L’énergie produite par des panneaux solaires
Ce guide vous permet de comprendre comment vous pouvez vous chauffer grâce à vos panneaux solaires.
Je vous explique comment le courant continu peut être transformé en courant alternatif, avant de découvrir les panneaux solaires hybrides qui transforment l’énergie perdue en eau chaude.
Mais avant tout, je vous explique le fonctionnement de votre installation photovoltaïque et plus précisément de la chaîne énergétique.
Energie solaire photovoltaïque : la chaîne fonctionnelle
L’énergie solaire photovoltaïque, c’est l’électricité qui est produite par la transformation de rayons solaires grâce aux cellules de panneaux solaires.
Découvrez ici le fonctionnement de cette transformation.
Le soleil, une réserve d’énergie
Les rayons solaires sont la source d’énergie de votre installation photovoltaïque.
Inépuisables, ils vous permettent de consommer votre propre électricité sans passer par un fournisseur d’énergie.
L’énergie solaire provient des photons présents dans la lumière solaire.
Je vous explique juste après comment ces photons sont transformés en électrons par les panneaux solaires, et produisent de l’électricité.
Le panneau photovoltaïque, convertisseur d’énergie
Pour que l’énergie du soleil soit transmise au réseau électrique, il faut qu’elle soit transformée en énergie électrique.
Cette conversion est le rôle des cellules du panneau photovoltaïque.
Ses cellules sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs.
Du silicium auquel on ajoute des atomes d’impureté est utilisé comme semi-conducteur, on l’appelle le silicium dopé.
Grâce au silicium dopé présent dans leurs cellules, les panneaux photovoltaïques deviennent conducteurs et créent un courant électrique en transformant les photons du soleil en électrons.
Mais le courant obtenu est alternatif et ne convient pas à une utilisation domestique.
Il suffit d’utiliser un onduleur pour transformer ce courant continu en courant alternatif.
L’onduleur, du courant continu au courant alternatif
Cet appareil, installé dans votre maison ou plusieurs petits appareils installés directement sur les panneaux solaires, permettent de transformer le courant continu.
Une fois transformé en courant alternatif grâce au convertisseur de tension, le courant à 220 V peut être utilisé dans votre habitation.
Cet équipement fait partie du BOS, Balance Of System, de votre installation.
Le BOS regroupe aussi des câbles et un régulateur de charge pour s’assurer que la tension ne dépasse pas certaines limites.
Je vous explique le rôle de cette régulation juste après.
Du coffret de protection au tableau électrique
Les convertisseurs de tension sont protégés par des coffrets de protection. Ils sont aussi protégés de la foudre.
Ces coffrets électriques sont placés entre l’onduleur ou les micro-onduleurs et le tableau électrique général. Ils garantissent une protection optimale de votre logement.
D’autres coffrets de protection peuvent être placés entre les panneaux et le convertisseur. Ils possèdent un sectionneur qui vous permet si besoin de couper le courant continu en amont de l’onduleur. Ce système protège parfaitement vos installations.
Attention à l’énergie perdue
Une partie des photons envoyés par le soleil n’est pas transformée en électricité, c’est ce que l’on appelle l’énergie perdue, selon la formule :
Energie reçue = énergie utile + énergie perdue
En chauffant, votre installation libère de l’énergie thermique, qui ne peut pas être utilisée en tant qu’électricité pour votre habitation et ses équipements.
Ces dégradations peuvent s’élever à 80 %, mais tout n’est pas perdu.
Je vous explique un peu plus loin comment récupérer ces déperditions thermiques pour vos besoins en eau chaude sanitaire.
Vous savez maintenant comment fonctionne globalement votre équipement solaire..
Je vous explique maintenant plus en détail le rôle de l’onduleur, convertisseur de tension indispensable pour une bonne régulation.
L’onduleur, un convertisseur de tension
On l’a vu, l’énergie électrique produite par votre équipement photovoltaïque avant l’onduleur est sous forme de courant continu.
Le courant continu ou CC doit être remplacé par un courant alternatif qui est celui utilisé pour le transport et la distribution d’énergie dans les logements.
Moins intense que le courant continu, le courant alternatif génère également moins de pertes.
Pour transformer facilement votre courant continu en courant alternatif au niveau de votre installation photovoltaïque, une seule solution : l’onduleur.
Je vous explique maintenant comment ça marche.
Fonctionnement de l’onduleur
On l’a vu, cette technologie permet d’adapter l’électricité émise en courant continu par les cellules de vos panneaux solaires en courant alternatif prêt à être utilisé pour votre habitation. D’un courant 12 V, 24 V ou 48 V, vous obtenez un courant 220 V ou 230 V grâce à ce convertisseur de tension.
Véritable régulateur, sa puissance est dimensionnée par rapport à celle de l’ensemble des installations de panneaux.
Sans cette étape, vous ne pouvez pas exploiter votre matériel.
Concrètement, il s’agit d’un boîtier en métal de taille variable, constitué d’éléments électroniques et d’un ventilateur pour son aération par une grille.
Un petit microprocesseur permet de s’assurer que votre production électrique respecte les normes légales.
Quel type choisir ?
Il existe plusieurs modèles.
Tous ont la même fonction, convertir le courant continu en courant 220 V utilisable pour vos appareils ou votre chauffage.
Dans le cas d’une installation solaire directement raccordée au réseau électrique, on parle d’onduleur réseau. Il s’agit d’un équipement de chaîne, central ou string.
- L’onduleur de chaîne
Un onduleur de chaîne recueille l’énergie de plusieurs panneaux solaires avant de la transformer. Puissant, simple d’accès et facile à entretenir, un modèle de chaîne gère à lui tout seul plusieurs panneaux.
- L’onduleur central
Là encore, ce système central gère tout seul plusieurs panneaux.
La différence avec le modèle de chaîne est sa capacité à gérer de nombreux panneaux du fait de sa puissance importante. Il est utile pour les grandes surfaces équipées de modules photovoltaïques en chaînes.
Ce type d’appareil est installé comme appareil de secours. Il est aussi indiqué en cas de plusieurs orientations et inclinaisons.
Ces modèles sont les plus couramment utilisés. Dans ces cas-là, aucune option de stockage d’électricité n’est prévue.
Dans le cas contraire, on parle de production hybride. Je vous détaille en fin de guide en quoi ça consiste.
Tout d’abord, on fait le point ensemble sur le micro-onduleur.
Onduleur ou micro-onduleur
Le micro-onduleur est petit, il se fixe directement sur les panneaux solaires.
De petite taille et donc de petit poids, facile à manipuler, il est très souvent utilisé pour les logements.
Chaque panneau a son propre onduleur et est indépendant.
Petit bémol, l’entretien qui nécessite de se rendre par exemple sur le toit si vous y avez installé vos panneaux.
On l’a vu un peu plus haut, de l’énergie est perdue dans tout système photovoltaïque.
Mais il est possible d’en récupérer une partie et de l’utiliser en installant du matériel solaire hybride.
C’est ce que je vous explique maintenant plus en détail.
Les panneaux solaires hybrides
Le fonctionnement des panneaux solaires hybrides
Les panneaux solaires hybrides sont équipés d’onduleurs qui déterminent si l’énergie perdue doit être stockée dans une batterie ou injectée dans le réseau électrique pour une utilisation immédiate.
Cette installation intelligente vous permet de gérer votre autoconsommation et votre production.
La récupération de l’énergie perdue est alors utilisée et transformée en eau chaude dans votre ballon récupérateur.
Et oui, un panneau solaire hybride produit en même temps de l’électricité et de l’eau chaude sanitaire, grâce à une sous-face de récupération de chaleur.
Mais attention, les pertes thermiques sont tout de même importantes.
Les avantages du panneau solaire hybride
Economique, un tel procédé permet de produire deux fois plus d’énergie par m² par rapport à une installation standard. Un chauffe-eau solaire peut couvrir entre 60 % et 80 % des besoins en eau chaude sanitaire d’un foyer.
Ce matériel garantit à votre foyer une autonomie en eau chaude sanitaire à 45° sur quatre mois de l’année.
Sans oublier qu’un panneau solaire hybride ne présente pas de risque de surchauffe, sa température étant inférieure à 75°.
Mais attention, il n’est pas indiqué d’installer de tels panneaux dans tous les bâtiments.
Dans quel cas installer des panneaux solaires hybrides ?
D’après des études, il semblerait que le rendement final d’un panneau solaire hybride ne soit pas optimal pour les petites installations, car les pertes sont importantes.
Il peut par contre être intéressant d’installer ces capteurs solaires mixtes, thermiques et photovoltaïques, dans de grosses structures, notamment les piscines, les hôpitaux…
Comprendre la chaîne d’énergie d’une installation photovoltaïque, ce qu’on retient :
Les installations de panneaux solaires photovoltaïques permettent de transformer les rayons du soleil en électricité.
Grâce au silicium dopé des panneaux, les photons du soleil deviennent des électrons.
A l’aide d’un onduleur en fin d’installation ou de micro-onduleurs placés sur les panneaux, l’électricité en courant continu produite par les panneaux est transformée en courant alternatif prêt à l’emploi.
Mais il faut savoir que les pertes d’énergies thermiques sont importantes, de l’ordre de 80 %.
Il est toutefois possible de récupérer de l’énergie thermique pour chauffer l’eau chaude sanitaire dans un ballon.
Cette récupération est possible grâce à une sous-face de récupération de chaleur du panneau.
Interview d’Andrea Biscia, analyste actions, analyste ESG
O2 & Ecologie est l’un des sept thèmes principaux du fonds DECALIA Sustainable SOCIETY qui façonnera notre société de demain.
Il y a un énorme potentiel dans la chaîne d’approvisionnement de l’énergie solaire et voici ce que vous devez savoir à ce sujet :
• Les chiffres clés du secteur de l’énergie solaire
• Les évolutions les plus marquantes
• Les principaux acteurs du marché
• Les opportunités d’investissements
Quels sont les chiffres clés pour comprendre aujourd’hui le secteur de l’énergie solaire ?
En 2021, les énergies renouvelables ont enregistré une forte croissance, de l’ordre de 10%. A elle-seule, l’énergie solaire assume plus de la moitié de cette hausse si bien qu’aujourd’hui elle représente 27% du marché mondial de l’énergie renouvelable.
Sur le marché global, elle occupe en revanche une place plutôt marginale, d’à peine 3%, mais son potentiel justifie l’intérêt de plus en plus marqué que lui porte les investisseurs.
Pour l’Agence Internationale de l’Energie, l’éolien et le solaire pourraient en effet représenter 70% de l’approvisionnement mondial d’ici 2050. D’autant que leur adoption s’accélère. Au travers du programme REPower EU, par exemple, l’Union européenne souhaite atteindre à horizon 2030 une production annuelle de 600 gigawatts, soit plus du triple de ce qui est fourni aujourd’hui. Au cours de ces prochaines années, l’énergie solaire devrait donc profiter d’un rythme de croissance annuelle situé entre 15 et 20%. Ces prévisions valent pour l’Europe comme pour le reste du monde car les programmes incitatifs se développent un peu partout à l’image de l’initiative Build Back Better mise en œuvre par Joe Biden, Aux Etats-Unis, les objectifs sont de réduire ainsi les coûts d’installation de panneaux solaires de 30% sur le marché résidentiel.
A ce propos, quels sont les principaux segments qui composent le marché de l’énergie solaire aujourd’hui ?
Le marché de l’énergie solaire se partage en trois blocs. Le plus important d’entre eux est celui des collectivités et des services publics. Il représente la moitié du marché dans la mesure où il s’agit d’immenses installations s’étendant parfois sur plusieurs kilomètres carrés.
Viennent ensuite le marché résidentiel avec 30% puis le secteur commercial avec 20%, mais c’est sur le marché résidentiel que le taux de croissance est le plus fort. Il draine aujourd’hui les opportunités d’investissement les plus attrayantes.
De quelle manière le marché a-t-il évolué au cours de ces dix dernières années ?
De toute évidence, il a réussi sa percée puisque sa croissance annualisée atteint les 40% au cours de ces dix dernières années. En Chine, elle dépasse même les 50%. Plusieurs facteurs expliquent cette progression impressionnante, à commencer par les mesures incitatives proposées essentiellement sur le marché résidentiel. Elles s’ajoutent aux changements de mentalité et à la volonté des consommateurs de trouver des alternatives aux énergies fossiles.
Aux Etats-Unis, de nombreuses sociétés de crédit proposent aux particuliers des solutions de financement étalées dans le temps pour s’équiper en solaire sans avoir à sacrifier leur épargne.
En parallèle, les coûts de l’énergie solaire ont connu une baisse significative. En l’espace de dix ans, ils ont diminué de 60%.
L’abaissement de la courbe d’apprentissage s’est traduit pour les installations solaires par des gains significatifs en termes d’efficience.
Source: SEIA/Wood Mackenzie Power & Renewables U.S. Solar Market Insight Q2 2022
Sur le plan technologique, où se situent les évolutions les plus marquantes ?
Les évolutions ont été importantes, sans pour autant être déterminantes au point de générer de réels avantages concurrentiels. Dans le domaine des panneaux solaires, où la Chine contrôle plus des trois quarts du marché, beaucoup d’améliorations ont été apportées au niveau des panneaux et des cellules photovoltaïques. Leurs taux d’efficience approchent désormais les 25%, bien au-dessus des standards proposés voilà quelques années.
Des progrès ont été aussi réalisés dans le domaine des onduleurs* qui servent à convertir le courant continu généré par les panneaux solaires en courant alternatif prêt à l’emploi. Il s’agit d’un composant clé où les fabricants américains ont pris un temps d’avance car ils se concentrent sur des systèmes plus perfectionnés et donc plus performants. D’intéressantes opportunités en découlent.
Enfin, sur le segment des collectivités, des avancées apparaissent également. Ces immenses installations ont des coûts accessoires assez lourds qui peuvent représenter jusqu’à 25% de la facture finale. Elles réclament en effet de fréquentes interventions menées par des techniciens très qualifiés. Plusieurs entreprises se sont donc positionnées sur ce créneau pour développer des solutions technologiques plus simples et moins intensives en main d’œuvre.
Quels sont pour vous les principaux acteurs à suivre sur ce marché ?
Les entreprises chinoises dominent totalement le marché des panneaux solaires et de ses différents composants, qu’il s’agisse de lingot de silicium, de plaquettes, de cellules ou de modules.
Pour prendre l’exemple des plaquettes, la Chine contrôle 69% du marché mondial. Longi, Zhonghuan, Jinko, Shangii et JA Solar en sont les principaux acteurs. Ils ont l’avantage d’avoir une matière première abondante puisque la Chine est le premier producteur mondial de silicium. Ils ont également des coûts de production très bas car ils ont bénéficié de nombreuses mesures de soutien décidées par leur gouvernement. Les Etats-Unis ont d’ailleurs fini par leur imposer des barrières tarifaires. À ce stade, il convient également de souligner le risque ESG en parlant de l’industrie solaire en Chine et du fait étant donné que la région du Xinhang représente 40 % de la production chinoise
Aux Etats-Unis, les fabricants de panneaux solaires sont quasi inexistants. Il faut se déplacer dans la chaîne de valeur pour trouver les sociétés qui animent le marché. Elles sont actives, pour l’essentiel, dans le secteur des onduleurs et, un peu plus en aval, dans celui de la distribution. En ce qui concerne les onduleurs, SolarEdge et Enphase sont deux entreprises de pointe qui travaillent sur des produits évolués sur le plan technologique, avec des taux d’efficience au-dessus de la moyenne. Les spécialistes les qualifient de « smart inverters ». Et dans la partie distribution, il faut porter son attention sur des valeurs comme SunPower, Sunrun ou encore Sunnova.
Elles ont une belle marge de progression puisque le taux de pénétration du solaire dans le résidentiel n’est encore que de 4% aux Etats-Unis.
Sur le marché américain, je mentionnerai également Shoals qui produit les systèmes de connexion et de câblage, dont j’ai parlé un peu plus tôt, pour les installations solaires de taille XXL.
Quant au marché européen, il est désormais sous la coupe des acteurs chinois et américains, à l’exception peut-être des allemands de SMA qui fabriquent des onduleurs mais qui perdent des parts de marché, face à SolarEdge et Enphase, pour des raisons de coûts.
Où voyez-vous se dessiner aujourd’hui les opportunités d’investissement les plus significatives ?
Ma préférence va au marché résidentiel américain, et plus particulièrement aux entreprises comme Solar Edge et Enphase, voire Generac, qui se sont positionnées sur les onduleurs. La réglementation joue aussi en leur faveur. Plusieurs états obligent en effet leurs résidents à s’équiper en «smart inverters» dès lors qu’ils choisissent l’énergie solaire. Or, les chinois sont peu présents sur ce créneau des « smart inverters » et ils ne sont pas prêts de s’y risquer davantage. SolarEdge et Enphase contrôlent par ailleurs 90% du marché résidentiel américain.
Je ne vois pas beaucoup d’opportunités sur le marché européen. Pour investir en Europe, il vaut mieux transiter par les Etats-Unis.
Pour s’en persuader, il suffit de noter que SolarEdge réalise déjà 45% de son chiffre d’affaires en Europe !
Enfin, je pense qu’il vaut mieux aborder le marché chinois avec prudence car il s’accompagne d’un fort risque de « commoditisation » chez les fabricants de panneaux solaires.
Leurs ventes ont peut-être doublé entre 2019 et 2021 mais leur profitabilité a chuté. Quelle que soit l’augmentation des volumes, ils sont obligés de se battre sur les prix.
Ils proposent des produits assez semblables, avec un niveau de performance égal et, faute d’avantage concurrentiel, ils doivent sacrifier leurs marges pour rester compétitifs. A mon sens, malgré la dynamique du marché, le risque est trop grand pour décider d’y investir aujourd’hui. Il vaut mieux attendre que la situation se décante et que cette bataille sur les prix ait désigné ses vainqueurs.
*Onduleur (inverter) transforme le courant électrique continu produit par les panneaux solaires en courant alternatif, qui peuvent être utilisés par des appareils domestiques
Andrea Biscia, analyste actions, analyste ESG
A propos du fonds DECALIA Sustainable SOCIETY
•un fonds d’actions global multithématique, investissant dans des secteurs innovants et des entreprises disruptives qui façonneront notre société de demain
•investit dans les 7 thèmes (Security, O2 & Ecology, Cloud & Digitalisation, Industrial 5.0, Elder & Well being, Tech Med, Young Generation) regroupés sous l’acronyme SOCIETY
•gérés par une équipe expérimentée : Alexander Roose (ex-CIO du Fundamental Equity de Degroof Petercam AM) & Quirien Lemey (ex-Lead PM d’un fonds multithématique chez Degroof Petercam AM).
À propos de DECALIA SA
Fondée à Genève en 2014, DECALIA se spécialise dans la gestion privée et la gestion d’actifs pour les particuliers et les institutionnels. Avec plus de 70 collaborateurs et 4,9 milliards de francs suisses d’actifs sous gestion, DECALIA s’est développée rapidement, grâce notamment à l’expérience de la gestion active, acquise par ses fondateurs au cours des 30 dernières années. Les stratégies développées par DECALIA s’articulent autour de quatre axes d’investissement porteurs dans une perspective à long terme: la désintermédiation du secteur bancaire, la quête de rendement, les tendances de long terme et les inefficiences de marché. DECALIA est réglementée par la FINMA et dispose d’une licence de gestionnaire de fortune collective. Outre son siège social à Genève, le groupe dispose de bureaux à Zurich et à Milan et de distributeurs de la Sicav DECALIA en Espagne et en Allemagne.
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