Petit rappel : un panneau solaire, c’est quoi ?
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.
Les différents types de panneaux solaires
On distingue les panneaux solaires photovoltaïques, thermiques, hybrides et aérovoltaïques.
Les panneaux photovoltaïques
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
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
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
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.
La composition des panneaux solaires photovoltaïques
Voici les composants principaux d’un panneau solaire photovoltaïque.
Le cadre métallique
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.
La jointure d’étanchéité
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.
Le verre de protection
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 (ou éthylène-acétate de vinyle)
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
La matrice cellulaire constitue le cœur du panneau solaire, avec trois composants :
- Les cellules photovoltaïques (également appelées cellules solaires), les diodes by-pass et la grille conductrice. Les cellules photovoltaïques ont pour rôle de capter et convertir la lumière solaire en électricité. Les cellules sont généralement fabriquées à partir de semi-conducteurs, tels que le silicium, qui ont la propriété de produire un courant électrique lorsqu'ils sont exposés à la lumière ;
- Les conducteurs sont des fils plats en cuivre qui permettent de souder les cellules entre elles et de transmettre l’électricité produite par les cellules solaires (sous forme de courant continu) ;
- La diode by-pass a pour rôle de réguler le courant continu, notamment en protégeant les cellules contre le phénomène de point chaud (hot spot) responsable de la surchauffe et donc de l’endommagement des modules.
La feuille arrière
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.
Le boîtier de dérivation
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.
Les câbles de sorties
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.
Les 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.
La composition des panneaux thermiques
Passons maintenant aux principaux composants des panneaux solaires thermiques :
- Le châssis métallique, comme pour le module photovoltaïque, il permet d’assurer la solidité de la structure ;
- Le verre de protection, destinée à protéger la surface ;
- Le joint en caoutchouc qui assure l’étanchéité en empêchant l’infiltration de l’eau ;
- L’absorbeur est une plaque métallique qui constitue une partie vitale du capteur solaire, puisqu’il a pour rôle d’emmagasiner la chaleur du rayonnement du soleil pour la transmettre à l’échangeur calorifique ;
- L’échangeur thermique correspond à un réseau de tubes en cuivre ou en acier inoxydable (entre les capteurs solaires et le ballon d’eau chaude du logement), au sein duquel circule un fluide caloporteur ;
- Le fluide caloporteur est un mélange d’eau et d’antigel qui permet de transporter l’énergie calorifique (la chaleur).
- Le coffre métallique regroupe tous les éléments du panneau thermique.
La composition des panneaux hybrides
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 :
- Sur la face supérieure, les panneaux hybrides possèdent des cellules photovoltaïques pour capter le rayonnement solaire, avec tous les composants nécessaires pour pouvoir ensuite transformer ce rayonnement en courant continu, puis alternatif ;
- Sur la face inférieure, se trouvent des capteurs thermiques qui transfèrent la chaleur emmagasinée vers le fluide caloporteur, pour produire de l’ECS ou alimenter le chauffage de la maison.
Le panneau hybride incorpore donc à la fois les composants de l’un et de l’autre, tels que :
- Les éléments structurels de base,
- La plaque de verre,
- Les couches EVA,
- La matrice cellulaire,
- L’absorbeur,
- L’échangeur thermique,
- Le fluide caloporteur,
- La boîte de dérivation,
- Les câbles de sorties,
- Les connecteurs photovoltaïques MC4.
La composition des panneaux aérovoltaïques
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 :
- Les éléments structurels de base,
- La plaque de protection en verre,
- Les couches EVA,
- La matrice cellulaire,
- Les câbles de sorties,
- Les connecteurs photovoltaïques MC4,
- Le système de récupération de l’air avec ventilateur intégré et filtre, pour aspirer l’air et l’assainir, avant de l’insuffler dans le logement.
Quelle est la durée de vie des composants d’un panneau solaire ?
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.
La composition des panneaux solaires et l’environnement
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.
Une fabrication qui ne nécessite pas de terres rares
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.
Le recyclage
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.
Conclusion
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.
À retenir
Un panneau solaire est un dispositif qui permet de recueillir l’énergie solaire pour la transformer en chaleur ou en électricité ;
Il existe différents types de panneaux solaires : panneaux photovoltaïques, panneaux thermiques, panneaux hybrides et panneaux aérovoltaïques, qui se caractérisent par une composition de matériaux propre ;
Un panneau solaire photovoltaïque produit de l’électricité : il se compose d’un cadre métallique, d’un verre de protection, d’une couche EVA, de la matrice cellulaire, d’une feuille arrière d’un boîtier de dérivation, de câbles et de connecteurs MC4 ;
Un panneau solaire thermique produit de l’ECS : il se compose principalement, en plus des éléments structurels de base, d’un absorbeur, d’un échangeur thermique, d’un fluide caloporteur et d’un coffre métallique ;
Un panneau hybride, qui produit de l’électricité et de l’ECS, combine à la fois les composants d’un module photovoltaïque et ceux d’un module thermique ;
Un panneau aérovoltaïque est également hybride, puisqu’il produit chauffage et électricité, il est donc composé d’une couche de cellules photovoltaïques sur sa face supérieure et d’un système de récupération de l’air sur sa face inférieure ;
Près de 95 % des matériaux qui composent un panneau solaire peuvent être recyclés. En France, c’est l’organisme PV Cycle qui est chargé de la récupération et du traitement des panneaux solaires usagés.