Menu

Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Comment fonctionne une cellule solaire photovoltaïque ?

Comment fonctionne une cellule solaire photovoltaïque ?

En électronique, une cellule solaire est un composant électronique qui convertit l’énergie lumineuse des rayons du Soleil en électricité grâce à l'effet photovoltaïque. Par conséquent, les cellules solaires sont à la base des systèmes photovoltaïques pour transformer l'énergie solaire en énergie électrique.

Les composés d'un matériau qui présente l'effet photoélectrique absorbent les photons de lumière et émettent des électrons. Lorsque ces électrons libres sont capturés, le résultat est un courant électrique qui peut être utilisé comme électricité.

Les panneaux photovoltaïques sont constitués de plusieurs groupes de cellules photoélectriques connectées les unes aux autres. Chaque groupe de cellules solaires forme un réseau de cellules photovoltaïques connectées en circuit électrique en série pour augmenter la tension de sortie. Dans le même temps, plusieurs réseaux sont également connectés en circuit parallèle pour augmenter l'intensité du courant électrique que l'appareil est capable de fournir.

Le type de courant électrique fourni par les panneaux photovoltaïques est le courant continu.

Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?

Si nous connectons une cellule solaire photovoltaïque à un circuit électrique avec une résistance (consommation) et qu'en même temps elle reçoit un rayonnement solaire, une différence de potentiel électrique se produira entre ses contacts. Cette tension va provoquer la circulation d'électrons à travers la charge.

Dans ces conditions, la cellule photoélectrique fonctionne comme un générateur de courant.

La lumière est composée de photons qui ont une certaine énergie. Lorsque la lumière frappe la cellule solaire, les photons frappent les électrons dans la couche N. Une fois que le photon arrive aux dernières couches de l'atome de silicium, l’énergie du photon arrache un électron du matériau en laissant un espace libre à occuper par un autre électron. Ce mouvement d'électrons implique un courant électrique.

On peut dire que le courant généré par une cellule solaire photovoltaïque éclairée et connectée à une charge est le reste entre sa capacité brute de production et les pertes dues à la recombinaison entre électrons et photons.

Types des cellules photovoltaïques

Il existe plusieurs types de panneaux solaires, tels que les carreaux, les films et les légers. La principale différence entre les panneaux solaires est la pureté ou l'alignement du silicium. Plus l'alignement des molécules de silicium est parfait, meilleure est la conversion de la lumière solaire en électricité.

Évidemment, les panneaux les plus efficaces sont les plus chers, mais cela ne devrait pas être la principale raison de choisir un type plutôt qu'un autre.

Cellules en silicium monocristallin

Celle de silicium monocristallin est le plus efficace des cellules solaires photovoltaïques. Le rendement de l’énergie transformée en électricité est du 15 %, c'est donc l'option la plus chère.

Elles ont besoin moins d'espace que les autres cellules simplement parce qu'elles produisent plus d'énergie et peuvent produire jusqu'à quatre fois plus d'énergie que les panneaux solaires à couche mince. Ils durent également plus longtemps que les autres panneaux et fonctionnent mieux dans des conditions de faible luminosité.

Le principal inconvénient est le coût, ce qui en fait souvent le premier choix des propriétaires. Il peut également être affecté par la saleté ou l'ombre, ce qui peut interrompre le circuit, et le processus de production est souvent considéré comme un gaspillage car les cellules doivent être découpées en tranches.

Cellules en silicium polycristallin

Avec une efficacité de 13 %, les panneaux solaires polycristallins sont souvent considérés comme une option moins chère, en particulier pour les propriétaires.

Ils sont fabriqués à partir de plusieurs cristaux de silicium plus petits qui sont fusionnés puis recristallisés. Le procédé pour les créer est plus simple et moins coûteux que celui des panneaux monocristallins. Ils souffrent davantage des températures élevées, ce qui peut réduire leur durée de vie, mais fonctionnent généralement aussi bien que leurs homologues plus chers.

Le principal inconvénient des cellules solaires polycristallines est qu'il en faut plus en raison d'une plus faible efficacité de conversion d'énergie.

Cellules en silicium amorphe ou à fines tranches

Ces cellules ont une efficacité de 7 %. Les panneaux solaires à fines tranches sont parmi les moins efficaces du marché, mais ils sont l'option la moins chère.

Ces panneaux solaires fonctionnent bien dans des conditions de faible luminosité, même au clair de lune.

Les cellules sont fabriquées à partir de silicone non cristallin qui peut être transféré sous forme de film mince sur un autre matériau, tel que le verre.

Le principal avantage est qu'ils peuvent être produits en série à un coût beaucoup moins cher, mais ils conviennent mieux aux situations où l'espace n'est pas un gros problème.

Le principal inconvénient est que les panneaux solaires à couche mince ne sont généralement pas utilisés à des fins résidentielles et se dégradent plus rapidement que les cellules cristallines.

Cellules photovoltaïques hybrides au silicium

Avec un rendement de 18 %, les panneaux solaires hybrides sont fabriqués à partir d'un mélange de cellules amorphes et monocristallines pour générer un rendement maximal.

Il existe plusieurs types de cellules hybrides et elles sont encore en phase de recherche et développement, elles sont donc actuellement une option plus coûteuse.

Cellules photovoltaïques organiques

Les cellules photovoltaïques organiques sont composées de couches minces de matériaux semi-conducteurs organiques, comme des polymères ou des oligomères.

Ces matériaux sont disposés entre une anode et une cathode, formant ainsi une pile électrochimique. Lorsque les photons du soleil frappent les matériaux semi-conducteurs, ils excitent les électrons qui se déplacent alors vers la couche supérieure de la cellule. Cela crée un courant électrique qui peut être utilisé pour alimenter un circuit électrique.

Comment est une cellule solaire?

Les cellules solaires sont formées de matériaux semi-conducteurs. Un matériau semi conducteur est un matériau qui peut conduire l’électricité mais avec une certaine résistance.

Les plus courantes sont formées d'une couche de silicium cristallin d'une épaisseur approximative de 0,3 mm. Le processus d'élaboration est d'un niveau sophistiqué et délicat afin d'obtenir une homogénéité du matériau.

Le matériau le plus utilisé pour fabriquer des cellules photovoltaïques est le silicium. Ce matériau, qui est le composé chimique le plus abondant de la croûte terrestre, est obtenu par réduction de la silice. La première étape consiste à créer du silicium métallurgique, pur à 98%, à partir de pierres de quartz issues d'un filon minéral (la technique de création n'a rien à voir avec le sable).

Le silicium de qualité photovoltaïque doit être transparent jusqu'à 99,999 %. Pour obtenir cette quantité de pureté, le silicium doit être distillé en un composé chimique spécial. Ce composé spécial reconvertit le distillat en silicium.

Les zones positives et négatives de la cellule solaire

Le champ électrique est généré à partir de la polarisation différente de deux zones de la cellule solaire. Généralement, la partie supérieure est chargée négativement et le reste est chargé positivement pour créer la jonction PN.

La zone P (zone positive ou anode réceptrice) est une zone dépourvue d'électrons et donc de charge positive. Généralement, cette configuration est obtenue en ajoutant au silicium pour une petite partie de bore qui n'a que 3 électrons de valence.

La zone N (zone négative ou cathode ou émetteur) présente un excès d'électrons. Généralement, cette zone est formée par la diffusion du phosphore qui a 5 électrons dans la dernière orbite.

En raison de cette différence de charge électrique dans le matériau semi-conducteur, le champ électrique responsable de la poussée des électrons de la couche N vers la couche P est produit.

Le rendement moyen de conversion obtenu par les cellules solaires photovoltaïques disponibles dans le commerce produites à partir de silicium monocristallin est inférieur à celui des cellules multicouches, généralement à l'arséniure de gallium.

Actuellement, il existe également de nouvelles technologies dans la production de panneaux solaires qui n'utilisent pas de silicium.

A quoi servent les cellules solaires photovoltaïques ?

Les cellules solaires sont parfois utilisées seules (éclairage de jardin, calculatrices, ...) ou regroupées dans des panneaux solaires photovoltaïques. De cette façon, l'électricité est produite grâce à cette source d'énergie renouvelable.

Les cellules photovoltaïques sont les composants de base des modules photovoltaïques, qui sont des panneaux solaires capables de générer de l'énergie électrique à partir du rayonnement solaire. C'est donc la pierre angulaire de ce type d'énergie renouvelable.

Un panneau solaire photovoltaïque se compose d'un réseau de cellules solaires connectées dans un circuit en série pour augmenter la tension de sortie. Dans le même temps, plusieurs réseaux sont connectés dans un circuit parallèle pour augmenter le courant électrique que l'appareil est capable de fournir.

Le type de courant électrique fourni par un panneau photovoltaïque est le courant continu.

Les cellules photoélectriques sont également utilisées pour remplacer les piles dans des applications telles que les calculatrices, les montres, les gadgets, qui peuvent être alimentées par l'énergie solaire.

Il est possible d'augmenter sa plage d'utilisation en stockant de l'énergie à travers un condensateur ou une cellule galvanique (batterie). Lorsqu'il est utilisé avec un appareil pour stocker de l'énergie, une diode doit être placée en série pour éviter que le système ne se décharge la nuit.

Auteur:
Date de Publication: 18 février 2016
Dernière Révision: 9 novembre 2022