Panneaux solaires : Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Les fondamentaux de la production et de la distribution d'énergie solaire

• L'énergie solaire frappe les cellules solaires, produisant un champ électrique

• L'énergie produite circule vers le bord du panneau et dans un fil conducteur

• Le fil conducteur transmet l'énergie électrique à l'onduleur, où elle est convertie du courant continu (CC) en courant alternatif (CA), qui est utilisé pour alimenter les maisons.

• Un autre fil transmet l'énergie électrique du courant alternatif de l'onduleur au panneau électrique de la propriété (également connu sous le nom de boîtier de disjoncteur), distribuant l'électricité requise à travers la propriété.

• Toute électricité non requise au moment de la production est acheminée via le compteur de services publics et dans le réseau électrique public.

Le courant électrique à travers le compteur provoque le fonctionnement du compteur à l'envers, créditant votre propriété pour la production excédentaire.

Les Panneaux solaires ont des miroirs pour concentrer le rayonnement solaire afin de convertir l'énergie solaire en électricité.

Cette énergie peut être convertie en électricité ou stockée dans des batteries ou un stockage thermique.

Alors que chaque emplacement de la Terre reçoit de la lumière du soleil tout au long d'une année, l'intensité du rayonnement solaire qui atteint un emplacement donné sur la surface de la Terre diffère.

Les Panneaux solaires captent ce rayonnement et le convertissent en énergie utilisable.

Répartition étape par étape sur le fonctionnement des panneaux solaires

Voici un guide simple en 3 étapes sur le fonctionnement réel des panneaux solaires.

Le soleil génère de l'énergie

Pour commencer à répondre à la question « comment fonctionnent les panneaux solaires ? » examinons d'abord comment l'énergie électrique est traditionnellement produite.

La production d'électricité nécessite l'utilisation de combustible.

De nombreux combustibles utilisés dans la production d'électricité peuvent avoir de graves conséquences environnementales.

Les dommages sont causés à la fois par l'extraction et l'utilisation de combustibles fossiles.

Le charbon, qui est extrait des montagnes, est utilisé comme combustible dans les centrales électriques conventionnelles.

L'uranium est extrait des mines pour être utilisé dans l'énergie nucléaire.

L'obtention et la livraison des combustibles utilisés dans la production d'électricité est un processus laborieux et parfois destructeur.

Le processus de combustion des combustibles fossiles, comme le charbon et le gaz naturel, génère des polluants atmosphériques.

L'utilisation de l'énergie nucléaire augmente la possibilité de fuites radioactives.

L'énergie solaire, quant à elle, fonctionne avec un type de combustible complètement différent : la lumière du soleil.

Il n'y a pas d'exploitation minière, pas de gros pipelines et pas de lumière du soleil naturelle qui ne tombe du ciel que pour le terrassement.

La lumière du soleil est abondante, simple à collecter, sécurisée et respectueuse de l'environnement.

Parce que le soleil est une ressource infinie, l'énergie solaire est souvent appelée énergie renouvelable.

C'est pourquoi certaines régions fourniront des subventions locales de configuration solaire.

D'autres types d'énergie solaire existent, comme le solaire thermique et le solaire à concentration.

Les panneaux solaires absorbent la lumière du soleil

Lorsque la lumière du soleil se déplace à la vitesse de la lumière à environ 150 millions de kilomètres du soleil et tombe sur un panneau solaire, le processus de production d'électricité commence.

Le Panneau Solaire est très probablement placé sur un toit ensoleillé ou sur le sol d'un jardin ou d'un champ voisin.

Il est très probablement connecté à d'autres types de Panneaux solaires populaires.

Un Panneau Solaire est un regroupement de plusieurs panneaux.

Qu'est-ce qu'un Panneau Solaire exactement ?

Il s'agit d'une structure en forme de plaque à quatre coins composée de cellules de silicium, un type de semi-conducteur.

Il est également connu sous le nom de module.

Des électrons sont présents dans les cellules.

Certaines substances (comme le phosphore et le bore) sont appliquées aux cellules pour former un champ magnétique.

Certaines cellules sont chargées positivement, tandis que d'autres sont chargées négativement.

La lumière du soleil perturbe les électrons, permettant aux électrons chargés négativement de circuler d'un côté de la cellule de silicium.

Un flux ou un courant d'énergie électrique est produit à la suite du mouvement.

L'électricité est collectée par des conducteurs métalliques sur la cellule et transférée aux fils.

La lumière du soleil est convertie en électricité par l'onduleur solaire.

L'énergie solaire n'est pas encore prête pour un usage domestique en ce moment.

C'est là que l'installation d'un onduleur solaire entre en vigueur.

Il s'agit d'une boîte métallique, également appelée convertisseur solaire, qui peut être située dans votre maison à proximité de votre boîte à fusibles.

Malgré son apparence modeste, la boîte joue un rôle important en nous permettant d'utiliser l'énergie solaire.

Considérez-le comme le lien entre vos Panneaux solaires et votre maison.

Non seulement ses bobines, ses fils et ses aimants "inversent" le courant du courant continu au courant alternatif, ce qui lui permet d'être utilisé par le ménage, mais l'onduleur contribue également à d'autres fonctions de gestion de l'alimentation.

En cas de panne, certains onduleurs peuvent désengager la maison du réseau central.

L'onduleur pourrait également inclure une quantité minimale d'alimentation par batterie pour garantir que la maison reçoive de l'électricité en cas de panne de courant.

Puisqu'ils remplissent des fonctions de gestion de l'énergie et de communication qui rendent votre énergie solaire plus fiable, les nouveaux onduleurs sont souvent appelés les « intelligents » derrière la configuration de l'énergie solaire.

Il est à noter qu'il existe une différence avec l'onduleur traditionnel.

Le micro-onduleur est ce que vous regardez.

Les micro-onduleurs, plutôt que d'être logés dans un boîtier, sont installés directement sous les panneaux solaires.

Lorsque votre onduleur solaire est opérationnel, le ciel est la limite en termes de diverses choses avec lesquelles vous pouvez utiliser l'énergie solaire, telles que le chauffage solaire de piscine, les options d'installation de chauffage solaire domestique et les chauffe-eau solaires.

La science des cellules photovoltaïques (PV)

Les Panneaux solaires photovoltaïques sont constitués de cellules photovoltaïques plus petites qui peuvent convertir la lumière du soleil en électricité.

Ces cellules sont constituées de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent du silicium, qui peuvent conduire l'électricité tout en conservant le déséquilibre électrique nécessaire pour générer un champ électrique.

Lorsque la lumière du soleil frappe le semi-conducteur d'une cellule photovoltaïque solaire, l'énergie de la lumière, sous forme de photons, est absorbée, provoquant la libération de nombreux électrons et leur vagabondage libre à l'intérieur de la cellule.

La cellule solaire est composée de semi-conducteurs chargés positivement et négativement liés entre eux pour former un champ électrique.

Ce champ électrique oblige les électrons à circuler dans une direction vers les plaques métalliques conductrices qui tapissent la cellule.

Ce flux est appelé courant d'énergie, et sa force dicte la quantité d'énergie électrique que chaque cellule peut générer.

Lorsque des électrons libres entrent en collision avec des plaques métalliques, le courant est acheminé dans des fils, laissant les électrons circuler comme ils le feraient dans toute autre source de production d'électricité.

Lorsqu'un Panneau Solaire génère un courant électrique, l'énergie est transférée à un onduleur via une série de fils.

Alors que les Panneaux solaires produisent de l'électricité en courant continu (CC), la majorité des utilisateurs d'électricité ont besoin d'électricité en courant alternatif (CA) pour alimenter leurs maisons.

La fonction de l'onduleur est de convertir l'électricité du courant continu (DC) en courant alternatif (AC), ce qui la rend utilisable dans les activités quotidiennes.

Une fois que l'électricité est convertie en une forme utilisable (courant alternatif), elle est transmise de l'onduleur au panneau électrique et distribuée selon les besoins dans toute la maison.

L'énergie solaire est maintenant largement disponible pour alimenter les lumières, les appareils électroménagers et d'autres équipements électroniques.

Toute puissance électrique non absorbée par le disjoncteur est envoyée au réseau de distribution via le compteur de distribution.

Le compteur de services publics surveille le flux d'énergie électrique vers votre maison et à l'arrière.

Lorsque votre système de Panneaux solaires génère plus d'électricité que vous n'en consommez sur place, ce compteur s'inverse et vous êtes crédité pour l'excédent de puissance généré via le processus de comptage net.

Lorsque vous utilisez plus d'électricité que votre Panneau Solaire n'en génère, vous tirez une puissance supplémentaire du réseau via ce compteur, ce qui le fait fonctionner normalement.

Jusqu'à ce que vous soyez hors réseau avec une solution de stockage, vous devrez utiliser de l'énergie du réseau, en particulier la nuit lorsque votre Panneau Solaire ne produit pas.

Néanmoins, la majeure partie de cette énergie du réseau sera compensée par l'excès d'énergie solaire généré pendant la journée et les périodes de faible consommation.

Eau chaude solaire et énergie solaire concentrée

Les chauffe-eau solaires collectent l'énergie solaire et l'utilisent pour chauffer l'eau de votre maison.

Des capteurs, un réservoir de stockage, un échangeur de chaleur, un système de régulation et un chauffage d'appoint sont les éléments essentiels de ces systèmes.

Il n'y a pas de mouvement d'électrons dans un système de chauffe-eau solaire.

Au contraire, les panneaux convertissent la lumière du soleil en chaleur.

Les panneaux d'un système solaire thermique sont appelés « collecteurs » et ils sont normalement installés sur les toits.

Ils captent l'énergie différemment des panneaux photovoltaïques conventionnels, générant de la chaleur plutôt que de l'énergie électrique.

La lumière du soleil traverse le revêtement en verre d'un capteur et frappe une plaque absorbante dotée d'un revêtement conçu pour collecter l'énergie solaire et la convertir en chaleur.

Cette chaleur est transmise à un « fluide de transfert » (antigel ou eau potable) présent dans les petits tuyaux de la plaque.

L'énergie solaire concentrée fonctionne de la même manière que l'eau chaude solaire en convertissant la lumière du soleil en chaleur.

La technologie CSP génère de l'électricité en concentrant l'énergie solaire thermique grâce à l'utilisation de miroirs.

Les miroirs d'une installation CSP reflètent le soleil jusqu'au point de focalisation.

Un absorbeur ou un récepteur capte et stocke l'énergie thermique à ce point focal.

Le CSP est le plus souvent utilisé dans les installations à grande échelle pour aider à propulser un réseau électrique.

Autres composants essentiels sur le fonctionnement des panneaux solaires

Outre les cellules solaires au silicium, un Panneau Solaire contient un boîtier en verre qui offre durabilité et sécurité aux cellules photovoltaïques au silicium.

Le panneau a un isolant et une feuille arrière protectrice sous l'extérieur en verre qui protège contre l'absorption d'énergie et les températures dans le système solaire.

Cette isolation est essentielle car des températures plus élevées réduisent l'efficacité, entraînant une réduction des performances des panneaux solaires.

Les Panneaux solaires sont recouverts d'un revêtement antireflet, améliorant l'absorption de la lumière solaire et permettant aux cellules de silicium de recevoir une exposition maximale au soleil.

Les cellules solaires au silicium sont généralement produites dans deux configurations de cellules : monocristallines et polycristallines.

Les cellules monocristallines sont composées d'un seul cristal de silicium, tandis que les cellules polycristallines sont composées de fragments ou d'éclats de silicium.

Bien que les formats monocristallins soient généralement plus chers, ils offrent plus d'espace pour les électrons pour se déplacer, offrant une technologie solaire plus efficace que le polycristallin.

Qu'est-ce qu'un panneau solaire efficace ?

Lors de l'achat de panneaux solaires, gardez à l'esprit que tous les Panneaux solaires ne sont pas égaux en termes d'efficacité.

C'est pourquoi il y a fréquemment une variation dans les coûts d'installation des panneaux solaires.

L'efficacité d'un Panneau Solaire est dictée par la quantité de lumière solaire qui le frappe est convertie en énergie électrique.

Plus vos Panneaux solaires sont efficaces, moins vous en aurez besoin.

L'efficacité des Panneaux solaires est extrêmement cruciale si vous avez un espace de toit limité ou s'il est partiellement ombragé.

Lorsque l'on recherche l'efficacité, le prix n'est pas toujours une considération.

Ce que vous économisez en achetant moins de panneaux, vous risquez de le perdre en payant un prix plus élevé pour des modèles plus efficaces.

Avant d'installer des panneaux solaires, vous devez rechercher les scores d'indice solaire de votre maison, qui indiquent votre potentiel pour un système solaire hautement efficace en fonction de l'emplacement et de la quantité de lumière solaire reçue.

La plupart des cellules photovoltaïques ont une efficacité d'environ 15 % et 20 %, avec des valeurs aberrantes à chaque extrémité du spectre.

Les Panneaux solaires sophistiqués peuvent dépasser 22 % d'efficacité dans certains cas, mais la plupart des cellules solaires sur le marché ne sont pas productives à plus de 20 %.

Étant donné que la même quantité de lumière du soleil brille pendant la même durée sur deux Panneaux Solaires avec des cotes d'efficacité distinctes, le panneau le plus efficace générera plus d'énergie électrique que le panneau le moins efficace.

Quel effet le temps a-t-il sur le fonctionnement des panneaux solaires ?

Les conditions climatiques peuvent affecter la quantité d'énergie produite par les panneaux solaires, mais pas comme vous le pensez.

Bien sûr, les conditions idéales pour produire de l'énergie solaire incluent une journée claire et ensoleillée.

Cependant, comme la plupart des appareils électroniques, les Panneaux solaires sont plus productifs par temps froid que par temps chaud.

En conséquence, le panneau peut générer plus de puissance dans le même laps de temps.

Le panneau génère moins de tension et génère moins d'énergie à mesure que la température augmente.

Même si les Panneaux solaires sont plus fiables en conditions hivernales, ils ne génèrent pas nécessairement plus d'électricité qu'en été.

Le temps plus ensoleillé est plus fréquent pendant les mois d'été les plus chauds.

En plus de moins de nuages, le soleil est généralement visible pendant une plus longue période de la journée.

Ainsi, même si vos panneaux sont moins performants par temps chaud, ils produiront certainement plus d'électricité en été qu'en hiver.

Certains États reçoivent plus de soleil que d'autres.

Donc, si les conditions climatiques peuvent influencer la production d'énergie solaire, certains États sont-ils d'excellents choix pour l'énergie solaire que d'autres ?

La réponse simple est oui, mais pas toujours à cause de la météo.

Prenez, par exemple, les nuages.

Quiconque a eu un coup de soleil par temps nuageux comprend que le rayonnement solaire pénètre les nuages.

Pour la même raison, les Panneaux solaires peuvent produire de l'électricité même par temps nuageux.

Cependant, en fonction de la quantité de couverture nuageuse et de la qualité des panneaux solaires, l'efficacité de la production d'électricité des Panneaux solaires peut varier entre 10 et 25 % ou plus par rapport à une journée ensoleillée.

Faits sur le fonctionnement des panneaux solaires

Voici quelques faits supplémentaires que vous aimeriez peut-être savoir sur le fonctionnement des panneaux solaires.

Les panneaux solaires ne nécessitent pas la lumière directe du soleil pour fonctionner

Bien que des performances optimales soient atteintes lorsque le soleil brille, l'énergie électrique est toujours générée par temps nuageux et pendant l'hiver.

En revanche, aucune électricité ne peut être produite la nuit, mais ce problème peut être résolu avec un système de stockage.

Le coût d'un système de stockage par batterie solaire peut être compensé par la vente d'énergie excédentaire au réseau national et l'avantage de devenir complètement indépendant de l'énergie.

Vous devez garder à l'esprit que les Panneaux solaires produisent de l'électricité gratuite pendant la journée lorsqu'elle est plus coûteuse et donc plus précieuse.

Problèmes potentiels

Avant d'installer des panneaux solaires, tenez compte de la forme et de l'inclinaison du toit et de l'emplacement de la maison elle-même.

Pour obtenir les meilleures performances annuelles, le toit doit être orienté vers le sud à un angle de 30 degrés.

Ce ne sont pas des exigences strictes car les Panneaux solaires peuvent fonctionner dans une variété d'environnements à condition que le système soit exempt d'ombres entre 10h00 et 16h00

Assurez-vous que vos Panneaux solaires sont éloignés des arbres et des buissons pour deux raisons : ils peuvent faire de l'ombre aux installations, et les branches et les feuilles peuvent rayer la surface, réduisant ainsi leurs performances.

Une exposition excessive au vent et à la pluie peut également diminuer les performances à long terme, les abris contre le vent doivent donc être pris en compte lors de l'évaluation de l'emplacement.

Néanmoins, les systèmes solaires ont généralement des garanties de 25 ans qui garantissent que les performances ne tomberont pas en dessous de 80% au cours de cette période.

Étonnamment, les systèmes solaires ne fonctionnent pas de manière optimale dans les climats plus chauds.

En effet, les cellules solaires utilisent la lumière du soleil plutôt que la chaleur et les températures élevées réduisent leurs performances.

De quel matériau sont faits les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires, également appelés cellules photovoltaïques, sont des systèmes à base de semi-conducteurs qui convertissent la lumière du soleil en électricité.

Lorsque la lumière frappe les cellules, les électrons sont séparés de leurs atomes et traversent la cellule, provoquant la génération d'électricité.

Les Panneaux solaires des installations domestiques peuvent désormais convertir environ 20 % de la lumière solaire qu'ils reçoivent en énergie électrique.