau solaire son fonctionnement.
   d) Alimentation des appareils : une fois branchés, l'électricité produite par la plaque photovoltaïque et convertie par le micro-onduleur est injectée directement dans le circuit électrique de la maison via prise standard. Elle est alors disponible pour alimenter les appareils électriques connectés à ce circuit.

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