Découvert en 1839 par le français Antoine César Becquerel, le principe du panneau solaire photovoltaïque n'aura été exploité qu'un siècle plus tard.

Ce phénomène consiste en une conversion de la lumière en énergie.

On distingue 2 types de panneaux solaires :
- les panneaux solaires thermiques qui captent la lumière pour produire de la chaleur
- les panneaux solaires photovoltaïques qui captent la lumière pour produire de l'électricité

Nous ne parlerons ici que des panneaux (ou modules) solaires photovoltaïques.

Avec le développement des matériaux semi-conducteurs, Jan Czochralski permit une sérieuse avancée dans la construction des cellules photovoltaïques. De plus, l'avancée de la technologie solaire a engendré la construction du premier satellite fonctionnant grâce à cette énergie : le Vanguard.

Pour remplacer les énergies non renouvelables, l'énergie électrique fournie par les panneaux solaires est intéressante.
Cette énergie s'est déjà montrée comme une solution idéale pour les populations isolées qui leur a permis une certaine autonomie énergétique.

Principe de fonctionnement du panneau solaire :

Les panneaux solaires convertissent l'énergie lumineuse en énergie électrique. Les panneaux solaires sont composés de cellules photovoltaïques. Ces cellules sont constituées de matériaux semi-conducteurs qui peuvent libérer leurs électrons sous l'action d'une énergie, ici l'énergie lumineuse (Les photons). La libération des électrons des matériaux constituants les cellules sous l'action des photons permet ainsi la production d'un courant électrique

Quels sont les différents types de cellules photovoltaïques ?

Production d'énergie d'un panneau solaire :

Les panneaux photovoltaïques fournissent une puissance électrique exprimée en watt qui est le produit de la tension et du courant.
Ce courant et cette tension dépendent évidement de la puissance des rayons solaires venant frapper les cellules de silicium. Comme les panneaux n’ont pas la même dimension et le même rendement, il a été convenu de mesurer d’une façon normative leur puissance. Il s’agit d’exposer les panneaux à une irradiation de 1000W/m², à une pression atmosphérique de 1,5 AM et à une température de 25°.
Cette mesure théorique est rarement atteinte en condition réelle. On parle alors de Watt-crête (Wc).

La fabrication des panneaux solaires est-elle propre ?

La production de cellules photovoltaïques demande beaucoup d'énergie et n'est donc pas totalement propre. Il faut environ de 2,5 à 4 ans pour qu'un panneau photovoltaïque produise l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication.

Les systèmes de stockage de l’énergie

L’électricité se stocke très mal. Il existe deux principaux moyens de stocker l’électricité produite par un panneau solaire : Les piles à combustible et les batteries au plomb.

La pile à combustible :

Les piles à combustible coûtent très cher à cause du platine qu’elles contiennent.
La production d’hydrogène est assurée par électrolyse avec l’électricité obtenue avec le panneau solaire.
Cependant il y a beaucoup de pertes d’énergie durant cette réaction.
En tenant compte de l’énergie nécessaire à leur fabrication, de leur fonctionnement et de leur durée de vie, le rendement des piles à combustibles n’est que de 30 %. Ce procédé n'est pas encore développé industriellement.

Le principe est de stocker l'énergie produite par les panneaux photovoltaïques dans des batteries à travers un régulateur de charge. Cette énergie est ensuite restituée lors des périodes de faible ensoleillement ou la nuit.

Ce type d'installation nécessite d'avoir une consommation constante, sans possibilités d'ajouts de nouveaux appareils, ou alors, il faut redimensionner toute l'installation. De plus, elle n'est pas compatible avec le niveau de consommation électrique qu'on peut avoir avec un style de vie "classique" dans notre pays.

Quelle solution envisager ?

On vient de voir que le gros problème est le stockage. Il suffirait donc de trouver un moyen de s’en passer pour pouvoir faire une installation rentable.
La solution est le raccordement au réseau. Un onduleur transforme le courant continu des panneaux photovoltaïques en courant alternatif identique à celui du réseau.
Le gros avantage est que l'électricité produite est consommée sur place évitant les pertes dans les lignes de transport. En effet, comme l’électricité emprunte toujours le chemin le plus cours, c’est l’utilisateur le plus proche qui bénéficie de l’électricité produite.

Les installations raccordées au réseau :

Depuis 1992 sont mis en place des programmes dans le but d’élargir le domaine du photovoltaïque au grand public. Le programme le plus connu est Phebus et il est soutenu par l’association Hespul.
Ce programme a entraîné l’installation de 200 centrales photovoltaïques raccordées au réseau en France.
En juillet 2006, l'état a mis en place un tarif réglementé de rachat de l'électricité produite rendant particulièrement rentable l'installation de systèmes photovoltaïques. Il est cependant à regretter que ce tarif favorise les installations intégrées à la toiture. En effet, le coût de ces systèmes est plus important et est tributaire de l'orientation de la toiture pour les habitations existantes. De plus, la ventilation est moins importante, donc le refroidissement en été, est plus faible. Ce qui est d'autant plus gênant car la production d'énergie diminue avec l'élévation de la température.

Deux possibilités pour être raccordé au réseau :

Tarif d'achat réglementé ?

En France, le producteur d'électricité photovoltaïque vend son électricité à un tarif fixé par arrêté dans le cadre de l’obligation d’achat. Le surcoût du tarif d’achat est financé par la Contribution au Service Public de l’Electricité(CSPE). La CSPE est alimenté par chaque consommateur lors du paiement de ses factures d’électricité. EDF est donc remboursée par la CSPE lors du rachat de l'électricité aux producteurs photovoltaïques

Les installations reliées au réseau sont-elles rentables ?

Du fait des incitations gouvernementales : TVA à 7% pour les installations inférieures à 3KWc, crédit d’impôt de 11% du matériel TTC plafonné à 3200 euros par KWc installé et du tarif de rachat en intégré, les installations pour les particuliers sont particulièrement rentables.

L’orientation par rapport au sud, l’inclinaison des modules et leur implantation géographique influencent sur la rentabilité d’une installation photovoltaïque.

Prenons par exemple une installation 3KWc dans le Tarn et Garonne où les toitures ont une inclinaison en général de 20° et qui est orientée plein Sud. La production annuelle sera d’environ 3545 KWh. Pour la même installation (même inclinaison et même puissance) mais orientée plein Ouest, la production annuelle sera de 3067 KWh, soit une différence d’environ 14% de moins. L’installation orientée plein sud rapportera au tarif 01/01/2012 : 3545 x 0,388 = 1375 euros par an. La même installation orientée plein Ouest rapportera au tarif 01/01/2012 : 3067 x 0,388 = 1190 euros par an. Une installation standard de 3KWc installée par Eh’lectrique coûte moins de 9600 euros TTC. Avec orientation plein Sud : Pour un couple n’ayant pas consommé son crédit d’impôt, l’installation reviendra à 9600 – 1056 = 8544 euros. L’installation sera donc remboursée en 8544 / 1375 = 6,2 ans. Avec orientation plein Ouest : Pour un couple n’ayant pas consommé son crédit d’impôt, l’installation reviendra à 9600 – 1056 = 8544 euros. L’installation sera donc remboursée en 8544 / 1190 = 7,2 ans. On constate que dans les deux cas la rentabilité est particulièrement intéressante. Du fait de leur technologie (pas de pièces en mouvement donc pas d’usure), les panneaux photovoltaïques peuvent fournir de l’énergie pendant plus de trente ans. La partie la plus sensible de l’installation est l’onduleur qui a une espérance de vie de plus de dix ans (il faudra donc en changer une fois pendant la durée du contrat de 20 ans avec EDF). Son prix représente seulement 10% du prix de l’installation et son remplacement s’autofinancera car l’installation sera largement amortie.