Comprendre la chaîne énergétique d'un panneau solaire
Publié le 2024-10-15 par Nicolas Salleron
Modifié le 2024-12-08
Temps de lecture estimé 8 minute(s)
C'est quoi la chaîne énergétique d'un panneau solaire ? L’énergie solaire, grâce à sa disponibilité et son faible impact environnemental, joue un rôle crucial dans la transition énergétique. Les panneaux photovoltaïques, au cœur de cette révolution, permettent de convertir la lumière du soleil en électricité de manière efficace. Mais comment se déroule exactement ce processus de conversion ? Comprendre la chaîne énergétique d’un panneau solaire, de la captation du rayonnement solaire à l’utilisation de l’électricité produite, est essentiel pour saisir son fonctionnement et son rôle dans la production énergétique.
Qu'est-ce qu'une chaîne énergétique ?
La chaîne énergétique d’un dispositif correspond à l’ensemble des étapes de conversion d’énergie qui se déroulent au sein de ce système. Ce concept englobe plusieurs types de transformations énergétiques, comme la conversion de l’énergie thermique (par exemple, un feu de bois) ou la conversion de l’énergie électrique en énergie mécanique. Par extension, ce terme désigne également le diagramme sur lequel on présente la chaîne de conversion de l’énergie.
Les systèmes de panneaux photovoltaïques suivent plusieurs étapes clés :
- Les panneaux solaires captent l’énergie lumineuse du soleil ;
- Les cellules photovoltaïques transforme l'énergie lumineuse en courant électrique ;
- Des onduleurs transforment le courant continu en courant alternatif ;
- Le réseau électrique achemine l’électricité produite.
- Les consommateurs finaux utilisent l'énergie électrique.
En physique-chimie, on étudie également d’autres chaînes de conversion énergétique, impliquant des processus chimiques, physiques, mécaniques ou hybrides, comme le fonctionnement des panneaux solaires ou des moteurs thermiques. Il est important de différencier les panneaux photovoltaïques des panneaux thermiques, qui convertissent la chaleur solaire en énergie thermique.
Les étapes de la chaîne énergétique d'un panneau solaire
Selon les données du Ministère de la Transition énergétique (publication StatInfo), au 30 juin 2024, la puissance installée du parc photovoltaïque en France a atteint 22,2 GW. Le solaire produisait 5 % de la production électrique française les 6 premiers mois de 2024. Découvrons ensemble la chaîne énergétique d'un panneau solaire.
Capture de l'énergie solaire
Les modules photovoltaïques, souvent appelés panneaux solaires, sont principalement composés de cellules en silicium reliées entre elles et protégées par une plaque de verre. Leur rendement, c’est-à-dire leur capacité à convertir l’énergie lumineuse en électricité, atteint environ 20 %. Ce sont ces modules qui transforment la lumière du soleil en courant continu.
Lorsqu’un rayon solaire frappe les cellules, il excite les électrons du silicium. Cela provoque un déplacement de ces derniers et générant ainsi un flux électrique. On appelle ce processus l'effet photovoltaïque.
Conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique
Pour constituer un panneau solaire, on assemble les cellules photovoltaïques en modules. Chaque cellule génère une petite quantité d'électricité sous forme de courant continu. La puissance électrique produite est proportionnelle à la luminosité reçue et dépend du rendement de chaque cellule.
Pour accroître la tension et la puissance globale de l'installation photovoltaïque, on assemble plusieurs modules entre eux, en série et en parallèle.
Transformation du courant continu en courant alternatif
L’électricité produite par les cellules photovoltaïques des panneaux est sous forme de courant continu. Cependant, la plupart des appareils électriques fonctionnent avec du courant alternatif.
Pour que cette électricité soit utilisable, des convertisseurs de courant continu en courant alternatif sont nécessaires. C’est précisément le rôle de l’onduleur.
Un onduleur est un dispositif d'électronique de puissance qui convertit l'énergie électrique continue en tensions et courants alternatifs. Il est généralement installé dans un local technique proche de la centrale solaire ou peut être intégré sous forme de micro-onduleur directement sur le panneau solaire.
Distribution de l'électricité
Une fois convertie en courant alternatif, on injecte l'électricité dans le réseau électrique, à destination des consommateurs.
Dans le cas d'une installation en autoconsommation, on consomme l'énergie au moment où on la produit. On peut aussi la stocker dans des batteries pour une utilisation ultérieure. On peut également revendre les surplus d'énergie au réseau.
Les composants clés dans la chaîne énergétique d'un panneau solaire
Rayonnement solaire (énergie primaire)
La chaîne énergétique commence par le rayonnement solaire, qui constitue la source d'énergie primaire. Ce rayonnement est émis par le soleil sous forme de photons. Les panneaux solaires captent cette énergie lumineuse, qui est ensuite transformée en électricité. Sans cette étape initiale, il n’y a pas d’énergie à exploiter.
Les cellules photovoltaïques
Lorsque les photons du rayonnement solaire frappent la surface des cellules, ils transfèrent leur énergie aux électrons du silicium. Ce phénomène, appelé effet photovoltaïque, provoque le déplacement des électrons, créant ainsi un courant électrique continu (DC). Cette étape est cruciale car elle transforme l'énergie solaire en une forme d'énergie utilisable par des systèmes électriques.
Pour tout connaître sur les différents types de panneaux solaires, c'est ici !
L'onduleur (conversion courant continue vers alternatif)
L'électricité produite par les cellules photovoltaïques est sous forme de courant continu. Cependant, la majorité des appareils électriques ainsi que le réseau électrique fonctionnent en courant alternatif.
C’est ici que l’onduleur entre en jeu. Cet appareil convertit le courant continu généré par le panneau solaire en courant alternatif. Cette conversion est essentielle pour adapter l’électricité solaire aux besoins des consommateurs. Cela permet aussi de le réinjecter dans le réseau de transport électrique, fonctionnant en courant alternatif.
Les batteries (stockage d'énergie, optionnel)
Dans certaines installations, notamment celles qui ne sont pas connectées au réseau électrique, on intègre des batteries pour stocker l'excédent d'énergie produit. D'ailleurs, cette option est particulièrement utile pour assurer une alimentation électrique continue lorsque le rayonnement solaire est insuffisant, comme pendant la nuit ou par mauvais temps. Les batteries stockent l’électricité sous forme de courant continu (DC), et restituent l’énergie en fonction des besoins. Elles permettent ainsi de maximiser l’autonomie énergétique d’un système solaire.
Les avantages de la chaîne énergétique des panneaux solaires
Énergie renouvelable et propre
L'un des avantages de la chaîne énergétique des panneaux solaires est qu'elle repose sur une source d'énergie inépuisable : le soleil. Contrairement aux énergies fossiles, l’énergie solaire ne produit ni émissions de gaz à effet de serre, ni pollution de l'air ou de l'eau. Cela contribue ainsi à la lutte contre le changement climatique.
En réduisant la dépendance aux combustibles fossiles, cette chaîne énergétique participe à la transition vers des sources d’énergie plus durables et respectueuses de l'environnement.
Faibles coûts d’exploitation et d’entretien
Une fois installés, les panneaux solaires nécessitent très peu d'entretien. Il n’y a pas de pièces mobiles, ce qui limite l'usure et réduit les besoins en maintenance. De plus, la durée de vie des panneaux solaires est souvent longue, en moyenne 20 à 30 ans. Cela en fait un investissement à long terme avec des coûts d’exploitation très faibles.
Facilité d’installation et modularité
Les panneaux solaires sont relativement simples à installer et s'adaptent à diverses configurations de bâtiments ou de terrains. Ils sont modulaires, ce qui signifie que l'on peut agrandir les installations progressivement en fonction des besoins énergétiques ou des capacités financières de l’utilisateur. Cela offre une flexibilité d’adaptation pour différents types d’utilisateurs et différents types de terrains, puisque l'on peutr installer les panneaux solaires sur des sols pollués, terrain cultivé, centrale flottante, sur des toitures, et même sur des petites surfaces !
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