Un panneau solaire est un élément des installations solaires. Par définition, sa fonction est de profiter de l'énergie solaire. Il peut également être appelé module solaire.
Selon la définition de panneau solaire, il existe des panneaux solaires pour l' énergie photovoltaïque et pour l' énergie thermique. De cette façon, nous distinguons:
Panneaux solaires thermiques. Les panneaux solaires thermiques s'utilisent dans les installations d'énergie solaire thermique. Ils obtiennent de l'énergie thermique en élevant la température d'un fluide caloporteur grâce au rayonnement solaire.
Panneaux solaires photovoltaïques. Pour les installations solaires photovoltaïques. Il s'agit d'un ensemble de cellules photovoltaïques. Sa fonction est de générer un courant électrique.
Dans les deux cas, son objectif est la production d'énergie à partir d'énergies renouvelables.
Le système solaire combiné est une installation solaire qui est associée à une autre source d'énergie qui prend le relais en cas de besoin. Il permet de produire de l'eau chaude sanitaire et couvrir les besoins de chauffage solaire.
Qu'est-ce qu'un panneau solaire photovoltaïque ?
Un panneau solaire photovoltaïque est un élément destiné à la production d' électricité. Les panneaux sont constitués de petites cellules solaires qui convertissent le rayonnement solaire en énergie électrique grâce à l'effet photovoltaïque.
Ce type de panneau solaire est composé de matériaux semi-conducteurs qui sont normalement dérivés du silicium. Les panneaux sont construits en interposant deux couches de silicium dans lesquelles chacune est traitée de manière spéciale pour générer un champ électrique.
Lorsqu'un photon de lumière frappe ces couches, il expulse un électron d'un atome de silicium. Les électrons libres circulent dans le même sens en générant un courant électrique dû au champ électrique créé.
Les panneaux solaires photovoltaïques génèrent de l'électricité sous forme de courant continu et sont généralement accompagnés de convertisseurs de courant pour obtenir du courant alternatif.
De quel matériau sont faits les panneaux solaires ?
En général, les cellules solaires sont constituées de silicium cristallin ou d'arséniure de gallium. Des cristaux d'arséniure de gallium sont créés pour ces usages, tandis que des cristaux de silicium sont également produits pour être consommés par l'industrie de la microélectronique.
Selon la configuration en silicium des cellules solaires, les panneaux photovoltaïques sont classés en panneaux solaires polycristallins, monocristallins et à couches minces. Les principales différences entre eux sont le coût et l'efficacité.
Technique de construction d'un panneau solaire
Une cellule de silicium de 6 cm exposée à une lumière directe de 1 AU peut produire un courant de 0,5 ampère à 0,5 volt. L'arséniure de gallium est encore plus efficace que le silicium.
Le verre est découpé en petits disques et poli pour éliminer le danger de coupure. Des dopants sont alors insérés dans les disques, et des conducteurs métalliques sont déposés sur chaque face : un petit connecteur sur la face tournée vers le soleil, et un connecteur de l'autre côté.
Les panneaux solaires sont construits avec ces cellules découpées dans des formes appropriées. De plus, ils sont protégés contre les radiations et autres dommages en appliquant une couche de verre et en les collant sur un substrat (soit un panneau rigide ou flexible).
Les connexions électriques sont réalisées en série-parallèle pour déterminer la tension de sortie totale et doivent avoir un revêtement protecteur qui doit être un conducteur thermique.
De combien de cellules photovoltaïques dispose un panneau solaire ?
Bien que chaque cellule photovoltaïque fournisse une petite quantité d'énergie, un ensemble de cellules solaires peut générer suffisamment d'énergie pour être utile.
Les configurations les plus courantes de cellules solaires sont les suivantes
Panneaux solaires 36 cellules : ce type de panneau est le plus compact du marché et l'option la plus recommandée pour les petites installations isolées. Les 36 cellules solaires pour générer une tension de sortie de 12 volts.
Panneaux solaires 60 cellules. Il utilise 60 cellules solaires pour obtenir une tension de sortie supérieure à 24 V.
Panneaux solaires 72 cellules. Ce type de module photovoltaïque connecté 72 cellules solaires pour obtenir une tension supérieure à 24V et est principalement utilisé dans les installations de raccordement au réseau.
Qu'est ce qu'un panneau solaire thermique ?
Les panneaux solaires thermiques ou panneaux solaires font partie des installations d'énergie solaire thermique.
Ce type de panneau solaire fonctionne en faisant circuler un fluide à l'intérieur. Le panneau capte l'énergie thermique du soleil. Ce fluide s'échauffe en circulant à l'intérieur du collecteur.
Types de panneaux solaires thermiques
Il existe différents types de capteurs solaires thermiques. Son utilisation dépend de l'application où il va être utilisé :
Capteurs à basse température : les types les plus courants sont les capteurs solaires plans et les capteurs à tubes sous vide.
Capteurs haute température : Ce sont généralement des concentrateurs solaires à miroir parabolique, des miroirs plans (ou des lentilles de Fresnel linéaires).
Capteurs à très haute température utilisés dans les centrales solaires thermiques. Actuellement, cela se fait avec des champs de miroirs plats orientables qui dirigent le rayonnement solaire au même point focal.
A quoi sert un panneau solaire ? Exemples d'applications
L'installation de panneaux solaires sert à produire de l'électricité ou à produire de la chaleur. Dans les deux cas, les utilisations et les applications des panneaux solaires sont pratiquement illimitées.
Voici quelques exemples de panneaux solaires photovoltaïques :
Dans l'électronique portable, les panneaux solaires sont utilisés pour fournir de l'électricité et recharger les batteries de divers appareils électroniques grand public, tels que les calculatrices.
Les batteries des voitures électriques peuvent être rechargées grâce à l'énergie solaire. Les voitures peuvent transporter leur propre panneau solaire, mais il est plus courant de les utiliser dans les bornes de recharge.
Énergie pour les bâtiments et les petites maisons. Les grandes installations photovoltaïques sont largement utilisées dans les régions tropicales et subtropicales avec un grand nombre de jours ensoleillés.
Pour l'utiliser dans l'espace. Les batteries solaires sont l'un des principaux moyens de générer de l'énergie électrique dans les engins spatiaux. Ces batteries fonctionnent longtemps sans consommation de matériel. En même temps, ils sont respectueux de l'environnement, contrairement aux sources d'énergie nucléaires et radio-isotopiques.
Les principales applications des capteurs solaires sont :
Procurez-vous de l'eau chaude sanitaire.
Fournir de la chaleur pour un système de chauffage dans une maison ou un bâtiment.
Production d'électricité à grande échelle dans les centrales à vapeur.
Quelle est la durée de vie des panneaux solaires?
La règle générale indique que la durée de vie utile d'un panneau solaire est de 25 ans.
En règle générale, la puissance d'un panneau photovoltaïque est réduite de moins de 1% chaque année en raison de la dégradation de ses cellules photovoltaïques. Par conséquent, la puissance d'un panneau 25 ans plus tard dépassera 75%.
Les modules solaires actuels, dotés d'une meilleure technologie et de meilleures techniques de fabrication, ont une résistance encore meilleure.
Pour le silicium monocristallin, le taux de dégradation est inférieur à 0,5%. Pour les panneaux fabriqués avant 2000, et moins de 0,4% pour les panneaux fabriqués après 2000.
Cela signifie qu'un panneau fabriqué aujourd'hui devrait produire 92% de sa puissance d'origine après 20 ans.
Cependant, avec une maintenance appropriée, ces chiffres peuvent être améliorés.
Pourquoi les panneaux solaires se dégradent-ils?
La durée de vie d'un panneau solaire dépend de sa dégradation. La principale cause de dégradation d'un panneau solaire est la météo.
Les modules en silicium cristallin situés dans des climats extrêmes présentent des taux de dégradation plus élevés. Pour les climats très froids, les panneaux soumis à de forts vents et à des charges de neige sont ceux qui souffrent le plus.
En revanche, les panneaux dans des climats similaires installés sur une façade, éliminant la charge de neige, ont des taux de dégradation très faibles.
À l'autre extrême, les panneaux solaires dans les climats désertiques ont affiché une baisse importante de la production au fil du temps. Cette diminution est proche de 1% par an, principalement en raison des niveaux élevés d'exposition aux rayons ultraviolets.
Dans les climats plus tempérés (comme le nord des États-Unis), les panneaux avaient des taux de dégradation aussi faibles que 0,2% par an. Ces panneaux pourraient conserver 96% de leurs capacités de production après 20 ans.
