Panneaux photovoltaïques

Panneaux solaires sur le toit d'une maison

Un panneau solaire (appelé aussi module photovoltaïque ou panneau photovoltaïque) est un dispositif constitué par l'assemblage de cellules photovoltaïques reliées entre elles et destiné à transformer le rayonnement solaire en énergie électrique.

Le panneau solaire peut être utilisé comme élément d'un grand système photovoltaïque afin de produire et fournir de l'électricité pour des usages commerciaux et domestiques. Mais comme un seul panneau solaire ne peut produire qu'une quantité limitée d’énergie, de nombreuses installations comportent plusieurs panneaux. Un système photovoltaïque comprend généralement une rangée de panneaux solaires, un onduleur et parfois une batterie et un câblage de réseau.

Un peu de chimie et d'électronique

La plupart des modules utilisent des plaquettes à base de cellules en silicium cristallin ou de minces couches de cellules à base de silicium. Les fils conducteurs par où sort le courant des panneaux peuvent contenir de l'argent, du cuivre ou d'autres conducteurs en métaux de transition. Les cellules doivent être reliées électriquement les unes aux autres et au reste du système.

Elles doivent également être protégées contre l'humidité et les dommages mécaniques. La plupart des panneaux solaires sont rigides mais des panneaux semi-flexibles à base de silicium amorphe sont également disponibles. Les branchements électriques peuvent être faits soit en série pour obtenir une certaine tension de sortie, soit en parallèle pour fournir l’intensité de courant voulue.

Des diodes séparées peuvent être nécessaires pour éviter les courants inverses, en cas d'ombrage partiel ou total, ainsi que pendant la nuit. Certaines jonctions de cellules de silicium monocristallin peuvent avoir des caractéristiques de courant inverse qui rendent inutiles ce genre de diodes. L’inversion du courant cause des pertes d’énergie et peut occasionner une surchauffe des cellules ombragées. Or, les cellules solaires deviennent moins efficaces à des températures élevées et il incombe aux installateurs d'assurer une bonne ventilation derrière les panneaux solaires.

Le photovoltaïque sous un éclairage différent ...

Certains modèles récents de panneaux solaires comportent un dispositif concentrateur dans lequel la lumière est focalisée par des lentilles (ou des miroirs) sur une surface de cellules plus petite. Cela permet d’utiliser, de manière rentable, des cellules ayant un coût élevé par unité de surface (tels que l'arséniure de gallium).

Selon la construction, les panneaux photovoltaïques peuvent produire de l'électricité à partir d’un spectre de fréquences de la lumière mais ne peuvent généralement pas couvrir tout le spectre solaire (en particulier l'ultraviolet, l’infrarouge et la lumière faible ou diffuse).

Ainsi une grande partie de l'énergie lumineuse incidente est perdue par des panneaux solaires, lesquels pourraient être plus efficaces s’ils étaient éclairés par une lumière monochromatique. Et donc un autre concept consiste à diviser la lumière en longueurs d'onde différentes et de diriger les faisceaux sur des cellules différentes ajustées à ces fréquences. Cela est censé améliorer l'efficacité de 50%.

Actuellement, le meilleur taux de conversion de la lumière du soleil (efficacité du panneau solaire) disponible dans le commerce est d'environ 20%, ce qui est généralement inférieur au rendement des cellules prises isolément. La densité d'énergie d'un panneau solaire est l'efficacité décrite en termes de puissance crête par unité de surface, couramment exprimée en watts par mètre carré.

Les plus efficaces des panneaux solaires produits en masse ont des valeurs de densité d'énergie supérieure à 140 W/m².

Coût

Pour estimer le coût réel des panneaux solaires photovoltaïques (PV), il faut tenir compte du prix du panneau ainsi que de l’installation (soit environ 1000 € le mètre carré en France), des éventuelles subventions régionales ou aides et autres avantages fiscaux et enfin de la bonne orientation des panneaux qui permet d’optimiser l’énergie produite, dont une partie peut même être revendue à EDF.

Cela dit, les prix des panneaux sont en continuelle baisse si bien qu’on prévoit pour 2013 des prix qui seront moitié de ce qu’ils étaient en 2009.

A l'heure actuelle, l'énergie solaire photovoltaïque est économiquement viable pour les propriétaires, les entreprises et les investisseurs seulement en raison des subventions gouvernementales. Mais la perspective de la baisse des prix des panneaux photovoltaïques et la hausse des prix des combustibles fossiles laisse voir qu’il serait possible de faire de grandes installations solaires à un coût compétitif, sans le soutien du gouvernement dans un horizon d'une décennie, soit plus tôt que ce qui est généralement supposé.

Notons enfin que l’énergie obtenue grâce aux panneaux PV est l'énergie la plus propre qu’on puisse produire aujourd’hui, puisqu’elle ne génère aucune nuisance d’aucune sorte et son impact sur l’environnement est quasi nul, si ce n’est que les panneaux doivent être recyclés, une fois arrivés à la fin de leur durée de vie, soit une trentaine d’années environ.