Aujourd’hui, je vais expliquer ce que sont les panneaux solaires car j’ai décidé d’en installer au moins un sur le toit de ma future maison.

Emblème des énergies renouvelables, les panneaux solaires sont pourtant assez méconnus du public. Tout d’abord, il faut savoir qu’il existe deux types de panneaux solaires : ceux dits « photovoltaïques » et ceux dits « thermiques ». Même s'il existe plusieurs façons d'installer des panneaux solaires (sur le toit, au sol, en auvent, ...) je prendrai un cas général qui donnera une vue d'ensemble sur l'installation.

I) Les panneaux photovoltaïques

Les panneaux photovoltaïques sont en fait des plaques de silicium, un semi-conducteur ( que l’on retrouve sur les parcmètres ou dans certaines calculatrices ). Ces plaques transforment directement les rayons du soleil en courant électrique. On comprend alors pourquoi ces panneaux sont si intéressants : ce système produit de l’électricité sur place, chez soi.

Le principe du photovoltaïque est en fait assez simple. Une cellule est composée de deux types de silicium, matériau couramment utilisé en électronique : le « n » et le « p ». Ces deux zones sont séparées par une barrière.

Le silicium de type « n » contient un excès d’électrons, particules élémentaires possédant une charge électrique négative. On pourrait schématiser cela par une boîte d’œufs, ceux-ci symbolisant les électrons. Sauf que ces œufs sont agités en permanence.

Le silicium de type « p » est, au contraire, en déficit d’électrons. Ce manque se traduit par l’existence de « trous ». Ces trous aussi sont mobiles.

Les deux tranches « n » et « p » sont accolées. Les électrons minoritaires de zone « p » font alors face aux trous de la zone « n ». Pourquoi alors les œufs ne se précipitent pas pour rejoindre les trous ? Tout simplement parce qu’en face, justement, il y a déjà beaucoup d’électrons ce qui entraîne une force de répulsion. Ainsi la situation est bloquée.

Lorsque la lumière apparaît, les photons qui la composent transmettent une partie de leur énergie aux électrons de la zone « p » qui vont  s’agiter.

L’équation qui correspond à ce transfert d’énergie est la suivante :

E = k x V

E l’énergie en joules

K la constante de Planck environ égale à 6,626 0 755×10^-34  J.s 

V la fréquence de l’onde lumineuse

Grâce à cela les électrons de la zone « p » réussissent à vaincre la force de répulsion ainsi que la barrière pour aller "bondir" dans la zone « n » laissant derrière eux des trous. Si un fil conducteur relie la zone « p » à la zone « n », les électrons arrivant en surplus dans la zone « n » vont pouvoir circuler par ce chemin pour rééquilibrer l’ensemble. Ce courant d’électrons constitue un courant électrique.

Après la théorie, la production d’énergie dépend aussi de la position géographique, de l’inclinaison du panneau solaire (ou du toi le cas échéant) et de la température.

Ainsi on peut établir une carte des différentes productions d’énergie. La figure 1 montre ainsi la puissance en fonction de l'installation et de la situation géographique. Quant à la figure 2, elle présente la déperdition de puissance en fonction de l'orientation du panneau solaire et de son inclinaison.

L’unité utilisée pour calculer cette production d’énergie est le Kilowatt-heure (kWh) par Kilowatt-crête (kWc). Le kWh est une unité de « puissance » tandis que le kWc est une unitéde mesure représentant la puissance électrique maximale délivrée par une installation photovoltaïque pour un ensoleillement standard de 1 000 W/m2 à 25 °C.

En fait les chiffres donnés correspondent à la puissance maximale atteinte en fonction de l’installation (kWc).

Pour ceux qui souhaitent calculer avec précision leur rentabilité, je vous conseille ce site qui donne une estimation assez précise. Il suffit d'aller ICI.

II) Les panneaux thermiques

Au contraire des panneaux solaires photovoltaïques, les panneaux solaires thermiques ne produisent pas d’électricité mais permettent de chauffer la maison et/ou de l'alimenter en eau chaude.

En réalité, les panneaux captent les rayons du soleil qu'ils convertissent en chaleur. Ils sont composés d'un ensemble de capteurs, d'un système derégulationet d'unballon de stockage. Unfluide caloporteur(eau et antigel) est chauffé par ce système et apporte ainsi la chaleur emmagasinée au ballon de stockage de l'eau. Le soleil peut apporter jusqu'à 75 % des besoins eneau chaudeet permettre une économie annuelle de 30% sur l'énergie primaire. Il existe des panneaux solaires thermiques de différentes tailles et de deux types : les panneaux plats ou les capteurs à tubes qui sont plus grands et possèdent un meilleurrendement.

Le principe du panneau solaire thermique correspond en fait à un transfert thermique. Celui-ci provoque une variation de température. Par ailleurs, il faut savoir qu'un transfert thermique s'effectue toujours d'un corps chaud (ici le panneau qui chauffe grâce au soleil) vers un corps froid (le fluide caloproteur). On peut ainsi calculer la variation calorifique du fluide caloporteur grâce à l'expression suivante :

ΔQ = C(T2 - T1)

avec ΔQ la variation calorifique

       T1 la température initiale du fluide en degré celsius (C°)

       T2 la température finale du fluide en degré celsius (C°)

       C la capacité calorifique d'un corps en joules par degré (J/°C)

Par ailleurs, on obtient C grâce à cette expression :

C = mc

avec m la masse du fluide en kilogrammes (kg)

        c la capacité calorifique de la substance en joule par kilogramme par degré (J/kg/C°)

Pour donner un exemple, la capacité calorifique de l'eau est de 4180 J/kg/C° ce qui veut dire que pour augmenter la température de 1 kilogramme d'eau de 1 degré celsius, il faut 4180 joules. Par comparaison, il faut 450 joules pour augmenter la température de 1  degré celsius de 1 kilogramme de fer.

A ce jour, l'eau est le meilleur fluide caloporteur qui ait été trouvé car c'est celui qui peut emmagasiner le plus d'énergie thermique.