Les panneaux solaires jouent un rôle essentiel dans la conversion de la lumière solaire en électricité ou chaleur. Comprendre la composition des panneaux solaires est crucial pour apprécier leur fonctionnement et leur efficacité.
Dans cet article, nous examinerons les principaux composants d'un panneau solaire, en mettant en évidence leur rôle dans la génération d'énergie solaire.
Pour bien commencer, rappelons tout simplement qu’un panneau solaire est un dispositif qui permet de recueillir l’énergie solaire pour la transformer en chaleur ou en électricité. Il existe plusieurs types de panneaux solaires avec des façons de fonctionner bien distinctes.
On distingue les panneaux solaires photovoltaïques, thermiques, hybrides et aérovoltaïques.
Les panneaux photovoltaïques sont les modules solaires les plus connus. Ils produisent de l’électricité sous forme de courant continu à partir du rayonnement solaire. Ensuite, ce courant continu est converti en courant alternatif par un onduleur pour être utilisé au sein du logement.
Les panneaux thermiques fonctionnent sur un autre principe, ils recueillent la chaleur du soleil pour produire de l’eau chaude sanitaire (ECS), ensuite stockée dans un ballon, et/ou alimenter le circuit de chauffage des radiateurs à eau de la maison. On l’appelle d’ailleurs également le module thermique « chauffe-eau solaire ».
Les panneaux hybrides associent les deux technologies, photovoltaïque et thermique. La face avant du module assure la production de l’électricité tandis que la face arrière recueille la chaleur émise et la recycle via un échangeur thermique pour produire de l’ECS.
Les panneaux aérovoltaïques combinent la technologie photovoltaïque à celle d’un système de circulation de l’air (VMC) pour assurer le chauffage de la maison. L’air extérieur est aspiré sous le module photovoltaïque, puis réchauffé et diffusé dans la maison.
Maintenant que nous savons distinguer les différents types de panneaux solaires, voyons comment ils se composent.
Voici les composants principaux d’un panneau solaire photovoltaïque.
Le cadre est une structure généralement conçue en aluminium qui entoure le panneau solaire. Il assure la stabilité de la structure et évite les effets de torsion qui pourraient le briser. Il s’adapte à tous les types de toit et facilite également l'installation du panneau.
Cette petite bande en caoutchouc peut sembler être un détail, mais elle permet d’assurer l’étanchéité de l’installation, évitant que l’eau de pluie ne s’infiltre.
Il s’agit de la plaque de verre transparente ultra-résistante (verre trempé) qui recouvre la surface des panneaux solaires photovoltaïques, visant à protéger la matrice cellulaire contre les intempéries, les dommages mécaniques et la corrosion, tout cela en permettant à la lumière solaire de passer à travers. Le verre de protection peut être recouvert d’un traitement antireflet pour diverses raisons techniques.
La couche EVA est un polymère thermoplastique utilisé comme agent encapsulant pour la matrice cellulaire. Elle se présente comme une feuille souple et transparente. Il s’agit d’un matériau qui permet à la fois une bonne transmissibilité des radiations solaires et une bonne résistance aux ondes UV. Une fois exposé à la chaleur, il forme une couche de colle hermétique autour de la matrice, assurant une isolation électrique et empêchant l’air et l’humidité d’atteindre les cellules.
La matrice cellulaire constitue le cœur du panneau solaire, avec trois composants :
La feuille arrière est un film PVF (polyfluorure de vinyle) de protection, doté de diverses propriétés chimiques, mécaniques et électriques, placée à l’arrière du panneau solaire. Elle fournit un soutien structurel aux cellules photovoltaïques et aide à la dissipation de la chaleur générée.
Ce petit boîtier regroupe au dos du module tous les fils électriques du panneau solaire et protège le dispositif contre une surintensité du courant. Le boîtier de dérivation est à distinguer de la boîte de jonction, qui elle, permet de connecter des modules photovoltaïques entre eux.
Il s’agit des câbles de branchement du panneau solaire. Ils sont recouverts d’une gaine de protection en caoutchouc et se terminent par des connecteurs MC4.
Il s’agit des connecteurs qui permettent le branchement à l’onduleur. Il y en a un qui constitue la borne positive, l’autre, la borne négative. Ils permettent ainsi d’acheminer l'électricité générée par le panneau solaire vers les systèmes électriques ou les batteries de stockage.
Passons maintenant aux principaux composants des panneaux solaires thermiques :
Nous l’avons vu, le module hybride est une combinaison du panneau photovoltaïque et du panneau thermique. Les panneaux hybrides sont capables de produire de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire :
Le panneau hybride incorpore donc à la fois les composants de l’un et de l’autre, tels que :
Ici, il s’agit également d’une sorte de panneaux « hybrides », puisque les panneaux aérovoltaïques produisent à la fois de l’électricité et de l’air chaud pour chauffer la maison.
En apparence, les panneaux solaires aérovoltaïques ressemblent beaucoup à des panneaux photovoltaïques. Comme ces derniers, ils sont, en effet, constitués en surfaces de cellules photovoltaïques pour capter le rayonnement solaire. C’est sous le panneau aérovoltaïque que se fait la différence ! Sous la couche de cellules photovoltaïques, l’on trouve un système de récupération de l’air, qui est chauffé par les rayons du soleil.
Parmi les composants d’un panneau aérovoltaïque, on compte donc :
La plupart des fabricants de panneaux solaires garantissent une durée de vie d’environ 30 ans. Toutefois, la production d’énergie diminue au fil des ans en raison de l’usure naturelle des composants. La surface de protection vitrée a, par exemple, tendance à se rayer avec le temps, ce qui diminue forcément les performances énergétiques des modules.
Mais concernant les panneaux solaires photovoltaïques, si l’on veut s’intéresser à la durabilité du module, il faut davantage se pencher sur l’onduleur que sur le module lui-même et ses composants. Nous l’avons vu, l’onduleur est une pièce indispensable à l’installation solaire électrique…et elle a pour particularité de s’user assez vite. L’onduleur se change à peu près tous les 10 ans.
L’énergie solaire est considérée comme verte et économique. Mais voyons ensemble d’un peu plus près si les modules qui permettent de la générer sont aussi respectueux de l’environnement.
Les terres rares désignent 17 métaux qui sont très prisés pour leurs propriétés électromagnétiques. Bien qu’on les qualifie de « rares », elles sont assez répandues. Et avec l’accroissement des nouvelles technologies, leur utilisation devient massive. L’exploitation de ces métaux (extraction, transformation…) a un impact toxicologique important sur l’environnement.
A ce sujet, l’ADEME (Agence de l'Environnement et de la Maîtrise de l’Énergie), l’établissement public qui accompagne la transition écologique et énergétique, a récemment rappelé que l’utilisation des terres rares dans la composition d’un panneau solaire est extrêmement faible.
Lorsqu’un panneau solaire n’est plus utilisable, que deviennent ses composants ?
Près de 95 % des matériaux qui composent un panneau solaire peuvent être recyclés. Des dispositions environnementales sont d’ailleurs en place pour assurer le recyclage des panneaux solaires. En France, c’est l’organisme PV Cycle qui est chargé de récupérer et traiter les panneaux solaires usagés. Les fabricants des modules sont d’ailleurs tenus de financer leur collecte et leur traitement, c’est également le cas pour les onduleurs.
PV Cycle dispose de divers points de collecte en France, où il est possible d’y déposer votre panneau solaire en fin de vie afin que son recyclage soit pris en charge.
Un panneau solaire est composé de plusieurs éléments clé, notamment les cellules photovoltaïques, le verre de protection, la feuille arrière, le cadre, les connecteurs et les câbles, ainsi que le matériau d'encapsulation. Chacun de ces composants joue un rôle important dans la conversion de la lumière solaire en chauffage/électricité utilisable.
En comprenant la composition d'un panneau solaire, vous pouvez mieux apprécier la technologie et les avantages de l'énergie solaire en tant que source d'énergie propre et renouvelable.
Différents types de panneaux solaires sont disponibles sur le marché : des panneaux photovoltaïques, des panneaux thermiques et des panneaux hybrides. Chaque type de panneaux a son principe de fonctionnement bien à part, ses caractéristiques techniques, ainsi que ses avantages et inconvénients.
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