Comprendre la chaîne énergétique d'un panneau solaire

Parmi les différentes énergies renouvelables, l’énergie solaire est l’une des plus prometteuses de la transition énergétique. En 2024, la puissance du parc solaire photovoltaïque en France atteint 21,1 GW, dont 1,0 GW supplémentaire raccordé au premier trimestre 2024.

La chaîne énergétique des panneaux solaires, de la capture de la lumière solaire à la distribution de l'électricité produite, joue un rôle vital dans la transition énergétique. Voici comment fonctionne la production d’énergie à partir de la lumière du soleil, aussi appelée chaîne énergétique d'un panneau solaire. 

Qu'est-ce qu'une chaîne énergétique ?

La chaîne énergétique d'un dispositif désigne l'ensemble des conversions d'énergie qui ont lieu du début à la fin du processus. Il peut concerner différentes formes de conversions énergétiques comme celle de l’énergie thermique, photovoltaïque ou éolienne. Par extension, ce terme désigne également le diagramme sur lequel on présente la chaîne de conversion de l’énergie. 

Pour les systèmes de panneaux photovoltaïques, elle comprend plusieurs étapes : 

• D'abord, les panneaux captent l'énergie lumineuse du soleil ; 
• Cette énergie est ensuite convertie en électricité par les cellules photovoltaïques ; 
• Puis l'électricité produite est transportée via des lignes électriques ; 
• Enfin, elle est utilisée pour alimenter des appareils domestiques ou industriels, ou stockée pour une utilisation ultérieure.

En cours de physique-chimie, on peut étudier d’autres chaînes de conversions énergétiques avec un fonctionnement chimique, physique, mécanique ou mixte comme les panneaux solaires ou le moteur thermique. Les panneaux photovoltaïques sont à distinguer des panneaux thermiques, qui convertissent la chaleur du soleil en énergie thermique. 

Les étapes de la chaîne énergétique d'un panneau solaire

Étape 1 : Capture de l'énergie solaire

Les cellules photovoltaïques sont des dispositifs semi-conducteurs en silicium qui utilisent l'effet photoélectrique pour convertir la lumière du soleil en courant continu.

Lorsque le rayonnement solaire frappe la surface des cellules, elle excite les électrons présents dans le silicium, générant ainsi un flux d'électrons. Ce phénomène est connu sous le nom d'effet photovoltaïque.

Étape 2 : Conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique

Les cellules photovoltaïques sont organisées en modules pour former un panneau solaire. Chaque cellule produit une petite quantité d'électricité sous forme de Courant Continu (CC). 

Pour augmenter la tension et la puissance globale, plusieurs cellules sont connectées en série et en parallèle. La production de tension dépend du matériau utilisé, du nombre de cellules et de l'intensité de la lumière solaire reçue. Une cellule solaire typique en silicium peut générer des tensions jusqu'à 0,5 V et des courants jusqu'à 6 A, sa puissance maximale étant de 3 W.

Étape 3 : Transformation du courant continu en courant alternatif

L'électricité produite par les cellules photovoltaïques des panneaux est en courant continu. Cependant, la plupart des appareils électriques fonctionnent en Courant Alternatif (CA). 

Pour que l’électricité puisse être utilisée, il faut des convertisseurs de courant continu en courant alternatif. C’est le rôle de l’onduleur, installé dans un local technique à proximité de la centrale solaire ou installé sous forme de micro-onduleur à même le panneau solaire.

Étape 4 : Distribution de l'électricité

Une fois convertie en courant alternatif, l'électricité peut être utilisée directement pour alimenter des appareils électriques ou être injectée dans le réseau électrique. Dans le cas d'une installation autoconsommation, l'énergie produite peut soit être consommée instantanément, soit être stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure. 

Les surplus d'énergie peuvent également être revendus au réseau, permettant ainsi une optimisation du rendement et de la consommation d’énergie.

Les composants clés dans la chaîne énergétique d'un panneau solaire

Les cellules photovoltaïques

Les cellules photovoltaïques sont le cœur du panneau solaire, responsables de la conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque. Ces cellules captent les photons, qui sont des microparticules de lumière, et les convertissent en courant électrique par le biais de réactions physiques et chimiques entre les électrons. 

Onduleur

L'onduleur est un appareil électrique qui transforme le courant continu produit par les cellules photovoltaïques en courant alternatif. 

Le système de montage et câblage

Un système de montage et de câblage assure la fixation sécurisée des panneaux solaires et la connexion électrique efficace entre les différents composants du système photovoltaïque. Il garantit également la protection des éléments contre les intempéries et optimise l'orientation des panneaux pour une capture maximale de l'énergie solaire.

Les avantages de la chaîne énergétique des panneaux solaires

Une technologie durable

L'énergie solaire est une source renouvelable et inépuisable, contribuant à une production d'énergie durable et respectueuse de l'environnement. Les panneaux solaires n'émettent pas de polluants lors de leur fonctionnement, ce qui les rend particulièrement intéressants dans le cadre de la lutte contre le changement climatique.

Réduction de l’empreinte carbone

L'un des principaux avantages de l'énergie solaire est son faible impact environnemental. Contrairement aux sources d'énergie fossiles, les panneaux ne produisent pas de gaz à effet de serre pendant leur fonctionnement. De plus, la production d'énergie solaire réduit la dépendance aux sources d'énergie non renouvelables et contribue à la diversification des sources d'énergie.

Accessibilité

Les panneaux solaires permettent de générer de l’électricité même dans des endroits reculés, améliorant l'accès à l'énergie pour les populations éloignées des réseaux électriques traditionnels. Les grandes installations solaires photovoltaïques sont également pratiques pour rentabiliser des sols pollués, une friche agricole ou un terrain cultivé. Il est même possible d’installer une centrale solaire flottante sur un plan d'eau. 

La capacité qu’ont les panneaux photovoltaïques de produire de l'énergie localement permet accessoirement de réduire les pertes énergétiques liées au transport de l'électricité sur de longues distances.

FAQ

Où va l'énergie des panneaux solaires ?

L'énergie produite par les panneaux solaires peut être injectée dans le réseau électrique, utilisée directement pour alimenter des appareils électriques, ou stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure.

Quel courant sort d'un panneau solaire ?

Les panneaux solaires produisent du courant continu, qui est ensuite converti en courant alternatif par un onduleur pour pouvoir être injecté dans le réseau électrique.

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