Les panneaux photovoltaïques, composants essentiels d’une installation solaire, permettent de convertir l’énergie lumineuse du soleil en électricité. Mais savez-vous exactement quelle réaction se produit à l’intérieur de ces panneaux pour rendre possible cette transformation ? On vous explique tout sur le principe physique qui régit le fonctionnement des cellules photovoltaïques.
Sommaire
Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Moteur du fonctionnement des panneaux solaires photovoltaïques, la cellule photovoltaïque est un composant électronique qui assure la production de l’électricité à partir des photons de la lumière solaire. Il faut retenir que les photons de la lumière sont des particules élémentaires qui permettent de déplacer l’énergie solaire à 300 000 km/s. Au cours du transport de cette énergie, ils rencontrent des semi-conducteurs comme le silicium auquel ils arrachent des électrons. Ces derniers, ne se déplaçant pas dans le même sens pour assurer l’apparition de l’électricité, vont être relayés par l’association de deux types de silicium. C’est ainsi que les deux différentes faces des cellules photovoltaïques sont dopées par d’autres types d’atomes :
- La face avant qui capte directement les rayons solaires est renforcée avec des atomes ayant beaucoup d’électrons comme le phosphore et qui se transforme ainsi en borne négative (N) ;
- La face arrière, moins exposée au soleil, est renforcée par des atomes qui disposent de moins d’électrons comme le bore. Étant l’opposé de la première, elle devient alors la borne positive (P).
Responsables de la création d’un champ électrique, ces deux faces vont désormais se comporter comme les faces positive et négative d’une pile standard. Ainsi, l’action des photons sur les électrons va à présent diriger ceux-ci uniquement dans le sens de la borne négative (N) grâce à la création d’un champ électrique. Associé à la borne positive (P) dépourvue d’électrons, l’énergie électrique générée passe dans le circuit extérieur à travers des contacts électriques posés au niveau de la surface des deux bornes. On assiste alors à la création d’un courant électrique continu qui devra être converti en courant alternatif grâce à un onduleur.
Le rendement d’une cellule photovoltaïque
Pour trouver le rendement d’une cellule photovoltaïque, il faut faire le rapport entre la puissance électrique produite et la puissance lumineuse reçue. Il s’agit d’une valeur qui peut varier en fonction de plusieurs facteurs que sont :
- La qualité du silicium ;
- La température ;
- L’ensoleillement ;
- L’angle d’incidence de la lumière.
Pour les cellules au silicium cristallin les plus utilisées, le rendement moyen se trouve généralement entre 16,5 et 22 %.
Les différents types de cellules photovoltaïques
En dehors des cellules au silicium cristallin qu’on retrouve le plus souvent sur le marché, il existe d’autres types de cellules photovoltaïques, à savoir les cellules organiques, les cellules en couches minces, les pérovskites et les cellules à hétérojonction. Ces différents types de cellules photovoltaïques ont des effets bénéfiques, mais aussi des inconvénients, notamment en termes de coût, de performance, de durabilité et de flexibilité.
Assemblage des cellules en panneaux ou modules
Un panneau photovoltaïque est un ensemble de cellules photovoltaïques associées entre elles et qui entrent dans le processus de conversion de la lumière en électricité. Disposées sur un support rigide, ces cellules sont protégées par une couche de verre ou de plastique. Elles sont également équipées de contacts métalliques afin de faciliter la collecte du courant.
Pour former le générateur photovoltaïque, on assemble plusieurs panneaux connectés entre eux en série ou en parallèle. Ce générateur n’est rien d’autre qu’un champ de capteurs dont la puissance varie en fonction du nombre et du type de cellules utilisées.
Il est important de rappeler que le courant brut produit par les panneaux photovoltaïques pour votre autonomie énergétique est de type continu qu’il faudra ensuite convertir en courant alternatif avant de pouvoir en faire usage pour alimenter des appareils domestiques.
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