L’énergie photovoltaïque est de l’électricité produite par des cellules exposées au rayonnement solaire. Vous retrouverez, ci-dessous, les explications sur son principe, les technologies existantes, leurs performances ainsi qu’une première approche du point de vue économique.
Comment ça marche ?
Les installations produisent de l’énergie électrique à partir de la source gratuite qu’est le soleil. C’est l’effet photovoltaïque qui est à l’œuvre.
Elles sont absolument passives et ne nécessitent aucune surveillance particulière.
Elles s’inscrivent dans la mise en place des Objectifs de Développement Durable.
- Les cellules photovoltaïques des panneaux captent la lumière du soleil et produisent de l’énergie électrique.
- L’onduleur transforme le courant continu produit en courant alternatif, en phase avec le réseau électrique public.
- Physiquement, l’électricité ainsi produite est injectée soit directement dans votre réseau domestique (pour être auto-consommée en partie ou en totalité) soit sur le réseau public pour être consommée par les utilisateurs les plus proches. Elle peut éventuellement être stockée dans des batteries chimiques.
- L’électricité injectée sur le réseau peut être vendue (partiellement ou en totalité) et/ou consommée directement par le foyer lui-même, on parle d’autoconsommation.
- Par ailleurs, les consommations – hors période de production solaire – restent comptabilisées par votre fournisseur habituel d’électricité (via le compteur Linky d’Enedis).
Vous pouvez donc produire localement votre propre électricité à partir du soleil tout en continuant à bénéficier d’une fourniture d’électricité en provenance du réseau : car la nuit ou les journées nuageuses, sans stockage sur batterie, vous aurez toujours besoin d’être alimenté en électricité.
Attention, bien souvent on confond autonomie et autoconsommation !
Plus d’info sur l’autoconsommation
Sans système de stockage spécifique, pas d’autonomie notamment la nuit.
Sans consommations en période d’ensoleillement, pas d’autoconsommation.
Puissance, énergie, Wattheure et Watt-crête…
On définit la puissance d’une centrale photovoltaïque en Watt-crête (Wc) [Watt-peak Wp en anglais], voir même en kiloWatt-crête (kWc = 1000 Wc), qui représentent la puissance des cellules photovoltaïques dans des conditions idéales : sous irradiation solaire de 1000W/m², à 25°C. En pratique, la puissance maximale délivrée par un panneau atteint rarement 90% de sa puissance crête en France.
Un panneau « classique » en silicium de 1,8m², peut avoir une puissance crête variant entre 200 (pour les plus ancien) et 450 Wc.
Sur une année, l’énergie électrique produite se compte en kiloWatt-heure (kWh) comme sur vos factures d’électricité. En moyenne, on peut évaluer que pour 1 kWc de panneau convenablement installé, la production annuelle d’électricité sera d’environ 1000 kWh dans les Hauts-de-France.
Selon la luminosité, un panneau photovoltaïque va produire du courant avec une tension nominale fixée (U souvent 30 à 40 V), et une intensité variable (I = 0 à 15 A). On obtient la puissance de production en faisant le produit P = U x I en Watt.
L’onduleur recevant ce courant électrique le converti en un courant alternatif de tension 230 V en phase avec le réseau public, et un courant I variable selon la luminosité. Une puissance de 1000 W constante pendant une heure produira 1 kWh.
Et ça marche même chez nous ?
Le soleil est indéniablement moins visible dans les Hauts-de-France que dans le sud. Et pourtant…
Malgré un temps d’ensoleillement 60% plus important dans le sud, la production annuelle n’est que 40% plus élevée. Les panneaux photovoltaïques n’aiment pas la chaleur : les températures élevées font baisser le rendement et donc la production d’électricité.
Il suffit d’aller se promener chez nos voisins belges pour réaliser que les panneaux photovoltaïques ont aussi leur place dans notre région !
Le rendement d’un capteur solaire diminue quand la température augmente
Les épisodes météorologiques impactent également fortement la production en fonction des villes. En 2023 par exemple, l’été, l’automne et l’hiver dans la moitié nord ont été exceptionnellement gris et pluvieux, provoquant d’ailleurs des inondations dans le nord, ce qui explique la différence de production à partir de juillet 2023.
Les panneaux solaires photovoltaïques aiment la lumière mais pas la chaleur !
Implantation des panneaux
Par principe l’optimum pour poser des panneaux photovoltaïques est plein sud, une inclinaison de 30° à 40°, suivant les régions, et surtout aucune ombre portée d’arbre, de cheminée ou de construction voisine.
Ces conditions ne sont pas obligatoires : si l’inclinaison et l’orientation changent, un facteur de correction permet de prévoir la production des panneaux.
Si la réglementation vous le permet, privilégiez toujours une implantation en surimposition (panneaux parallèles aux éléments de couverture de la toiture). Cela améliore le rendement de l’installation et évite de nombreux désordre liés à l’intervention sur l’étanchéité de la toiture lorsqu’ils sont en intégration.
Est-ce rentable ?
Pour équiper sa maison d’une toiture productrice d’électricité, il n’est plus nécessaire de modifier la toiture existante, l’installation est en surimposition, posée en parallèle à la toiture. Pour plus d’info…
Le coût des installations peut varier en fonction de certaines contraintes : sa localisation, la hauteur du bâtiment, l’emplacement de l’onduleur etc… Pour en savoir plus sur les coûts d’investissement.
Un exemple d’installation standard est de 3 kWc parce qu’au-delà le taux de TVA sur le matériel et la pose de la centrale passe de 10% à 20%.
| Puissance – Surface | Production (moyenne sur 30 ans*) | Coût installation (moyenne constatée) | Coût du kWh (sur 30 ans) | Année de référence |
|---|---|---|---|---|
| 3 kWc – 16 m² | 2726 kWh/an | 6000 € TTC | 7,33 c€/kWh | 2018 |
| 3 kWc – 15 m2 | 2726 kWh/an | 8000 € TTC | 9,78 c€/kWh | 2021 |
| 3 kWc – 15 m2 | 2726 kWh/an | 9000 € TTC | 11,01 c€/kWh | 2022 |
| 3 kWc – 14 m² | 2726 kWh/an | 7500€ TTC | 9,17 c€/kWh | 2024 |
En optimisant ses consommations pendant les périodes de production des panneaux, les économies sur la facture seront plus importantes. En moyenne aujourd’hui, le temps de retour sur investissement d’une centrale varie entre 10 et 20 ans. La durée de vie, constatée, d’une centrale est d’au moins 30 ans.
Si vous installez des onduleurs centralisés pour transformer le courant continu, un ou deux changements d’onduleur seront nécessaires au cours de la vie de la centrale (durée de vie d’un onduleur entre 10 et 15 ans)
A noter qu’avec la forte augmentation à venir du coût de l’électricité, le temps de retour va diminuer. En dix ans le prix du kWh vendu par EDF a augmenté de 40%. Donc oui, c’est rentable et ça le sera de plus en plus.
Les technologies photovoltaïques actuelles
Un peu d’histoire
L’effet photoélectrique, le principe physique sur lequel se repose la technologie photovoltaïque, a été découvert par le Français Antoine Becquerel dans les années 1830. Il a été à l’origine de la théorie d’Einstein onde-particule, qui lui valut le prix Nobel de physique en 1921. Pour vulgariser cet effet, on peut imaginé la lumière comme une particule (un photon), qui est absorbée par le matériau, qui transfère l’énergie transmise par le photon à un électron.
Aujourd’hui, la majorité des technologies utilisés pour transformer l’énergie du soleil en électricité est à base de silicium cristallin, présent surtout dans le sable, une ressource abondante à la surface du globe. Plus de 90% des panneaux photovoltaïques vendus sur le marché utilisent cette technologie, qui possède un rendement allant de 15% à 24%.
Dans la famille des panneaux en silicium, il existe diverses méthode d’assemblage des cellules, améliorant progressivement les rendements.
Ils existent par ailleurs de nombreuses autres technologies aux côtés des panneaux monocristallins et polycristallins. Il s’agit de cellules :
- couches minces : CIGS et CdTe
- photovoltaïques organiques
- hybrides : associant photovoltaïque et thermique (pour chauffer de l’eau par exemple)
Les innovations sont fréquentes dans le secteur du photovoltaïque, et les technologies dites « couches minces » proposent des rendements plus grands que le silicium cristallin.
Également, de nouvelles cellules à base de matériaux organiques commencent à voir le jour, avec des rendements de plus en plus intéressants mais une durée de vie limitée.
Plus d’informations
Bon à savoir : Il existe désormais des panneaux solaires colorés, des tuiles et ardoises photovoltaïques pour une meilleure intégration paysagère et même des installations PV flottantes et des voiles solaires !
Environ 86% de la production mondiale de panneaux photovoltaïque est porté par le marché chinois. Certaines usines d’assemblage existent encore en France, et la dernière usine productrice de cellules en France va cesser son activité en 2025. Deux projets de constructions d’usines pour réaliser des cellules sont bien avancés : Holosolis et CARBON.
Le graphique ci-dessous décrit l’origine des lieux de production des modules photovoltaïques entre 1990 et 2023 en pourcentage.
Les performances
La durée de vie constatée est de 30 ans avec une garantie des fabricants bien souvent de plus de 85% du rendement initial à 25 ou 30 ans*.
*Il s’agit d’un engagement des fabricants mais en réalité les panneaux produisent bien plus longtemps : une installation de 20 ans a été démontée en France et le rendement n’a chuté que de 8% contrairement au 20% de baisse annoncée en générale par les fabricants. source
Le rendement surfacique d’un panneau solaire photovoltaïque dépend de sa puissance et de sa surface : par exemple, un panneau standard de 375 Wc (en 2024) fait en général 1,038 m de large * 1.75 m de long soit un rendement surfacique de 206 Wc/m2 ou 20,6%.
Avec le temps et les innovations, les rendements surfaciques s’améliorent : pour une installation de 3 kWc, il faut aujourd’hui compter 14m2 contre une 20aine en 2010.
L’impact environnemental
Actuellement, on observe que les panneaux “remboursent” l’énergie nécessaire à leur fabrication au bout de 0,9 à 1,3 an de production suivant les technologies, le lieu d’implantation et de fabrication du panneau (Fraunhofer PV report 2024). Un même panneau solaire implanté en Norvège ou en Espagne ne produira pas la même quantité d’énergie sur une même période.
Les panneaux photovoltaïques produisent donc, minimum, 23 fois l’investissement énergétique initial pour un durée vie de 30 ans.
Des disparités subsistent toujours suivant l’origine de fabrication du panneau solaire photovoltaïque mais elles tendent de plus en plus à s’atténuer suivant l’origine de fabrication (NDLR : si le panneau est d’origine française, européenne ou chinois). Le mix énergétique chinois est de moins en moins carboné (développement des énergies renouvelables en remplacement des centrales au charbon). La tendance est donc à un contenu carbone, à la baisse, au rythme de l’évolution du mix énergétique 100% ENR à l’horizon 2050. Source
Qu’on se le dise : les panneaux photovoltaïques composés de silicium cristallin, soit 95% du marché mondial, n’utilisent aucune terre rare !
sources
Focus sur l’état de développement de l’énergie solaire
L’Europe, la France, les régions, les communautés de communes ou les communes directement se fixent de plus en plus des objectifs à atteindre en terme de développement d’énergie photovoltaïque.
Au niveau national, l’objectif à 2050 fixé début 2022 est ambitieux et multiplie par 10 la puissance actuelle : dépasser les 100 Giga-Watts d’installation solaire (13,2 GW en 2021)
Nos précédentes infographies
Au niveau régional, l’objectif de 2 Giga-Watts pour 2031 est fixé par le SRADDET depuis 2019.
La route est encore longue ! Le déploiement en 2022 dans la région est encore en retard si on le compare à un territoire très similaire : la Belgique.
Le recyclage
Le recyclage pose moins de problèmes que celui des composants électroniques et il en est même plus performant. Il est actuellement supervisé par l’éco-organisme européen agrée par les pouvoirs publics : Soren (anciennement PV cycle).
Bon à savoir
Le financement du recyclage fonctionne sur la base d’une éco-participation du fabricant ou importateur de panneaux solaires. Par conséquent, si une installation en fin de vie doit faire l’objet d’un démontage, en dehors du coût de démontage et du transport, le dépôt dans les points d’apports volontaires de collecte est gratuit.
Nos 10 arguments pour le solaire photovoltaïque
Autres Liens utiles
- Outil européen plus technique pour l’analyse de potentiel : JRC Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS) – European Commission
- Estimation du productible sur une carte : Carte de productible
- Calculateur d’ensoleillement et masque naturel : Heliorama
- Un outil très abouti et précis pour réaliser une étude de potentiel solaire : AutoCalSol
- Pour tout connaître sur les démarches, comment préparer un projet, comment réaliser et exploiter une installation >>> photovoltaique.info site réalisé par l’association HESPUL
Hespul est une association loi 1901 spécialisée dans le développement des énergies renouvelables et de l’efficacité énergétique. En 2007, elle a créé le Centre national de ressources sur le photovoltaïque avec le soutien de l’ADEME