Sommaire
Un panneau photovoltaïque n'a aucune pièce mobile, ne brûle rien et ne chauffe rien volontairement. Il exploite une propriété du silicium découverte au XIXᵉ siècle : exposé à la lumière, il déplace des charges électriques. Tout le reste — le toit, l'onduleur, le compteur — n'est que de la plomberie autour de ce phénomène.
L'effet photovoltaïque, sans équation
La lumière n'est pas continue : elle arrive par paquets d'énergie, les photons. Quand un photon frappe le silicium d'une cellule, il transfère son énergie à un électron qui gravite autour d'un atome. L'électron excité quitte sa place et laisse derrière lui un « trou » — une absence de charge négative, donc une charge positive. Le centre national de ressources sur le photovoltaïque décrit ainsi la paire « électron-trou » qui est le point de départ de toute production solaire.
Dans un morceau de silicium ordinaire, l'électron retomberait aussitôt dans son trou et l'énergie partirait en chaleur. Une cellule empêche cela par sa structure : c'est une jonction P-N, l'accolement de deux silicium dopés différemment — l'un au phosphore, l'autre au bore. Le champ électrique qui règne à leur frontière sépare l'électron du trou et les pousse dans des directions opposées. Reliez les deux faces par un fil, et les électrons circulent : c'est un courant.
Ce courant est continu. Il est collecté par les fins rubans métalliques visibles à la surface d'un module, puis additionné de cellule en cellule.
Cellule, module, chaîne, onduleur
Une cellule seule délivre une tension trop faible pour être utile. L'assemblage se fait en quatre étages :
- La cellule — un carré de silicium d'environ 18 cm de côté, le seul endroit où la conversion a lieu.
- Le module, ce qu'on appelle couramment « le panneau » : une soixantaine de cellules en série, encapsulées sous verre. Un module résidentiel courant mesure environ 1,1 × 1,8 m pour 430 Wc et 21 % de rendement — la fourchette du marché s'étendant de 17 à 23 %.
- La chaîne (ou string) : plusieurs modules en série. Les tensions s'additionnent, le courant reste celui du module le plus faible — d'où l'importance de ne pas mélanger des modules dissemblables ni d'ombrer une partie de la chaîne.
- L'onduleur, qui « convertit le courant continu des modules photovoltaïques en courant alternatif identique à celui du réseau ».
L'onduleur fait trois choses à la fois, et la deuxième est la moins connue : il convertit, il cherche à chaque instant le point de puissance maximale du champ (la fonction MPPT), et il assure la protection de découplage qui déconnecte l'installation si le réseau s'efface — la sécurité sans laquelle aucun raccordement n'est autorisé. Son rendement atteint 98 % sur les modèles sans transformateur.
C'est la raison pour laquelle une installation photovoltaïque classique ne vous alimente pas pendant une coupure de courant. L'onduleur se déconnecte volontairement, pour ne pas réinjecter dans un réseau sur lequel des agents travaillent. Assurer la continuité en cas de coupure demande un équipement spécifique, qui n'est pas dans un devis standard.
Ce qui fait vraiment varier la production
C'est ici que l'intuition trompe. On croit qu'un panneau aime la chaleur ; il aime la lumière, et la chaleur le pénalise.
La puissance crête inscrite sur un module est mesurée en laboratoire dans des conditions normalisées : un éclairement de 1 000 W/m², une température de cellule de 25 °C, le spectre solaire de référence dit « masse d'air 1,5 ». Dès que la cellule dépasse 25 °C, elle perd de l'ordre de 0,3 %/°C à 0,4 %/°C. Un module noir sur un toit en août travaille autour de 60 °C, soit 10 à 14 % de puissance en moins que son étiquette.
Sous un ciel couvert, les modules utilisent encore la lumière diffuse, mais la production diminue avec l’irradiation disponible. Température, orientation, ombres et puissance de l’onduleur influencent la puissance livrée ; il n’existe pas de plafond universel de 80 % de la puissance crête.
Photovoltaïque ou thermique : deux objets différents
La confusion est entretenue par le mot « solaire », qui désigne la famille entière.
| Photovoltaïque | Solaire thermique | |
|---|---|---|
| Ce qu'il produit | de l'électricité | de la chaleur (eau chaude) |
| Le phénomène | effet photovoltaïque | absorption du rayonnement |
| Ce qui circule dedans | des électrons | un fluide caloporteur |
| Ce qu'il alimente | tous les usages électriques | le ballon d'eau chaude, parfois le chauffage |
| Surface pour une maison | 15 à 30 m² | 3 à 5 m² |
Les deux peuvent coexister sur un même toit, et un panneau hybride PVT combine les deux dans un seul cadre. Le détail des technologies est dans notre guide sur les types de panneaux.
Les trois erreurs de raisonnement
Croire que le sud du pays change tout. Le productible varie d'environ 950 à 1 450 kWh/kWc entre le nord et le pourtour méditerranéen — un facteur 1,5, pas un facteur 3. L'orientation et l'ombrage pèsent souvent plus lourd, comme l'explique notre guide sur l'orientation et l'inclinaison.
Dimensionner sur la puissance crête. Le watt-crête est une mesure de laboratoire. Ce qui compte est le kilowattheure produit sur l'année, puis la part que vous consommez vous-même : voyez le dimensionnement.
Oublier l'heure. Rien ne sort la nuit, et l'essentiel sort entre 10 et 17 heures. C'est ce décalage, et non la physique de la cellule, qui décide de la rentabilité d'une installation.
Estimez vos économies solaires
Questions fréquentes
Quelle est la différence entre un panneau solaire et un panneau photovoltaïque ?
« Solaire » est la famille, « photovoltaïque » est une des deux branches. Un panneau photovoltaïque produit de l'électricité ; un panneau solaire thermique chauffe de l'eau. Ils ne se ressemblent qu'au premier coup d'œil et ne servent pas au même usage.
Un panneau solaire produit-il la nuit ?
Non, rien du tout. Sans photons, pas de paires électron-trou, donc pas de courant. C'est pour cela que l'autoconsommation dépend de l'heure à laquelle vous consommez, et que la batterie ou le pilotage des usages comptent autant que les panneaux.
Les panneaux fonctionnent-ils par temps couvert ?
Oui, mais au ralenti : un ciel très couvert laisse passer une fraction du rayonnement, et la production suit cette fraction. La lumière diffuse est convertie comme la lumière directe, simplement en moindre quantité.
La chaleur augmente-t-elle la production ?
À éclairement égal, la chaleur réduit la puissance du module : consultez son coefficient de température. La température de référence de 25 °C concerne la cellule, pas l’air. La production d’un mois dépend aussi de l’ensoleillement et de la longueur des jours.
Que produit une installation en hiver ?
Moins qu’en été, avec de fortes différences selon l’adresse, la pente et la météo. Notre profil mensuel illustratif affecte 13,5 % de l’année à novembre-février ; utilisez une simulation locale pour un projet réel.
À quoi sert l'onduleur ?
Il convertit le courant continu des modules en courant alternatif identique à celui du réseau, cherche en permanence le point de puissance maximale du champ, et assure la protection de découplage qui coupe l'installation si le réseau disparaît.
