Dans un monde où la préservation de l’environnement et la recherche d’énergies renouvelables sont au centre des préoccupations, les panneaux photovoltaïques représentent une solution durable et respectueuse de la planète. Mais comment fonctionnent-ils ? Dans cet article, nous vous expliquons le principe de base du fonctionnement des panneaux solaires.
Les éléments constitutifs d’un panneau photovoltaïque
Afin de comprendre le fonctionnement des panneaux photovoltaïques, il est essentiel de connaître leurs principaux composants :
- Les cellules photovoltaïques : ce sont les éléments de base qui transforment la lumière en électricité. Elles sont généralement fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, souvent du silicium.
- Le cadre : il sert à maintenir les cellules photovoltaïques en place et à les protéger contre les intempéries.
- Le verre : placé sur la face avant du panneau, il laisse passer la lumière tout en protégeant les cellules photovoltaïques.
- Le boîtier de jonction : situé à l’arrière du panneau, il permet de connecter les câbles électriques aux cellules photovoltaïques.
- L’onduleur : il convertit le courant continu produit par les cellules photovoltaïques en courant alternatif, qui peut être utilisé pour alimenter des appareils électriques ou être injecté dans le réseau public.
Le principe de fonctionnement d’un panneau photovoltaïque
Le cœur du système réside dans les cellules photovoltaïques, qui sont capables de transformer la lumière du soleil en électricité grâce à l’effet photovoltaïque.
L’effet photovoltaïque : une réaction physique et chimique
Cet effet est basé sur la propriété des matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium, de libérer des électrons lorsqu’ils sont exposés à la lumière. Les photons (particules de lumière) frappent la surface du matériau et transfèrent leur énergie aux électrons présents dans la structure cristalline. Sous l’effet de cette excitation, certains électrons se déplacent et créent un courant électrique.
La création d’un champ électrique
Pour que l’effet photovoltaïque puisse avoir lieu, il est nécessaire de créer un champ électrique au sein de la cellule. Cela est réalisé en combinant deux types de silicium dopés :
- Le silicium de type N, contenant un faible taux d’impuretés (généralement du phosphore), qui lui confère un excédent d’électrons;
- Le silicium de type P, auquel on ajoute des impuretés (souvent du bore) qui créent des « trous » dans la structure cristalline où les électrons peuvent se loger.
Lorsque ces deux types de silicium sont mis en contact, une zone de démarcation appelée jonction PN se forme entre eux. Les électrons du silicium N ont tendance à combler les trous du silicium P, créant ainsi une différence de potentiel électrique et un champ électrique séparant les charges positives et négatives.
La production d’électricité
Lorsque la lumière frappe la surface de la cellule photovoltaïque, les photons transfèrent leur énergie aux électrons présents dans le matériau semi-conducteur. Sous l’effet de cette excitation, certains électrons se déplacent et génèrent un courant électrique continu.
Grâce au champ électrique créé par la jonction PN, les électrons libérés sont orientés dans une seule direction, permettant ainsi la circulation du courant électrique. Ce courant est ensuite recueilli par des contacts métalliques disposés sur la surface de la cellule et acheminé vers l’onduleur, qui le transforme en courant alternatif utilisable pour alimenter des appareils électriques ou être injecté dans le réseau public.
Les facteurs influençant le rendement des panneaux photovoltaïques
Plusieurs paramètres peuvent affecter les performances des panneaux photovoltaïques :
- L’orientation et l’inclinaison : la quantité d’énergie solaire captée par les cellules dépend de la position du soleil et de l’angle sous lequel ses rayons frappent la surface du panneau. L’orientation idéale pour maximiser la production d’électricité est généralement plein sud, avec une inclinaison de 30 à 45 degrés.
- La température : les cellules photovoltaïques sont sensibles à la chaleur, qui réduit leur rendement. Il est donc important de veiller à une bonne ventilation des panneaux et de prévoir un espace suffisant entre eux et le support sur lequel ils sont installés.
- Le vieillissement : les performances des panneaux photovoltaïques diminuent lentement avec le temps, notamment en raison de la dégradation des matériaux semi-conducteurs et de la corrosion des contacts électriques. Toutefois, cette perte de rendement reste faible : après 25 ans, un panneau affiche généralement encore 80 % de sa puissance initiale.
En conclusion, le fonctionnement des panneaux photovoltaïques repose sur l’effet photovoltaïque et la capacité des cellules à convertir la lumière du soleil en électricité. Bien que leur rendement puisse être influencé par divers facteurs, les panneaux solaires représentent une alternative durable et écologique aux sources d’énergie traditionnelles, contribuant ainsi à la préservation de notre environnement et à la lutte contre le changement climatique.