LA CELLULE PHOTOVOLTAÏQUE
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT :
La conversion énergétique permettant de produire de l'électricité et faite à l'aide de semi-conducteurs.
Ils sont principalement fabriqués à partir de silicium pour les cellules monocristallin ou polycristallin mais on peut également trouver des mélanges un peu plus exotiques comme le tellurure de cadmium (CdTe) ou cuivre indium gallium (CIGS) pour les cellules solaires à couche mince.
Ces éléments sont placés dans des cellules solaires qui sont ensuite assemblées pour former un panneau photovoltaïque.
Le fonctionnement de la cellule photovoltaïque est fondé sur les propriétés de semi-conducteurs qui, percutés par les photons, mettent en mouvement un flux d’électrons.
Les photons sont des particules élémentaires qui transportent l’énergie solaire à 300 000 km/s et qu’Albert Einstein appelait dans les années 1920 les « grains de lumière ».
Lorsqu’ils frappent un élément semi-conducteur comme le silicium , ils arrachent des électrons à ses atomes.
Ces électrons se mettent en mouvement, de façon désordonnée, à la recherche d’autres « trous » où se repositionner.
Mais pour qu’il y ait un courant électrique, il faut que ces mouvements d’électrons aillent tous dans le même sens.
Pour les y aider, on va associer deux types de silicium. La face exposée au soleil est « dopée » avec des atomes de phosphore qui comportent plus d’électrons que le silicium, l’autre face est dopée avec des atomes de qui comportent moins d’électrons.
Cette double face devient une sorte de pile : le côté très chargé en électrons devient la borne négative (N), le côté avec moins d’électrons devient la borne positive (P). Entre les deux il se crée un champ électrique.
Silicium dopé au phosphore, dont les atomes possèdent davantage d’électrons que ceux du silicium.
Silicium dopé N
Zone de jonction PN
Silicium dopé au bore, dont les atomes possèdent moins d’électrons que ceux du silicium.
Silicium dopé P
Quand les photons viennent exciter les électrons, ceux-ci vont migrer vers la zone N grâce au champ électrique, tandis que les « trous » vont vers la zone P. Ils sont récupérés par des contacts électriques déposés à la surface des deux zones avant d’aller dans le circuit extérieur sous forme d’énergie électrique. Un courant continu se créé. Une couche anti-reflet permet d’éviter que trop de photons se perdent en étant réfléchis par la surface.
Association de cellules
Les cellules sont souvent réunies dans des modules solaires photovoltaïques ou panneaux solaires, en fonction de la puissance recherchée.
Un panneau solaire photovoltaïque est un générateur électrique de courant continu constitué d’un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement.
Bilan énergétique
Le rendement énergétique d’un panneau photovoltaïque est d’environ 10 à 20%
Les différentes technologies
SILICIUM MONOCRISTALLIN
•Un seul cristal de silicium pur
•Rendement : 15 à 22 %
•Coût élevé
SILICIUM POLYCRISTALLIN
•Morceaux de silicium assemblés
•Rendement : 11 à 15 %
•Coût moyen
EN COUCHES MINCES
•Rendement : 5 à 10 % et plus…
•Coût moyen
•Les modules peuvent être souples
Vidéo:
GENERATEUR PHOTOVOLTAÏQUE
ASSEMBLAGE DES CELLULES
CARACTERISTIQUES
IRRADIANCE
RENDEMENT
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