Le principe des cellules solaires photovoltaïques

Ces dernières années, les installations des produits solaires photovoltaïques (PV) sont devenues de plus en plus populaires dans de nombreux pays. Cette technologie a beaucoup évolué au cours des deux dernières décennies, avec des progrès en termes d’efficacité, de durabilité et d’accessibilité financière. Pour simplifier, les cellules solaires convertissent la lumière du soleil en énergie en utilisant des semi-conducteurs. Toutefois, il est important de noter que les cellules solaires ne sont pas utilisées seules, mais qu’elles sont assemblées pour former un module. Lorsque plusieurs modules sont actuellement connectés, ils forment une installation solaire complète. Pour les propriétaires qui souhaitent installer de l’énergie solaire sur leur toit, un système typique se compose d’environ 30 de ces modules. Bien qu’il y ait plus de détails dans le processus qui ne peuvent être expliqués dans ce paragraphe, il est évident que la technologie solaire photovoltaïque a fait des progrès significatifs et devrait continuer à s’améliorer à l’avenir.

Le silicium en tête du marché

Le silicium est le champion en titre du monde des semi-conducteurs, servant de matériau principal dans la plupart des appareils électroniques et des cellules solaires. Malgré son omniprésence, le raffinage du silicium sous la forme cristalline nécessaire pour conduire l’électricité est un processus chimique complexe qui nécessite des efforts et des ressources considérables. Une fois purifiées, les tranches de silicium sont traitées pour créer une diode, un dispositif capable de conduire le courant dans une seule direction, qui est ensuite insérée entre des contacts métalliques pour faciliter l’accès au courant électrique. Bien que d’autres matériaux soient utilisés dans certaines cellules photovoltaïques, le silicium reste le leader du marché en raison de son abondance, de son prix abordable et de sa fiabilité.

Les panneaux solaires au silicium ont dominé le marché pendant de nombreuses années. Les deux principales formes de silicium utilisées dans ces panneaux solaires sont le polycristallin et le monocristallin. Les panneaux en silicium monocristallin sont composés d’une structure monocristalline, ce qui permet une meilleure circulation des électrons et un rendement plus élevé. Cependant, les cellules solaires polycristallines sont généralement moins coûteuses à produire, ce qui en fait un choix populaire parmi les propriétaires et les entreprises. Malgré leurs différences, les deux types de cellules solaires photovoltaïques sont confrontés à une limite d’efficacité théorique de 32 % en raison de la quantité de lumière solaire que leur semi-conducteur peut absorber. La technologie des panneaux solaires continue de s’améliorer, mais à l’heure actuelle, les panneaux au silicium restent la forme d’énergie renouvelable la plus utilisée.

Le fonctionnement d’une cellule solaire

Les cellules solaires utilisent un matériau semi-conducteur au contact de la lumière du soleil qui conduit l’électricité. La conductivité électrique du matériau est inférieure à celle d’un métal, mais supérieure à celle d’un isolant. Lorsque la lumière du soleil tombe sur le semi-conducteur, une partie de la lumière est absorbée et l’énergie est transférée à des électrons chargés négativement. La création d’un courant électrique résulte du déplacement de ces électrons dans le semiconducteur, les autres couches de la cellule photovoltaïque étant construites de manière à extraire le courant du semiconducteur. La production d’énergie par une cellule solaire passe par des contacts métalliques, qui sont les lignes en forme de grille sur la cellule, avant d’atteindre un onduleur. Dans ce dernier, le courant continu (DC) est converti en courant alternatif (AC) qui est ensuite acheminé vers le réseau électrique et, en fin de compte, vers le système électrique de la maison. La production d’électricité se poursuit tant que le module reçoit la lumière du soleil et que le circuit reste connecté.

La capacité de conversion en électricité

La capacité d’un module à convertir la lumière du soleil en électricité est déterminée par son semi-conducteur, mesurée en laboratoire sous le nom de rendement de conversion photovoltaïque. Cependant, des facteurs tels que la chaleur, l’ombre et la saleté de l’environnement extérieur peuvent entraîner une réduction de l’efficacité de conversion. Dans ce domaine, les chercheurs développent des solutions des cellules solaires photovoltaïques telles que des toiles de fond pour réguler la température des panneaux et de nouvelles conceptions de cellules capables de capter davantage de lumière. Pour augmenter la quantité d’énergie produite par un système solaire photovoltaïque au fil du temps, les fabricants et les chercheurs étudient les cellules solaires bifaciales. Ces cellules sont conçues pour capter la lumière de part et d’autre d’un module solaire en silicium, y compris la lumière réfléchie par le sol ou le toit situé en dessous. Bien que l’impact des cellules bifaciales sur la production d’énergie ne soit pas encore définitif, plusieurs projets visent à établir des mesures standard permettant de mesurer et de modéliser avec précision leurs gains d’efficacité.

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