Comment fonctionnent un panneau solaire photovoltaique ?

Lorsque l’on pense aux énergies renouvelables, la première idée qui leur vient souvent, est celle d’un grand panneau solaires bleus ou noirs sur les toits ou de panneaux routiers portables auxquels est relié un petit panneau. Ces kits panneaux solaires, que nous appelons également des modules photovoltaïques (ou modules PV), convertissent les rayons du soleil en électricité ce qui constituent l’épine dorsale des énergies renouvelables depuis des années. L’effet photovoltaïque (comment la lumière du soleil est convertie en énergie électrique) a été découvert il y a plus de cent ans ! Cependant, la généralisation de cette technologie a été très progressive. Ce n’est que ces dernières années que le photovoltaïque a gagné en popularité en tant que moyen alternatif de produire de l’électricité.

Comment fonctionne l’énergie solaire

La quantité de lumière solaire que la Terre perçoit en une heure et demie est suffisante pour gérer la consommation d’énergie mondiale pendant une année complète. Les technologies solaires convertissent la lumière du soleil en énergie électrique soit par des panneaux photovoltaïques (PV) soit par des miroirs qui captent le rayonnement solaire. Cette énergie peut être utilisée pour produire de l’électricité ou être stockée dans des batteries ou un stockage thermique.

Vous trouverez ci-dessous des ressources et des informations sur les bases du rayonnement solaire, les technologies d’énergie photovoltaïque et solaire thermique à concentration, l’ intégration des systèmes de réseau électrique et les aspects non matériels ( coûts accessoires ) de l’énergie solaire. Vous pouvez également en savoir plus sur la façon d’aller solaire et l’industrie de l’énergie solaire . De plus, vous pouvez plonger plus profondément dans l’énergie solaire et découvrir comment le Bureau des technologies de l’énergie solaire du Département américain de l’énergie mène une recherche et un développement innovants dans ces domaines.

Le rayonnement solaire est la lumière, également appelée rayonnement électromagnétique, émise par le soleil. Bien que chaque endroit sur Terre reçoive un peu de lumière solaire pendant un an, la quantité de rayonnement solaire qui atteint un point quelconque de la surface de la Terre varie. Les technologies solaires captent ce rayonnement et le transforment en formes d’énergie utiles. Il existe deux principaux types de technologies d’énergie solaire : le photovoltaïque (PV) et l’énergie solaire thermique à concentration (CSP).

Notions de base sur le photovoltaïque

Vous êtes probablement le plus familier avec le PV, qui est utilisé dans les panneaux solaires. Lorsque le soleil brille sur un panneau solaire, l’énergie de la lumière du soleil est absorbée par les cellules photovoltaïques du panneau. Cette énergie crée des charges électriques qui se déplacent en réponse à un champ électrique interne dans la cellule, provoquant la circulation de l’électricité.

Les matériaux et dispositifs photovoltaïques convertissent l’énergie du soleil en énergie électrique. Un appareil photovoltaïque unique est appelé une cellule. Une cellule photovoltaïque individuelle est généralement petite, et produit généralement environ 1 ou 2 watts de puissance. Ces cellules sont constituées de différents matériaux semi-conducteurs et ont souvent une épaisseur inférieure à quatre cheveux humains.

Pour augmenter la puissance de sortie des cellules photovoltaïques, elles sont connectées ensemble en chaînes pour former des unités plus grandes appelées modules ou panneaux. Ces modules peuvent être utilisés individuellement, ou connectés ensemble pour former un ensemble de tableaux. Un ou plusieurs générateurs sont ensuite connectés au réseau dans le cadre d’un système photovoltaïque complet. En raison de cette structure modulaire, les systèmes photovoltaïques peuvent être construits pour répondre à presque tous les besoins en énergie électrique qu’ils soient petits ou grands.

Les modules et générateurs ne sont qu’une partie d’un système PV. Les systèmes comprennent également des structures de montage qui pointent les panneaux vers le soleil, ainsi que les composants qui prennent l’électricité en courant continu (CC) produite par les modules et la convertissent par la suite en électricité soit un courant alternatif (CA) utilisée pour alimenter tous les appareils de votre domicile.

Types de technologie photovoltaïque

Un panneau solaire photovoltaïque est le principal élément constitutif d’un système photovoltaïque. Malgré que ces systèmes aient tous tendance à se ressembler, la technologie PV au cœur de ces panneaux peut toutefois varier. Ceux-ci inclus:

Panneaux photovoltaïques en silicium monocristallin : Les panneaux monocristallins sont fabriqués à partir de cellules issues d’un monocristal cylindrique de silicium. Il s’agit du type de technologie PV mature le plus efficace sans compter les technologies PV encore à l’étude, comme le PV organique et convertit généralement environ 15 % de l’énergie solaire en électricité. Cependant, le processus de fabrication nécessaire pour produire des cellules et des panneaux photovoltaïques en silicium monocristallin est assez complexe, ce qui entraîne un coût légèrement plus élevé.

Panneaux photovoltaïques en silicium polycristallin : Les panneaux photovoltaïques en silicium polycristallin, également appelés cellules multicristallines, sont constitués de cellules découpées dans un lingot de silicium fondu et recristallisé. Ces lingots sont par la suite découpés en plaquettes extrêmement fines et intégrés dans des cellules complètes. Les cellules polycristallines sont généralement moins chères à produire que les cellules monocristallines en raison du processus de fabrication beaucoup plus simple.

Panneaux photovoltaïques en silicium amorphe: Les cellules en silicium amorphe sont fabriquées lorsque du silicium est déposé en couche mince et homogène sur un substrat. Ce type de silicium absorbe la lumière plus efficacement que le silicium cristallin, les cellules peuvent être rendues beaucoup plus fines. Le silicium amorphe peut être déposé sur des substrats rigides et flexibles, ce qui le rend idéal pour les surfaces courbes ou pour se coller directement sur les matériaux de toiture. Malgré qu’elle absorbe la lumière de façon efficace, l’efficacité réelle de la cellule est bien inférieure à celle du silicium cristallin qui se situe généralement autour de la barre des 6 %. Cependant, les cellules PV amorphes ont tendance à être plus faciles et moins chères à fabriquer.

En bref, les cellules solaires sont de fines tranches de silicium cristallin, le même élément qui est utilisé dans pratiquement tous les appareils électroniques existants aujourd’hui. Ces plaquettes étaient relativement grandes lorsque les cellules solaires PV ont été développées pour la première fois. Elles sont maintenant si petites qu’elles sont à peine aussi épaisses qu’un cheveu humain.

Lorsque ces cellules solaires PV sont exposées à des photons lumineux, elles frappent les électrons chargés négativement à l’intérieur des atomes de silicium et frappent les électrons et les détachent. Lorsque cela se produit, il laisse apparaitre un trou vide chargé positivement là où se trouvait la charge négative.

Dans le silicium non traité, les électrons se recombinent simplement avec ces trous pour produire de la chaleur perdue, et dans ce cas, aucune électricité ne serait produite. Pour contourner ce problème et fabriquer une cellule solaire fonctionnelle, les tranches de silicium cristallin sont traitées avec deux autres éléments : le bore et le phosphore.