Introduction
Les cellules solaires, également appelées cellules photovoltaïques, convertissent directement la lumière du soleil en électricité.
Le photovoltaïque (souvent abrégé en PV) tire son nom du processus de conversion de la lumière (photons) en électricité (tension), appelé effet photovoltaïque. Ce phénomène a été exploité pour la première fois en 1954 par des scientifiques des laboratoires Bell qui ont créé une cellule solaire fonctionnelle fabriquée à partir de silicium qui générait un courant électrique lorsqu’elle était exposée à la lumière du soleil.
Aujourd’hui, l’électricité produite par des cellules solaires est devenue compétitive dans de nombreuses régions et des systèmes photovoltaïques sont déployés à grande échelle pour alimenter le réseau électrique.
Comment l'électricité est-elle produite par les panneaux solaires ?
Toute la matière qui nous entoure est composée d’atomes, eux-mêmes constitués de noyaux autour desquels gravitent les électrons, des particules de matière chargées négativement. La lumière est quant à elle composée de particules élémentaires transportant de l’énergie, appelées photons.
- La lumière du soleil vient frapper les cellules photovoltaïques des panneaux
- Les photons transmettent leur énergie aux électrons contenus dans les cellules
- Les électrons sont libérés et circulent librement en produisant un courant électrique continu
Les différentes technologies des cellules photovoltaïques
Cellules solaires en silicium
La grande majorité des cellules solaires actuelles sont fabriquées à partir de silicium et offrent à la fois des prix raisonnables et une bonne efficacité (la vitesse à laquelle la cellule solaire convertit la lumière du soleil en électricité). Ces cellules sont généralement assemblées en modules plus grands qui peuvent être installés sur les toits de bâtiments résidentiels ou commerciaux ou déployés sur des racks montés au sol pour créer d’énormes systèmes à l’échelle industrielle.
Cellules solaires à couches minces
Une autre technologie photovoltaïque couramment utilisée est connue sous le nom de cellules solaires à couches minces , car elles sont constituées de couches très fines de matériaux semi-conducteurs, tels que le tellurure de cadmium ou le diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium. L’épaisseur de ces couches cellulaires n’est que de quelques micromètres, soit plusieurs millionièmes de mètre.
Les cellules solaires à couches minces peuvent être flexibles et légères, ce qui les rend idéales pour les applications portables, comme dans le sac à dos d’un soldat, ou pour une utilisation dans d’autres produits comme les fenêtres qui génèrent de l’électricité à partir du soleil. Certains types de cellules solaires à couches minces bénéficient également de techniques de fabrication qui nécessitent moins d’énergie et sont plus faciles à mettre à l’échelle que les techniques de fabrication requises par les cellules solaires au silicium.
Cellules solaires III-V
Un troisième type de technologie photovoltaïque doit son nom aux éléments qui les composent. Les cellules solaires III-V sont principalement construites à partir d’éléments du groupe III, par exemple le gallium et l’indium, et du groupe V, par exemple l’arsenic et l’antimoine, du tableau périodique. Ces cellules solaires sont généralement beaucoup plus coûteuses à fabriquer que les autres technologies. Mais ils convertissent la lumière du soleil en électricité avec un rendement bien plus élevé. Pour cette raison, ces cellules solaires sont souvent utilisées sur des satellites, des véhicules aériens sans pilote et d’autres applications nécessitant un rapport puissance/poids élevé.
Les différentes catégories des panneaux voltaïques
Les panneaux monocristallins dits "Mono"
Les panneaux solaires monocristallins: dont les cellules sont issues d’un seul cristal de silicium. La structure du cristal est parfaitement homogène ce qui lui donne sa couleur caractéristique qui est généralement parfaitement noire
D’une manière générale, les panneaux monocristallins dispose d’un rendement de conversion plus élevé. Ainsi, à surface égale, un panneau mono aura une production supérieure voire largement supérieure d’un panneau poly. De plus, sur un panneau Mono, la production démarre légèrement plus tôt dans la journée et s’arrête légèrement plus tard dans la soirée. C’est en fait due aux caractéristiques physiques du cristal de silicium. Le tension d’une cellule monocristalline sera plus élevée en comparaison avec une cellule polycristalline à ensoleillement égal. C’est donc un choix particulièrement intéressant pour les besoins importants sur une surface plus réduite.
- Son rendement varie entre 18 et 24%*
- Il est très esthétique et discret avec un beau noir uniforme
- Fonctionne tout aussi bien dans des zones géographiques au taux d’ensoleillement peu important
- Coût légèrement plus élevé
Les panneaux polycristallins dits "Poly"
Les panneaux solaires polycristallins: dont les cellules sont composées de plusieurs cristaux de silicium de tailles diverses et variées ! Contrairement aux cellules monocristallines, les cellules polycristallines ne présentent pas une couleur totalement homogène qui, elle, se rapprochera plutôt du bleu avec plusieurs teintes
Les panneaux polycristallins offrent un rendement surfacique légèrement moins élevé. Le rendement de conversion est plus faible. La production d’énergie démarrera plus tard dans la journée.
- Son rendement varie entre 14 et 18%*
- Son habit de couleur bleu non homogène fait un peu moins l’unanimité
- À privilégier dans les zones à fort taux d’ensoleillement
