Le saviez-vous ?

Bien qu’en Suisse le rayonnement solaire soit environ deux fois moins intense qu’au Sahara, un mètre carré de panneau solaire peut produire annuellement assez d’électricité pour parcourir 1000 km avec une petite voiture électrique, ou 20’000 km avec un vélo à assistance électrique – soit la moitié du tour de la Terre.

Photovoltaïque, thermique ou hybride

Les panneaux solaires producteurs d’électricité sont dits "photovoltaïques". Il ne faut pas les confondre avec les panneaux solaires "thermiques" qui servent à chauffer l’eau du robinet ou les bâtiments. Et la confusion est d’autant plus facile que le marché offre depuis peu des panneaux solaires "hybrides" qui cumulent les deux fonctions: des cellules photovoltaïques sont placées au-dessus d’un circuit récupérateur de chaleur qui sert à produire de l’eau chaude ou du chauffage. Le but est double: profiter de l’énergie solaire inutilisée et, du même coup, refroidir les cellules pour augmenter leur production d’électricité. En effet, la chaleur nuit au rendement de conversion de la lumière en électricité.

Construit comme une puce informatique

Les panneaux photovoltaïques sont composés de cellules en matériaux semi-conducteurs, à l’instar des puces informatiques. La plupart sont en silicium, l’élément le plus abondant après l’oxygène sur la croûte terrestre. Deux types de cellules sont surtout utilisées: "cristallines" et "à couches minces" (ou "à couches fines").
Les cellules cristallines sont plus coûteuses, mais aussi plus performantes. Elles transforment en courant entre 10 et 20% de l’énergie solaire reçue.
Les cellules à couches minces ont un rendement inférieur: entre 7 et 11%. Elles sont composées pour certaines d’autres matériaux que le silicium: tellure de cadmium, séléniure de cuivre et d’indium, séléniure de cuivre-indium-gallium... Comme c’est le cas pour le matériel électronique et les téléphones portables, ces alliages sont issus de "terres rares", des minerais peu répandus sur la Terre dont les prix sont à la hausse à cause de la forte demande du marché.

Un mètre carré =
une centaine de kWh par an

En Suisse, avec 1 m² de panneau à cellules cristallines, on peut produire entre 140 et 170 kWh d’énergie électrique par an; avec des cellules à couches minces, entre 70 et 90 kWh. À titre de comparaison, un ménage de deux ou trois personnes consomme entre 3000 et 4000 kWh par an.

En hiver, bien que le rayonnement du soleil soit moins intense, les panneaux produisent tout de même une quantité appréciable de courant. La chaleur nuisant au rendement, l’idéal est un temps frais et bien ensoleillé. Les capteurs fonctionnent aussi lorsque le ciel est voilé, mais leur production baisse fortement en cas de forte couverture nuageuse, et elle tombe évidemment à zéro avec la nuit. Comme on a particulièrement besoin de courant en hiver et en soirée, le stockage de l’électricité solaire est un élément crucial du développement de cette énergie renouvelable. Il y a, en gros, deux cas de figure:

• Installation autonome: l’électricité produite est uniquement destinée à la consommation du bâtiment qui accueille les panneaux solaires, comme c’est le cas, par exemple, pour un chalet de montagne isolé. Un boîtier électronique gère le stockage dans un (ou plusieurs) accumulateur, comparable à celui d’une batterie de voiture, à une tension de 12 ou 24 volts. On peut s’équiper d’appareils et d’éclairage fonctionnant avec du courant continu à basse tension, mais il est aussi possible d’utiliser un convertisseur 12-24V/230V pour alimenter des appareils conventionnels.
• Installation raccordée au réseau électrique: il s’agit généralement d’une installation plus conséquente (plusieurs milliers de watts de puissance installée), qui injecte au moins une partie de son électricité dans le réseau d’une compagnie d’électricité. En plus des capteurs, elle comporte un coffret de raccordement et un dispositif de protection contre la foudre et la surcharge, ainsi qu’un onduleur qui transforme le courant continu produit par les cellules photovoltaïques en courant alternatif (comme celui des prises). Dans ce cas le stockage peut être réalisé par la compagnie, qui va par exemple l’utiliser pour pomper de l’eau en plaine et la remonter dans un barrage d’altitude, afin de s’en servir plus tard pour faire tourner une turbine hydroélectrique – c’est le "pompage-turbinage".

Le développement de l’électricité photovoltaïque à grande échelle nécessite ainsi une adaptation des réseaux électriques et des capacités des barrages. On songe aussi à utiliser l’air comprimé pour le stockage de l’énergie. Le développement de batteries de grande capacité est en plein essor.

Énergie grise remboursée en quelques années

Sous nos latitudes, un capteur photovoltaïque "rembourse" l’énergie dépensée dans sa fabrication (énergie grise) en trois ans environ. Bien que les fabricants garantissent généralement leurs cellules pendant 20 à 25 ans, leur durée de vie réelle peut atteindre 30, voire 40 ans. Un panneau photovoltaïque peut donc produire 7 à 14 fois plus d’énergie qu’il en a fallu pour le réaliser. Et avec un entretien minime: il suffit de vérifier de temps à autre l’état de l’installation, de nettoyer la surface des panneaux et d’effectuer un contrôle approfondi une fois par an.

Panneaux solaires photovoltaïques, en savoir plus.