L’énergie solaire représente une source d’énergie renouvelable et écologique. Grâce aux panneaux photovoltaïques, nous pouvons transformer directement l’énergie du soleil en électricité. Mais comment fonctionne un panneau photovoltaïque ?
A priori ça a l’air simple, mais pour autant il y a subtilités à connaître si vous comptez en installer sur votre maison : prix, taille, réseau électrique, travaux nécessaire ou non…
Les éléments de base d’un panneau photovoltaïque
Un panneau photovoltaïque est composé de plusieurs éléments essentiels pour convertir l’énergie solaire en électricité. Ces éléments sont :
- Les cellules photovoltaïques : ces composants convertissent la lumière du soleil en électricité.
- Le silicium : c’est le matériau principal utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques.
- Le cadre : il protège et maintient les cellules en place.
- Le verre de protection : il recouvre et protège les cellules contre les intempéries et autres facteurs extérieurs.
Les différents types de silicium
Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur la croûte terrestre et est le matériau le plus couramment utilisé dans les cellules photovoltaïques. On distingue trois principaux types de silicium :
- Le silicium monocristallin : il offre un taux de rendement élevé (jusqu’à 22 %) et est plus cher à produire. Il se caractérise par une couleur bleu foncé uniforme.
- Le silicium polycristallin : moins pur que le monocristallin, il présente tout de même un bon rendement (entre 15 et 17 %). Moins coûteux à fabriquer, il a une couleur bleu clair avec des motifs en flocons.
- Le silicium amorphe : il s’agit d’une forme non cristalline du silicium, qui permet de créer des panneaux flexibles. Son rendement est cependant nettement inférieur (6 à 8 %).
Fonctionnement d’un panneau photovoltaïque : la conversion photovoltaïque
Pour comprendre le fonctionnement d’un panneau photovoltaïque, il est essentiel de saisir les principes physiques qui régissent la conversion photovoltaïque. Le processus comporte plusieurs étapes :
- Les cellules solaires sont frappées par les photons provenant du soleil.
- Cette interaction produit un phénomène appelé « effet photovoltaïque » : les photons transfèrent leur énergie aux électrons présents dans les cellules de silicium.
- Les électrons excités par les photons se déplacent, créant ainsi un courant électrique continu (DC).
L’effet photovoltaïque et la création de courant électrique
L’effet photovoltaïque est un phénomène physique lié à l’interaction entre la lumière et le silicium. Le processus peut être simplifié en trois grandes étapes :
- Les photons de la lumière solaire sont absorbés par les atomes de silicium dans les cellules.
- Cette absorption entraîne la libération d’électrons qui étaient précédemment liés aux atomes de silicium.
- Les électrons libérés se déplacent alors grâce au champ électrique créé par une différence de potentiel imposée entre les deux faces des cellules. C’est ce mouvement qui génère un courant électrique.
Le courant électrique produit par les panneaux photovoltaïques est un courant continu. Cependant, nos appareils domestiques fonctionnent généralement avec un courant alternatif (AC). Pour rectifier cela, on utilise un onduleur qui convertit le courant continu en courant alternatif, permettant ainsi d’alimenter les dispositifs connectés.
Rendement et facteurs influençant la production d’électricité
Le rendement d’un panneau photovoltaïque désigne sa capacité à transformer l’énergie solaire reçue en énergie électrique utilisable. Plusieurs facteurs affectent le rendement d’un panneau solaire, notamment :
- L’intensité du rayonnement solaire : plus l’ensoleillement est important, plus la production d’électricité sera élevée. L’installation des panneaux doit donc être optimisée afin de capter un maximum de lumière.
- L’orientation et l’inclinaison des panneaux : pour maximiser la production d’énergie, les panneaux doivent être orientés sud ou légèrement sud-ouest (dans l’hémisphère nord) et inclinés selon un angle optimal dépendant de la latitude.
- La température : la performance des cellules solaires diminue avec l’augmentation de la température. Il est donc essentiel de bien ventiler les panneaux pour éviter une surchauffe.
- Le type de cellules photovoltaïques : comme mentionné précédemment, il existe différents types de silicium utilisés dans la fabrication des cellules solaires, présentant des rendements variables en fonction de leur qualité et de leur coût.
Améliorer le rendement grâce aux techniques de pointe
Afin d’améliorer le rendement des panneaux photovoltaïques, de nombreuses recherches sont menées pour développer des solutions innovantes. Parmi ces avancées technologiques, on peut citer :
- Les films minces, qui permettent de créer des panneaux solaires plus légers et souples.
- Les cellules multi-jonctions, qui améliorent le rendement en utilisant plusieurs matériaux semiconducteurs ayant des bandes interdites différentes.
- Les revêtements antireflet, qui augmentent l’absorption de la lumière du soleil et réduisent les pertes dues à la réflexion.
- Le suivi solaire ou « tracking », qui consiste à orienter automatiquement les panneaux solaires en fonction de la position du soleil au cours de la journée, afin d’améliorer significativement leur exposition aux rayons et donc leur rendement.
Le fonctionnement d’un panneau photovoltaîque repose donc sur la transformation de l’énergie du soleil en électricité grâce au phénomène de conversion photovoltaïque impliquant les cellules solaires et le silicium.
Le rendement et la production d’électricité sont influencés par différents facteurs tels que l’intensité du rayonnement solaire, l’orientation et l’inclinaison des panneaux, la température et le type de cellules utilisées.
Des recherches et innovations continuent d’être réalisées pour optimiser ces rendements et favoriser le développement de l’énergie solaire dans notre quotidien.
