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Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Panneaux solaires, définition et types des modules photovoltaïques

Panneaux solaires, définition et types des modules photovoltaïques

Un panneau solaire photovoltaïque est l'élément le plus essentiel des installations solaires. La fonction d'un panneau solaire dans une installation photovoltaïque est de transformer l'énergie solaire en électricité. Ils sont aussi appelés modules photovoltaïques.

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Les panneaux solaires photovoltaïques peuvent générer de l' énergie électrique à des fins domestiques et commerciales. En règle générale, les installations de panneaux solaires industriels sont raccordées au réseau électrique et toute l'électricité produite est fournie au réseau. Les systèmes d'énergie solaire domestiques peuvent faire des économies en permettant de réduire la facture d'électricité.

Un module solaire photovoltaïque est constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques interconnectées. Les cellules solaires sont constituées d'un matériau semi conducteur qui libère des électrons à conséquence de l'impact des photos de la lumière.

L'énergie solaire est une énergie renouvelable. La production d'énergie électrique avec des modules photovoltaïques permet réduire la dépendance aux combustibles fossiles.

Que sont les kits solaires ?

Les kits solaires sont l'ensemble des éléments nécessaires à l'installation de l'énergie solaire photovoltaïque dans une habitation. Lors de l'achat de panneaux solaires, il est intéressant d'envisager l'option d'acheter des kits solaires car ils sont très faciles à installer.

Le reste des éléments du système photovoltaïque se chargera de gérer et de transformer cette tension en courant alternatif, si nécessaire. La composition des kits solaires varie selon le type de kit mais les éléments les plus importants qu'ils contiennent généralement :

  • Panneaux solaires.

  • Éléments structurels.

  • Onduleurs de puissance.

  • Régulateurs de charge

  • Batteries.

  • Câbles de connexion.

Comment l'électricité est-elle produite par les panneaux photovoltaïques ?

Les cellules solaires qui composent un panneau solaire sont constituées de matériaux semi-conducteurs. Lorsque les photons qui composent la lumière entrent en collision avec les atomes de ce matériau, ils provoquent le déplacement d'un électron ; c'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque. La somme des électrons en mouvement génère un courant électrique sous forme de courant continu.

Panneaux solaires, définition et types des modules photovoltaïques Une cellule solaire n'est capable de générer qu'une tension électrique de quelques dixièmes de volt (+/- 0,5 V) et une puissance maximale de 1 ou 2 Watts. Il est donc nécessaire de connecter plusieurs cellules en série (qui se comportent comme de petits générateurs de courant) pour atteindre des tensions de 624 V, acceptées dans de nombreuses applications.

Connexion de plusieurs panneaux solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires photovoltaïques peuvent être assemblés de deux manières :

  • Connexion parallèle. Ce type de connexion se fait en joignant les pôles positifs d'une part et les pôles négatifs d'autre part. La connexion en parallèle entre les panneaux solaires fournit une tension égale à celle du module (12-18 V)

  • Connexion série. La façon de connecter deux ou plusieurs modules photovoltaïques en série consiste à connecter le pôle positif du premier avec le négatif du second. La connexion en série donne une tension égale à la somme de celle de chaque module (par exemple 12 V, 24 V, 36 V, etc.), en fonction du nombre de plaques interconnectées.

Quelles sont les différentes technologies des modules photovoltaïques?

Parmi les nombreux matériaux pouvant être utilisés pour construire des modules photovoltaïques, le silicium est le plus utilisé. Le silicium est obtenu dans des plaquettes qui sont ensuite assemblées pour former un module photovoltaïque.

Les types de construction de cellules photovoltaïques les plus courants sont:

  • Silicium monocristallin: un module solaire monocristallin a une efficacité de 18-21%. Ils ont tendance à être chers et sont également présents, ils sont coupés avec des lingots cylindriques, il est difficile d'en recouvrir des surfaces étendues sans gaspiller de matière ou d'espace.

  • Silicium polycristallin: cellules moins chères mais moins performantes (15-17%), dont l'avantage réside dans la facilité avec laquelle il est possible de les découper en formes adaptées à assembler en modules.

  • Silicium amorphe déposé par phase vapeur: les cellules photovoltaïques ont un faible rendement (8%), mais sont beaucoup moins chères à produire. Le silicium amorphe (Si-a) possède une importante bande de silicium cristallin (Si-c). Cela signifie qu'il est plus efficace pour absorber la partie visible du spectre du rayonnement solaire, mais moins efficace pour collecter la partie infrarouge.

  • CIS: Les cellules sont basées sur des couches de calcogenuro (par exemple, Cu (InxGa1-x) (SexS1-x) 2). Ils ont une efficacité allant jusqu'à 15%, mais leur coût est encore trop élevé.

  • Cellules photoélectrochimiques: Ces cellules, construites pour la première fois en 1991, ont été conçues à l'origine pour imiter le processus de photosynthèse. Ce type de cellule dans un module photovoltaïque permet une utilisation plus flexible des matériaux et la technologie de production semble très pratique.

  • Cellule photovoltaïque hybride - Combine les avantages des semi-conducteurs organiques et divers types de semi-conducteurs inorganiques.

  • Cellule photovoltaïque concentrée: l'utilisation de cette cellule dans un module photovoltaïque combine les technologies mentionnées avec des lentilles de concentration solaire qui augmentent considérablement l'efficacité. Ils représentent la nouvelle génération prometteuse de panneaux encore en développement.

Quels matériaux sont utilisés pour les structures des panneaux solaires ?

Lors de l'utilisation d'une structure de support pour modules solaires, il est conseillé d'utiliser des matériaux qui ont de bonnes propriétés mécaniques, en plus d'une grande durabilité. Normalement, les éléments de support sont :

  • Aluminium anodisé (léger et haute résistance)

  • Fer galvanisé (convient aux charges lourdes

  • Acier inoxydable (pour les environnements très corrosifs, c'est la meilleure qualité et le prix le plus élevé)

Structures en bois

Il y a aussi la possibilité de réaliser les structures des modules photovoltaïques en bois, dûment traités.

Les structures en bois doivent avoir des opérations d'entretien minimales, et doivent présenter des conditions acceptables pour cet usage. Les pièces de fixation, telles que les vis, doivent toujours être en acier inoxydable.

Emplacement et orientation des panneaux solaires

L'orientation et l'inclinaison les plus appropriées à chaque emplacement dépendent de la latitude et de la période de l'année. La chose la plus recommandable est une étude du rayonnement solaire reçue pour chaque emplacement.

Dans l'hémisphère nord, par exemple, les plaques doivent être orientées vers le sud et avec une certaine inclinaison.

D'autre part, l'inclinaison des modules photovoltaïques variera en fonction des besoins énergétiques anticipés et de la période d'utilisation, afin de faire un bilan saisonnier (hiver, été) ou annuel.

Les panneaux solaires peuvent être installés sur des supports mobiles pour varier l'orientation vers le Soleil ou sur des structures triangulaires fixes.

Comment améliorer les performances des modules photovoltaïques ?

Dans certains cas, afin d'augmenter les rendements du système de collecte, les techniques suivantes peuvent être choisies :

Suiveurs solaires

Les suiveurs solaires fonctionnent au moyen d'un moteur normalement associé à un ordinateur qui, en fonction de la date et de l'heure de la journée, ajuste l'orientation des panneaux.

Ces systèmes sont plus complexes et impliquent des dépenses plus importantes et une maintenance plus importante.

Diffraction de la lumière

Le phénomène de diffraction de la lumière permet d'obtenir des panneaux photovoltaïques avec un indice de transparence supérieur à celui apparent. L'ombre projetée par chaque cellule à l'intérieur du bâtiment est inférieure à la surface qu'elle occupe.

Cela implique que le panneau solaire est perçu comme étant nettement plus opaque de l'extérieur que de l'intérieur.

Il est également possible d'obtenir une plus grande transparence si, au sein d'une même plaque, la distance entre les cellules est augmentée.

Comment est composé un panneau solaire photovoltaïque ?

Le panneau photovoltaïque est conçu pour résister aux conditions extérieures et pour pouvoir faire partie de la "peau" du bâtiment. Sa durée de vie est estimée à 25 ans.

Les cellules sont encapsulées dans une résine, et placées entre deux feuilles pour former des modules photovoltaïques. La couche extérieure est en verre et le dos peut être en plastique opaque ou en verre, si vous souhaitez réaliser un module semi-transparent.

Le silicium cristallin et l'arséniure de gallium sont des choix de matériaux typiques pour les cellules solaires. En fait, les cristaux d'arséniure de gallium sont créés spécialement pour cet usage.

Le verre est découpé en petits disques. Il est poli pour éliminer le danger de coupure. Les dopants sont insérés dans les disques. Des manettes métalliques sont déposées sur chaque face : un petit connecteur sur la face face au soleil, et un connecteur de l'autre côté.

Les panneaux solaires sont construits avec ces cellules découpées dans des formes appropriées, protégées contre les radiations et endommagées par l'application d'une couche de verre et collées sur un substrat.

Les connexions électriques sont réalisées en série-parallèle pour déterminer la tension de sortie totale.

La couche de protection ne doit pas être un conducteur thermique. Étant donné que le chauffage des cellules réduit l'efficacité, il est souhaitable de réduire cette chaleur.

Auteur :

Date de publication : 2 septembre 2015
Dernier examen : 6 juin 2022