Les panneaux photovoltaïques sont de plus en plus présents dans notre paysage, ils permettent de capter la lumière du soleil pour la convertir en énergie électrique. Mais comment fonctionnent-ils ? Quels sont les éléments qui composent ces systèmes et comment sont-ils fabriqués ? Dans cet article, nous allons explorer les différentes étapes du processus de transformation de l’énergie solaire en électricité grâce aux panneaux photovoltaïques.
Le principe de base : l’effet photovoltaïque
L’effet photovoltaïque est une réaction physique qui se produit lorsque la lumière, ou plus précisément les photons, entre en contact avec certains matériaux dits semi-conducteurs, comme le silicium. Ces photons vont alors transférer leur énergie aux électrons présents dans les atomes du matériau, leur permettant ainsi de se déplacer librement. Ce mouvement d’électrons crée un courant électrique continu qui peut être utilisé pour alimenter nos appareils électriques.
Les cellules photovoltaïques : le cœur du système
Les cellules photovoltaïques sont les éléments clés du fonctionnement des panneaux. Elles sont généralement réalisées en silicium, un matériau semi-conducteur très présent sur Terre et abondamment utilisé dans l’industrie électronique. Le silicium est toutefois un matériau qui présente une faible capacité de conduction électrique à l’état naturel, il est donc nécessaire de lui ajouter des éléments dits « dopants » afin d’améliorer ses propriétés conductrices.
La structure P-N : la base des cellules photovoltaïques
Le coeur de la cellule photovoltaïque est constitué de deux couches positives (P) et négatives (N) de silicium dopé. La couche P est enrichie avec un élément comme le bore, tandis que la couche N est enrichie avec un autre élément tel que le phosphore. Cette configuration permet de créer un champ électrique entre les deux couches, qui va faciliter la circulation des électrons libérés par l’effet photovoltaïque.
Le module photovoltaïque : l’assemblage des cellules
Les cellules photovoltaïques sont ensuite assemblées pour former un module composé de cellules photovoltaïques, également appelé panneau solaire ou module photovoltaïque. Ces modules sont généralement composés de plusieurs lignes de cellules interconnectées en série, ce qui permet d’additionner leurs tensions individuelles pour obtenir une tension de sortie plus élevée. Chaque cellule produit une tension d’environ 0,5 Volt, et un module standard de 60 cellules peut ainsi atteindre une tension de 30 Volts environ.
Le système à panneaux photovoltaïques : du courant continu au courant alternatif
Le système à panneaux photovoltaïques comprend généralement plusieurs modules solaires connectés entre eux, ainsi que divers équipements électriques et électroniques permettant d’adapter la production d’électricité aux besoins de l’utilisateur. Parmi ces équipements, on trouve notamment :
- L’onduleur : il convertit le courant continu produit par les panneaux en courant alternatif compatible avec nos appareils électriques et le réseau électrique.
- Les câbles et connexions électriques : ils assurent la liaison entre les différents éléments du système (panneaux, onduleurs, compteurs, etc.).
- Les protections électriques : elles garantissent la sécurité du système en cas de surtensions ou de courts-circuits.
- Les supports de fixation : ils maintiennent les panneaux en place sur le toit, au sol ou sur d’autres structures.
Le rayonnement solaire : une ressource inépuisable
Le fonctionnement des panneaux photovoltaïques dépend directement de la quantité de lumière reçue, c’est-à-dire du rayonnement solaire. Plus ce rayonnement est intense, plus les panneaux produisent d’électricité. Cependant, il est important de noter que les panneaux photovoltaïques peuvent également fonctionner avec une faible luminosité, comme par temps nuageux par exemple. Le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques modernes atteint généralement entre 15 et 20 %, ce qui signifie qu’ils sont capables de convertir une partie significative du rayonnement solaire en électricité.
Les capteurs thermiques : une technologie complémentaire
Il ne faut pas confondre les panneaux photovoltaïques avec les capteurs thermiques, qui sont une autre forme de capteurs solaires. Ces derniers utilisent la chaleur du soleil pour produire de l’eau chaude sanitaire ou alimenter un chauffage central. Les deux technologies peuvent être combinées dans un même système solaire hybride, permettant ainsi de maximiser l’utilisation de l’énergie solaire pour satisfaire à la fois les besoins en électricité et en chaleur d’un bâtiment.
En résumé, les panneaux photovoltaïques exploitent l’effet photovoltaïque pour convertir directement la lumière du soleil en électricité. Constitués de cellules photovoltaïques à base de silicium et assemblés en modules, ils permettent de produire une énergie propre, renouvelable et inépuisable grâce au rayonnement solaire.