Cellules électriques, Dans un monde de plus en plus tourné vers les énergies renouvelables, la transition énergétique s’impose comme une nécessité. Parmi les technologies clés de ce changement, les cellules électriques, souvent appelées cellules photovoltaïques, occupent une place centrale. Ces dispositifs, capables de convertir directement la lumière du soleil en électricité, sont aujourd’hui installés sur des millions de toits à travers le monde. Pourtant, leur installation n’est pas une simple affaire de pose sur un support. Elle repose sur une méthode rigoureuse, respectant des normes de sécurité, des règles techniques et des principes d’efficacité énergétique.
Cet article vous propose un guide complet, détaillé et pédagogique, sur la méthode d’installation des cellules électriques, en mettant l’accent sur les étapes clés, les précautions à prendre, les outils nécessaires, et les bonnes pratiques à adopter. Que vous soyez un particulier souhaitant installer un système photovoltaïque chez vous, un professionnel du secteur ou simplement curieux de comprendre le fonctionnement de cette technologie, ce guide vous fournira toutes les informations essentielles.
Table of Contents
1. Qu’est-ce qu’une cellule électrique ?
Avant d’aborder la méthode d’installation, il est crucial de comprendre ce que l’on entend par cellule électrique. Le terme est souvent utilisé de manière vague, mais dans le contexte des énergies renouvelables, il désigne généralement une cellule photovoltaïque, c’est-à-dire un composant semi-conducteur (souvent en silicium) qui produit un courant électrique lorsqu’il est exposé à la lumière du soleil.
Plusieurs cellules sont ensuite assemblées pour former un module photovoltaïque (ou panneau solaire), qui est lui-même intégré à une installation solaire complète, comprenant des onduleurs, des câbles, des structures de fixation, et parfois des batteries de stockage.
Il existe plusieurs types de cellules :
- Cellules monocristallines : très efficaces, fabriquées à partir d’un seul cristal de silicium.
- Cellules polycristallines : un peu moins efficaces, mais plus économiques.
- Cellules en couche mince : flexibles, légères, mais avec un rendement inférieur.
L’installation de ces cellules doit être adaptée au type de module, au lieu d’installation (toit, sol, façade), et aux conditions climatiques locales.
2. Les étapes préparatoires à l’installation
Avant de poser la première cellule, une série d’étapes préparatoires est indispensable. Une installation réussie dépend autant de la planification que de la mise en œuvre.
a. L’étude de faisabilité
Avant toute chose, il faut déterminer si le site est adapté à une installation photovoltaïque. Cette étude comprend :
- L’ensoleillement annuel : un site doit recevoir suffisamment de lumière directe, sans ombrage important (arbres, bâtiments voisins, etc.).
- L’orientation et l’inclinaison du toit : en France, une orientation sud avec un angle de 30 à 35 degrés est idéale.
- La surface disponible : chaque panneau occupe environ 1,6 à 2 m². Il faut donc calculer combien de modules peuvent être installés.
- La consommation énergétique du bâtiment : cela permet de dimensionner correctement l’installation.
Des outils comme les logiciels de simulation solaire (PVGIS, Helioscope) ou des mesures sur site (pyranomètre) aident à affiner ces données.
b. Le choix du système
Deux grands types d’installations existent :
- Installation en autoconsommation : l’électricité produite est utilisée directement dans le bâtiment. Le surplus peut être injecté dans le réseau.
- Installation en vente totale : toute l’électricité produite est vendue au gestionnaire de réseau (par exemple, EDF OA en France).
Le choix dépend du profil du consommateur, des aides financières disponibles (prime à l’autoconsommation, tarif d’achat), et des objectifs (réduction de facture, indépendance énergétique, etc.).
c. Les autorisations administratives
En France, toute installation photovoltaïque doit faire l’objet d’une déclaration préalable de travaux (si la puissance est inférieure à 3 kWc et que le bâtiment est en zone non classée) ou d’un permis de construire (au-delà). Si l’installation est raccordée au réseau, une demande de raccordement doit être déposée auprès d’Enedis.
Il est également recommandé de faire appel à un installateur agréé RGE (Reconnu Garant de l’Environnement) pour bénéficier des aides publiques (MaPrimeRénov’, TVA à 5,5 %, etc.).
3. La méthode d’installation des cellules électriques pas à pas
Une fois la phase de préparation terminée, on peut passer à l’installation proprement dite. Voici les étapes clés, décrites de manière chronologique.
Étape 1 : Préparation du chantier
Avant toute intervention sur le toit, il est essentiel de :
- Installer des protections de sécurité (filets, garde-corps, harnais).
- Vérifier l’état du toit : il doit être solide, étanche, et capable de supporter le poids des panneaux (environ 15 à 20 kg/m²).
- Déterminer le plan de pose : nombre de modules, espacement, emplacement des rails de fixation.
Étape 2 : Pose de la structure de support
La structure de fixation (ou charpente de montage) est cruciale. Elle doit :
- Être résistante aux intempéries (pluie, vent, neige).
- Permettre une bonne ventilation sous les panneaux (pour éviter la surchauffe).
- Être régulée en inclinaison pour optimiser le rendement.
Les structures sont généralement en aluminium anodisé (léger, résistant à la corrosion). Elles sont fixées au toit par des crochets de toiture (pour toits en tuiles ou en ardoise) ou des plots en béton (pour les toits plats).
Astuce : L’espace entre le toit et les panneaux doit être d’au moins 10 cm pour assurer une circulation d’air naturelle.
Étape 3 : Installation des panneaux photovoltaïques
Chaque panneau est composé de plusieurs cellules électriques interconnectées. La pose se fait avec précaution :
- Les panneaux sont soulevés à deux personnes (risque de casse ou de chute).
- Ils sont fixés aux rails à l’aide de pinces spéciales (pinces latérales et centrales).
- L’alignement doit être parfait pour une esthétique et une performance optimales.
Attention : Ne jamais marcher sur les panneaux. Le verre peut se briser, et les cellules internes être endommagées.
Étape 4 : Raccordement électrique des modules
Les panneaux sont connectés entre eux en série ou en parallèle, selon la configuration souhaitée :
- En série : augmente la tension, idéal pour les longues distances.
- En parallèle : augmente le courant, utile pour les installations à faible tension.
Les câbles utilisés sont spécifiques au photovoltaïque (type MC4), résistants aux UV, à l’eau et aux hautes températures. Chaque connexion est étanche et sécurisée.
Un boîtier de jonction (ou boîte de combinaison) regroupe les câbles des différents strings (chaînes de panneaux) avant de les acheminer vers l’onduleur.
Étape 5 : Installation de l’onduleur
L’onduleur est le cerveau du système. Il convertit le courant continu (DC) produit par les cellules en courant alternatif (AC), utilisable dans le bâtiment.
Deux types d’onduleurs :
- Onduleur centralisé : un seul appareil pour toute l’installation.
- Onduleurs micro : un petit onduleur par panneau (plus cher, mais plus performant en cas d’ombrage partiel).
L’onduleur est installé dans un endroit sec, aéré, à l’abri des températures extrêmes (souvent dans un garage ou un local technique). Il est raccordé au tableau électrique du bâtiment.
Étape 6 : Mise à la terre et protection contre les surtensions
La sécurité électrique est primordiale :
- Le système doit être mis à la terre pour éviter les risques d’électrocution.
- Un parafoudre (ou limiteur de surtension) est installé en amont de l’onduleur pour protéger contre les coups de foudre.
- Des disjoncteurs différentiels et des protections DC/AC sont intégrés au circuit.
Étape 7 : Raccordement au réseau électrique
Si l’installation est raccordée au réseau public :
- Enedis (ou le gestionnaire local) installe un compteur bi-directiel.
- Un contrat d’achat est signé pour la revente du surplus.
- Une vérification technique est effectuée pour s’assurer que l’installation respecte les normes (NF C 15-712).
Étape 8 : Mise en service et tests
Avant la mise en route :
- Vérifier tous les câblages.
- Tester l’isolation électrique.
- Mesurer la tension et le courant de chaque string.
- Démarrer l’onduleur progressivement.
Un rapport de commissioning est établi, incluant les paramètres de fonctionnement, les mesures effectuées, et les garanties.
4. Bonnes pratiques et erreurs à éviter
Même avec une méthode bien établie, certaines erreurs peuvent compromettre la performance ou la sécurité du système.
Erreurs fréquentes :
- Mauvais dimensionnement : trop de panneaux pour la consommation, ou trop peu pour l’objectif.
- Ombres non prises en compte : un seul panneau ombragé peut réduire la production de toute la chaîne.
- Fixations insuffisantes : risque d’arrachement en cas de tempête.
- Câblage inadapté : perte d’énergie, surchauffe, risque d’incendie.
- Négligence de la ventilation : surchauffe des cellules → baisse de rendement.
Bonnes pratiques :
- Utiliser des matériaux de qualité (câbles, connecteurs, structures).
- Former les techniciens à la sécurité électrique (risque de choc même à l’arrêt).
- Prévoir un accès facile pour le nettoyage et la maintenance.
- Installer un système de monitoring pour suivre la production en temps réel.
5. Maintenance et durée de vie
Une installation bien posée peut durer 25 à 30 ans, avec un rendement garanti à 80 % après 25 ans.
La maintenance inclut :
- Nettoyage régulier des panneaux (poussière, feuilles, neige).
- Inspection visuelle des câbles, connecteurs et fixations.
- Vérification annuelle des performances par un professionnel.
- Remplacement de l’onduleur tous les 10 à 15 ans (pièce la plus fragile).
6. Coûts et retour sur investissement
Le coût d’une installation photovoltaïque varie selon la puissance, mais en 2024, on estime à environ 1 500 à 2 500 € TTC par kWc installé.
Avec les aides, le retour sur investissement se fait en 8 à 12 ans, selon la région, la consommation, et le mode d’exploitation (autoconsommation ou vente totale).
Conclusion
L’installation des cellules électriques, bien qu’apparemment simple, repose sur une méthode rigoureuse, alliant technique, sécurité et respect de l’environnement. Chaque étape – de l’étude de faisabilité à la mise en service – doit être soigneusement planifiée et exécutée.
Grâce à cette méthode, les particuliers comme les professionnels peuvent profiter d’une énergie propre, durable et rentable. Au-delà de l’aspect économique, c’est un geste concret en faveur de la transition énergétique.
En faisant appel à des professionnels qualifiés, en respectant les normes en vigueur, et en adoptant une maintenance régulière, chaque installation photovoltaïque peut devenir un véritable atout énergétique pour les décennies à venir.