Les panneaux solaires photovoltaïques sont de plus en plus présents dans notre quotidien, permettant à chacun de produire son électricité de manière propre et renouvelable. Si vous vous demandez comment fonctionnent ces dispositifs innovants, cet article est fait pour vous. Nous allons décomposer les éléments clés du processus, depuis la capture de l’énergie solaire jusqu’à la conversion en électricité utilisable.
Le principe de base : l’effet photovoltaïque
Tout d’abord, il est essentiel de comprendre ce qu’est l’effet photovoltaïque, qui est au cœur du fonctionnement d’un panneau solaire. Il s’agit d’un phénomène physique découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel. L’effet photovoltaïque consiste en la conversion de la lumière en électricité grâce à certaines propriétés des matériaux semi-conducteurs, comme le silicium.
Composition d’un panneau solaire photovoltaïque
Un panneau solaire photovoltaïque est constitué de plusieurs éléments :
- Les cellules photovoltaïques : ce sont elles qui convertissent la lumière en électricité grâce à l’effet photovoltaïque.
- Le module : assemblage de plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre elles, formant une surface plane.
- Le cadre : structure rigide qui protège et soutient les modules photovoltaïques.
- Le verre : couche transparente située à la surface des panneaux, permettant à la lumière de passer tout en protégeant les cellules.
Les différents types de cellules photovoltaïques
Il existe plusieurs types de cellules photovoltaïques, chacun ayant ses propres caractéristiques et performances :
- Cellules en silicium monocristallin : fabriquées à partir d’un seul cristal de silicium, elles offrent un rendement élevé mais sont également plus coûteuses à produire.
- Cellules en silicium polycristallin : composées de plusieurs cristaux de silicium, elles offrent un rendement légèrement inférieur aux cellules monocristallines, mais sont moins chères à produire.
- Cellules en couches minces : fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs autres que le silicium (tellurure de cadmium, diséléniure de cuivre et d’indium), elles sont moins performantes que les cellules en silicium mais présentent l’avantage d’être plus légères et flexibles.
Fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques
Le processus de conversion de la lumière en électricité peut être décomposé en plusieurs étapes :
1. Absorption de la lumière
Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules photovoltaïques, les photons (particules de lumière) interagissent avec les atomes de silicium présents dans les cellules. Cette interaction libère des électrons, qui sont à l’origine du courant électrique.
2. Création d’un champ électrique
Les cellules photovoltaïques sont composées de deux couches de silicium ayant des propriétés différentes :
- La couche supérieure est « dopée » avec du phosphore, ce qui crée un excès d’électrons et donne à cette couche une charge négative.
- La couche inférieure est « dopée » avec du bore, ce qui crée un déficit d’électrons et donne à cette couche une charge positive.
Cette différence de charge entre les deux couches crée un champ électrique au sein de la cellule photovoltaïque, qui permet aux électrons libérés par l’action des photons de circuler dans un seul sens.
3. Génération de courant électrique
Grâce au champ électrique créé au sein des cellules, les électrons libérés peuvent se déplacer librement et générer un courant électrique continu (CC). Ce courant est ensuite collecté par des grilles métalliques situées à la surface des cellules et acheminé vers un onduleur.
4. Conversion du courant continu en courant alternatif
Le courant électrique produit par les panneaux solaires photovoltaïques est un courant continu, alors que nos appareils électriques fonctionnent avec un courant alternatif. C’est pourquoi il est nécessaire de passer par un onduleur, qui transforme le courant continu en courant alternatif compatible avec notre réseau électrique et nos équipements.
Facteurs influençant la performance des panneaux solaires photovoltaïques
Plusieurs facteurs peuvent avoir un impact sur l’efficacité et la production d’électricité des panneaux solaires photovoltaïques :
- L’intensité du rayonnement solaire : plus la quantité de lumière reçue par les cellules photovoltaïques est importante, plus la production d’électricité sera élevée.
- La température : une température élevée peut réduire l’efficacité des cellules photovoltaïques, car elle augmente leur résistance électrique.
- L’orientation et l’inclinaison : pour maximiser la production d’énergie, les panneaux solaires doivent être orientés et inclinés de manière à recevoir le maximum de lumière possible tout au long de la journée.
- Les obstacles et ombrages : la présence d’obstacles (arbres, bâtiments, etc.) ou d’ombrages partiels peut réduire significativement la production d’électricité des panneaux solaires.
En résumé, les panneaux solaires photovoltaïques fonctionnent grâce à l’effet photovoltaïque qui permet de convertir la lumière en électricité au sein des cellules composées de matériaux semi-conducteurs. Le rendement et la production d’énergie de ces dispositifs dépendent de plusieurs facteurs, tels que l’intensité du rayonnement solaire, la température ou encore l’orientation des panneaux.
