Connaître la production de vos panneaux solaires

Les bases pour comprendre la production des panneaux solaires

L’effet photo-électrique : comment les panneaux photovoltaïques produisent-ils du courant ?

Afin de connaître la production des panneaux solaires, encore faut-il savoir comment ils sont capables de générer de l’énergie.

L’effet photo-électrique a été découvert en 1839 par Alexandre Edmond Becquerel.

Concrètement, cet effet s’observe dans certains matériaux qui émettent des électrons lorsqu’ils sont frappés par la lumière.

Dans le cas d’un panneau solaire photovoltaïque, c’est l’usage de cellules dites photovoltaïques qui permet de produire le phénomène photoélectrique.

Ces cellules sont produites à partir de silicium.

 Le silicium constitue le principal composant du sable et est donc un matériau très courant à la surface de la planète. Un panneau est composé de 60 à 62 cellules de ce type reliées en série.

Les cellules photovoltaïques sont des semi-conducteurs.

Ces derniers sont des matériaux isolants ou conducteurs selon les conditions.

En effet, un semi-conducteur devient conducteur si on le chauffe, si on l’éclaire ou si on le soumet à une tension électrique particulière.

Dans le cas des cellules photovoltaïques, éclairées, elles deviennent conductrices et permettent la création d’un courant électrique.

Expliquons ce phénomène en détail.

Ce que l’on cherche avec des panneaux solaires, c’est produire un courant électrique c’est-à-dire une circulation d’électrons.

Pour le créer, il faut d’un côté un surplus et de l’autre un déficit d’électrons.

Ceci permet de créer une différence de potentiel et donc les conditions d’apparition du courant électrique.

Pour ce faire, les cellules photovoltaïques sont composées de deux plaques reliées par des fils conducteurs :

• La première, la couche supérieure, possède un surplus d’électrons.
• La seconde, la couche inférieure, possède un déficit d’électrons.

C’est cette polarisation, que l’on retrouve dans les piles représentées par les symboles + et – , qui permet la création du courant électrique.

Résumons ce qu’il se passe.

Premièrement, les photons frappent la surface du panneau.

Dans un second temps, les électrons relâchés sous l’action du soleil traversent les plaques.

La différence de polarité assure la création d’un courant électrique.

En connectant les panneaux solaires à un circuit électrique, on peut alors alimenter des appareils électriques.

Les panneaux photovoltaïques sont donc d’ingénieux systèmes de production d’énergie.

Qu’est-ce qu’un kWh ?

Le kWh est une unité d’énergie.

Le W provient de Watt. Cette unité a reçu son nom de James Watt.

Nous retrouvons le Watt sur les ampoules par exemple.

Le Watt et le kW se réfèrent à la puissance d’un appareil.

⚠️ Cela n’a rien à voir avec le kWh.

Cette unité est utilisée lorsqu’on désire connaître une performance énergétique sur une durée.

Cela sert par exemple pour les bilans énergétiques.

Elle représente la consommation d’énergie au cours du temps.

Prenons une image parlante comme un robinet qui coule :

• Le kW pourrait correspondre au débit en eau du robinet.
• Le kWh de son côté serait la quantité d’eau qu’on pourrait collecter dans une bouteille en une heure, avec ce robinet.

Ce sont bien deux choses différentes.

La différence est importante, car si une installation solaire est de mettons 100 kW, elle ne produira pas forcément 100 kWh.

En effet, elle ne fonctionnera pas sans interruption.

La puissance électrique d’un panneau solaire photovoltaïque

La puissance des panneaux solaires photovoltaïques s’exprime en 

Watt crête, abrégée en Wc.

Le nombre de cellules du panneau et leur qualité définit la puissance  d’un panneau donné.

La norme évolue en matière de puissance pour les panneaux solaires photovoltaïques. En 2019 elle se situait autour de 350 Wc. En 2023 il n’est pas rare de trouver du 425 Wc.

Il faut prendre en compte que la puissance crête annoncée correspond à des conditions données :

• Une température ni trop froide, ni trop chaude de 25°
• Un ensoleillement de 1000 watts par m2
• Une surface inclinée de 30° et orientée vers le sud
• Un ciel dégagé

Le kWh vous assure donc de connaître la capacité maximale théorique d’un panneau solaire et vous donne une idée de son rendement.

Néanmoins, avec tous les éléments à prendre en compte dans une installation solaire, gardez bien à l’esprit que le kWc est une information approximative.

Plus les technologies s’améliorent, plus les panneaux deviennent puissants et efficaces.

Le solaire thermique, comment ça marche ?

En ce qui concerne le solaire thermique, le processus n’est pas le même.

En effet, ce n’est pas l’effet photo-électrique qui est utilisé.

Ici, c’est la chaleur du soleil qui est récupérée par des capteurs et transmise via un fluide caloporteur.

Ce type de panneaux solaire possède un meilleur rendement que le photovoltaïque.

Il se situe aux alentours de 80%.

Le rendement photovoltaïque, pour sa part, dépend du type de panneau utilisé.

Cela varie, entre 5 à 7% pour du silicium amorphe jusqu’à 18 à 24% pour le silicium monocristallin (voir plus bas : type de panneau solaire).

Puissance thermique d’un panneau solaire thermique

En ce qui concerne les panneaux solaires thermiques, la puissance est représentée en Watts.

Le rendement d’un panneau solaire thermique est exprimé en W par m2.

Ainsi, dans le cas du thermique, il est préférable de penser en termes de m2 de capteurs thermiques installés.

Une plus grande surface de panneaux solaires permet de produire plus d’énergie.

Le choix de la surface à installer dépend de vos besoins.

Si vous désirez utiliser la chaleur pour votre chauffe-eau, pour le chauffage ou pour les deux, les besoins ne seront pas les mêmes.

➡️ Guide : Le Chauffage solaire pour maison

La qualité des panneaux solaires

Différentes certifications ont été mises au point pour garantir à l’acheteur d’un panneau solaire de reconnaître aisément un produit de qualité.

Ces certifications sont utiles pour vous guider dans vos achats.

Mais elles sont aussi nécessaires si vous désirez obtenir des aides d’État lors de la mise en place de systèmes de panneaux solaires.

C’est l’une des raisons pour laquelle Dualsun possède les deux « certifications  » IEC et Solar Keymark.

IEC signifie International Electrotechnical Commission.

Cette commission a pour mission de normaliser les secteurs de l’électricité, de l’électronique et des nanotechnologies.

Ainsi, leurs prérogatives s’appliquent aussi aux panneaux solaires qui sont des appareils producteurs d’énergie électrique.

Un panneau solaire certifié IEC est sécurisé électriquement.

En outre, la certification garantit qu’il possède un rendement minimal de 12 %.

La seconde certification, nommée Solar Keymark est européenne elle aussi.

C’est le comité européen de normalisation (CEN) qui l’a mise en place.

Elle garantit au consommateur un niveau de qualité validé par différents tests effectués sur les produits.

⚠️ Ne négligez pas les certifications.

Les panneaux solaires, comme de nombreux secteurs, peuvent voir apparaître des personnes peu scrupuleuses qui vendent des produits non conformes.

Il serait dommage d’investir de l’argent dans des produits défectueux…

Les types de panneaux solaires

Vouloir installer des panneaux solaires, c’est bien. Cependant, une des principales difficultés est d’arriver à s’y retrouver, car il en existe de nombreux types. Voyons ensemble ci-dessous, tous les types de panneaux.

➡️ Panneau solaire ou photovoltaïque : les différences

Les panneaux photovoltaïques

Le premier type de panneau est, comme nous l’avons vu précédemment, le photovoltaïque.

Celui-ci utilise un processus photoélectrique, expliqué plus haut, hébergé dans des cellules en silicium.

Ces dernières peuvent être de différents types.

Les cellules de silicium monocristallin

Ce sont les plus coûteuses.

Cependant, un panneau solaire équipé de ces cellules possédera un plus haut rendement que les autres.

En effet, celui-ci est de 18 à 24%.

Les cellules de silicium polycristallin

Il s’agit du silicium le plus courant. Son rendement est en deçà du monocristallin. Il est de 14 à 18%.

Les cellules de silicium amorphe

Celui-lui possède le moins bon rendement.

Ce dernier oscille entre 5 et 7%.

Ce type de silicium est moins cher que les siliciums cristallins.

Les panneaux solaires souples

Ce ne sont pas des cellules de silicium.

Celles-ci sont composées de polymères organiques.

C’est par des techniques d’impression semblable au textile qu’il est possible d’en produire en série.

La conséquence d’un tel procédé est le coût très inférieur à un panneau solaire normal.

Néanmoins, le rendement n’a rien à voir. Ils n’ont pas la même utilité et sont utilisés pour de petits objets.

On retrouve ce type de technologie au sein des chargeurs solaires ou moquettes solaires notamment.

Il s’agit de sortes de tapis solaires à installer près de la piscine.

Il existe aussi des panneaux solaires souples de taille relativement réduite composés de cellules de silicium adaptés pour une utilisation automobile, marine ou nomade.

La pérovskite

Ce nom méconnu est en fait du titanate de calcium.

De la même manière que les cellules organiques, il est possible de les imprimer. 

Cependant, elles sont 5 fois moins performantes.

Elles sont très prometteuses et peuvent être installées partout : fenêtres ou éléments de construction divers.

Aussi étonnant que cela puisse paraître, elles peuvent être appliquées sur un mur comme de la peinture classique.

L’énorme avantage de la pérovskite est sa capacité de produire de l’énergie avec très peu de luminosité. 

Elle fonctionne même avec de l’éclairage artificiel ! Ce qui permet de « recycler » ce type d’éclairage.

Le panneau solaire thermique

Le second type de panneaux solaires, le solaire thermique n’utilise pas les mêmes mécanismes physiques pour produire de l’énergie.

Par conséquent, ses composants diffèrent eux aussi.

Ce type d’installation est composé de tubes de verre.

Chacun de ces tubes est formé de deux éléments : un absorbeur et un échangeur.

Le premier capte l’énergie issue du rayonnement solaire tandis que le second permet le transfert de l’énergie vers le système.

Ces tubes sont sous-vide. Ceci permet d’éviter toute déperdition de chaleur.

Le thermique solaire à tubes possède un excellent rendement de l’ordre de 75 %.

Pour fonctionner, une installation solaire thermique a besoin d’un fluide dit caloporteur.

Comme son nom l’indique, il sert à transmettre la chaleur.

Un fluide caloporteur doit posséder plusieurs propriétés :

• Il se doit d’être peu corrosif.
• Posséder une faible viscosité pour faciliter sa circulation.
• Posséder une capacité calorifique qui permet de diminuer toute perte d’énergie thermique.
• Résister aux températures extrêmes.

Il peut s’agir d’eau ou d’un mélange d’eau et d’antigel.

Ce fluide circule à travers les tubes organisés sous forme de canaux.

Ces derniers couvrent généralement la totalité de la surface du panneau solaire.

Dans le solaire thermique, comme dans le solaire photovoltaïque, il existe plusieurs technologies.

En premier lieu, il existe ce que nous appelons un capteur plan vitré ou non vitré.

S’il est non vitré, les tubes sont au contact direct du soleil.

Ce type d’installation possède le rendement le moins bon. S

’il est vitré, au contraire, cela crée un effet de serre augmentant son rendement.

Ensuite, on peut trouver le capteur tubulaire.

Ce dernier est plus efficace et plus cher.

Son fonctionnement garantit une optimisation énergétique.

Leur double peau notamment améliore les apports issus du rayonnement solaire.

De quoi dépend la production d’énergie des panneaux solaires et comment l’améliorer ?

Votre niveau d’ensoleillement

En premier lieu, c’est le niveau d’ensoleillement qui va influer sur le rendement de votre installation.

En effet, en fonction de votre position géographique, ce niveau sera différent.

La partie du nord de la France et nord-est du pays possède une capacité de production d’énergie solaire estimée entre 800 et 1000 kWh/kWc.

À l’opposé, la zone sud et la Corse peuvent espérer une production de l’ordre de 1200 à 1400 kWh/kWc

Ce type de calcul de production photovoltaïque est approximatif et est applicable uniquement en conditions optimales d’où l’unité de kWc.

De plus, il ne faut en aucun cas penser que le solaire n’est destiné qu’aux régions du sud de la France.

D’une part, il faut prendre en compte les microclimats de chaque région.

D’autre part, certains pays, comme ceux du nord de l’Europe encouragent la production d’énergie solaire.

La Finlande a par exemple mis en place des initiatives pour promouvoir le solaire comme le projet FinSolar.

Par conséquent, cela montre que cette énergie d’avenir est applicable partout. Un calcul permet de se faire une idée sur le rendement d’un panneau solaire, mais ne doit pas nuire à une volonté de passer au solaire.

Le simulateur MyDualsun permet d’avoir une estimation sur le potentiel de production d’énergie de votre lieu d’habitation.

L’influence de la température

On pourrait penser que plus il fait chaud, mieux c’est pour la production d’énergie solaire.

Eh bien non !

Au-delà d’une température de 25°, le rendement d’un panneau solaire diminue.

Chaque degré au-delà de cette limite diminue l’efficacité de l’installation de 0,5 %.

C’est la raison pour laquelle les panneaux solaires hybrides sont intéressants.

Grâce à un échangeur thermique, ils préservent constamment une température basse. Leur rendement est donc meilleur qu’un panneau photovoltaïque classique.

L’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires

L’orientation et l’inclinaison sont des facteurs essentiels quant à l’efficacité de votre installation.

Ils dépendent du type de panneaux solaires utilisé ainsi que de vos besoins.

Il est important d’étudier ces questions d’inclinaison et d’orientation lors d’un projet d’installation solaire.

Le nettoyage des panneaux

Les panneaux solaires n’exigent que peu d’entretien.

La pluie suffit à les nettoyer régulièrement.

Cependant, il est conseillé de procéder à un nettoyage annuel pour ne pas diminuer leur rendement.

En effet, si les panneaux accumulent une couche de différentes poussières et se salissent, ils peuvent perdre de 3 à 16 % d’efficacité par an.

Notez cependant que là encore, tout dépend de votre installation.

Des panneaux solaires peu inclinés, près d’une usine et installés dans une région possédant peu ou pas de précipitations, se salissent rapidement.

À l’inverse, si vos panneaux sont assez inclinés et qu’il pleut relativement souvent, ils nécessitent moins d’entretien.

De fait, nous vous conseillons un contrôle visuel régulier de vos panneaux, et de porter une attention particulière aux salissures potentielles :

• dans les zones rurales ou agricoles (pollens et dépôt de poussière importants)
• en bord de mer (sable, sel marin)
• ou dans les zones urbaines (dépôt de particules fines).

Influence des masques et les ombrages lointains

Enfin, il ne faut pas négliger l’importance de l’ombre.

Tous les éléments qui occasionnent un masque sur les panneaux solaires diminuent le rendement de ces derniers.

Cela peut être une cheminée ou un arbre par exemple.

Ces ombrages proches sont tous à prendre en considération.

Cependant, on aurait tendance à oublier les ombrages lointains.

Cela peut concerner une montagne lointaine ou un grand immeuble.

En fonction de l’heure de la journée, il est possible qu’ils réduisent la production d’énergie de votre installation.

Au début du solaire, les panneaux photovoltaïques étaient très sensibles aux ombrages.

Les panneaux actuels gèrent beaucoup mieux le fait qu’une partie de leur surface soit ombragée.

De plus, l’utilisation des micro-onduleurs permet d’éviter qu’un panneau solaire ombragé au sein d’une série ne fasse diminuer le rendement de toute la série de panneaux.

La dégradation du panneau

Même si nos panneaux sont certifiés pour résister à la grêle, ils peuvent être endommagés en cas de phénomènes météorologiques extrêmes. 

Aussi, utiliser une eau très froide pour laver les panneaux quand ils sont chauds peut provoquer un choc thermique qui va fragiliser votre matériel. Attention donc à n’utiliser que de l’eau à température ambiante pour éviter le risque de dégradation. 

Enfin, le fait de marcher sur le panneau ou de passer le karcher par exemple peut exercer une pression trop forte sur le module et le dégrader.

Le verre fragilisé peut entraîner une perte de rendement qui va fortement varier d’un impact à un autre.

Le monitoring est un excellent moyen de voir concrètement la perte de rendement, mais aussi d’anticiper en repérant les baisses importantes ou soudaines de puissance.

Est-il pertinent d’installer des panneaux solaires dans une zone géographique bénéficiant d’un ensoleillement modéré ?

C’est une question qui est très régulièrement posée.

Alors si vous avez bien lu cet article, vous savez désormais y répondre : Oui !

Le principe de nos panneaux solaires est de 

participer pleinement à l’autonomie énergétique de votre logement, quelle que soit votre position géographique, afin de pouvoir produire votre propre énergie gratuitement par le soleil et ne plus subir les hausses constantes des prix de l’énergie.

Il est certain qu’une installation solaire au Nord de l’Europe produira moins qu’une installation au Sud de l’Europe, comme nous pouvons le constater sur cette carte d’irradiation solaire moyenne annuelle en kWh/m²/an.

Toutefois une installation Dualsun participera toujours à l’autonomie énergétique de votre logement en optimisant le positionnement de vos panneaux solaires.

Aussi, vous avez toujours votre système d’appoint pour prendre le relais lorsque l’ensoleillement n’est pas suffisant, en hiver notamment.

D’ailleurs, nous sommes extrêmement sollicités par les pays situés en Europe du Nord ou Amérique du Nord, qui pour la plupart d’entre eux sont depuis longtemps équipés d’installations solaires et dont les avantages ne sont plus à prouver.

En France, une grande partie des demandes de projets que nous recevons concerne la moitié Nord de la France.

Exemples de simulation énergétique :

Résultat sur MyDualsun pour un logement de 4 personnes équipé de :

• 6 panneaux hybrides Dualsun Spring 
• 4 panneaux photovoltaïques Dualsun Flash

Comment la production des panneaux évolue-t-elle dans le temps ?

Tout est soumis au temps, même les panneaux solaires.

Au fil des années, leur rendement diminue.

Il est question d’une réduction minime chaque année de l’ordre de 0,5 % à 0,8 %.

Par conséquent, au bout de 10 ans de fonctionnement, les panneaux conservent au moins 90 % de leur rendement.

Rassurez-vous la production est garantie 30 ans.

(H2) Comment suivre la production des panneaux solaires ?

Il existe des outils vous permettant de suivre la production et le rendement de vos panneaux solaires de manière efficace et en temps réel.

Cela permet un calcul du rendement d’un panneau solaire et vous donne, par exemple, sa production photovoltaïque par jour.

Ce monitoring électrique s’opère via des plateformes de suivi.

La dénommée Envoy commercialisée par la société Enphase, par exemple, est ce qu’on appelle une plateforme de communication.

C’est cette dernière qui va récupérer toutes les informations nécessaires.

Elle les obtient via les micro-onduleurs installés au sein des modules photovoltaïques.

Une autre manière de surveiller son installation est d’utiliser la T-BOX de Dualsun.

Elle analyse la partie thermique de l’installation.

Utilisée de manière conjointe avec les produits Dualsun, elle permet de surveiller en temps réel son installation dans un espace dédié sur MyDualsun.

Comment calculer la production d’énergie de vos panneaux ?

Quelle est la production moyenne annuelle d’un panneau ?

Pour connaître la production annuelle d’un panneau solaire, il faut étudier votre situation particulière.

Comme nous l’avons vu, de très nombreux paramètres rentrent en compte.

Heureusement, avant de se décider à investir, il est possible d’obtenir des simulations qui vous aideront à en savoir plus sur le rendement d’un panneau solaire.

Comment les productions des panneaux sont-elles calculées sur MyDualsun ?

Chez Dualsun, nous avons développé un simulateur pour installation solaire qui permet d’obtenir une estimation très précise des capacités solaires de votre toiture.

En vous rendant sur l’outil MyDualsun et en répondant à quelques questions, vous obtiendrez rapidement une estimation.

Le simulateur prend en compte votre adresse, les dimensions, la forme et l’orientation de votre toiture puis vos besoins en énergie.

Tous ces éléments serviront pour vous proposer une solution adaptée à vos besoins réels et votre situation.

Ceci vous permet d’amorcer une réflexion sur la pertinence et la rentabilité d’une installation de panneaux solaires chez vous.

Yann de Dualsun

Rédacteur expert

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