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Panneaux photovoltaïques énergie solaire

Cellule photovoltaïque, que sont les cellules photoélectriques et comment fonctionnent-elles ?

En électronique, une cellule photovoltaïque - ou cellule solaire - est un dispositif électrique qui convertit l'énergie incidente du rayonnement solaire 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.

Cellule photovoltaïque, que sont les cellules photoélectriques et comment fonctionnent-elles ?

Les composés d'un matériau ayant un effet photoélectrique absorbent les photons de la 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 reliées les unes aux autres. Chaque groupe de cellules photovoltaïques 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.

A quoi ressemble une cellule photovoltaïque ?

Les cellules solaires les plus courantes sont constituées d'une couche de silicium cristallin d'une épaisseur d'environ 0,3 mm. Le processus de fabrication est d'un niveau sophistiqué et délicat afin d'obtenir une homogénéité du matériau.

Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé dans la création de nouvelles cellules photovoltaïques. 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'une veine minérale (la technique de création n'a rien à voir avec le sable).

Le silicium de qualité photovoltaïque doit être transparent à 99,999 %. Pour obtenir cette 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 photovoltaïque. 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 chargée positivement. Généralement, cette configuration est obtenue en ajoutant une petite partie de bore qui n'a que 3 électrons de valence au silicium pur.

La zone N (zone négative ou cathode ou émetteur) a des électrons en excès. Généralement, cette zone est formée par la diffusion de 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 chargé de pousser les électrons de la couche N vers la couche P est produit.

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

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

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 le rayonnement solaire, une différence de potentiel électrique se produira entre ses contacts. Cette tension fera circuler les électrons à travers la charge.

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

La lumière est constituée de photons qui ont une certaine énergie. Lorsque la lumière frappe la cellule solaire, les photons frappent les électrons de la couche N. Si un électron absorbe l'énergie d'un photon avec une énergie suffisante, l'électron est arraché du matériau, laissant un espace libre qu'un autre électron occupera. Ce mouvement d'électrons implique un courant électrique.

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

A quoi servent les cellules solaires photovoltaïques ?

Les cellules photovoltaïques 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 en circuit série pour augmenter la tension de sortie. Dans le même temps, plusieurs réseaux sont connectés en 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 batteries dans des applications telles que les calculatrices, les montres, les gadgets, qui peuvent fonctionner à l'énergie solaire.

Il est possible d'augmenter sa plage d'utilisation en stockant de l'énergie au moyen d'un condensateur ou d'une cellule galvanique ( batterie). Lorsqu'elle est utilisée avec un dispositif de stockage d'énergie, une diode doit être placée en série pour empêcher la décharge du système pendant la nuit.

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Date de publication : 18 février 2016
Dernier examen : 14 octobre 2021