Les rayons du soleil sont une source d’énergie propre intarissable. De nos jours, grâce aux panneaux solaires photovoltaïques, nous pouvons transformer toute cette énergie solaire en électricité. Magique ? Non, scientifique ! Wikipower vous explique de façon très simple le fonctionnement d’une installation photovoltaïque.
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Le principe d’une cellule photovoltaïque : explications simples
Tout commence au niveau des cellules photovoltaïques, dont sont composés tous les panneaux. L’électricité est produite grâce à ce qu’on appelle l’effet photoélectrique. Il s’agit de l’émission d’électrons par un matériau soumis à l’action de particules lumineuses, les photons.
Ainsi, dans un panneau photovoltaïque, le courant électrique est créé par l’échange d’électrons. Celui-ci résulte d’un déséquilibre de charge entre les deux couches semi-conductrices en cristaux de silicium. L’une est dopée avec des atomes de phosphore et l’autre avec des atomes de bore.
Le fonctionnement d’une installation photovoltaïque exposé au soleil
Découvrons maintenant ce qui se passe au niveau des panneaux.
Les cellules des panneaux photovoltaïques transforment la lumière directe (rayons de soleil) et indirecte (lumière du soleil présente en temps nuageux) en l’électricité. Donc, tant qu’il fait clair, votre installation produira du courant électrique, même si le soleil ne brille pas directement sur les panneaux.
Pour obtenir un rendement optimal, il est donc vivement conseillé d’installer des panneaux sur un toit dont l’inclination est d’environs 35° et qui soit orienté plen sud. Cela étant, tant que le pan de la toiture n’est pas dirigé vers le nord, les panneaux pourront générer un rendement appréciable pour l’habitation.
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Le rôle de l'onduleur, une pièce maîtresse dans l'installation
Lorsque le soleil tape sur vos panneaux et qu’ils produisent de l’électricité, celle-ci va transiter par des câbles, vers un onduleur. Cette boîte (avec ou sans transformateur) transforme ce courant continu, en courant alternatif pour qu’il soit utilisable par vos appareils et par le réseau électrique. Un compteur d’électricité mesure alors la quantité d’électricité que vous produisez.
Sachez qu’il existe des onduleurs de puissances différentes. Pour savoir lequel choisir, mieux vaut faire appel à un professionnel qui, selon votre situation, pourra vous diriger vers l’appareil adéquat.
Un toit ombré ? Il y a des solutions
Si vous subissez de l’ombre sur votre toit à certains moments de la journée ou pendant certaines saisons, un optimiseur sera peut-être nécessaire. Cet appareil permet d’éviter que votre installation arrête de produire de l’électricité à cause de cette ombre.
L’explication provient de la façon dont sont reliés les panneaux. Ceux-ci sont connectés en série, et donc s’il n’y a pas d’optimiseur, la productivité de l’ensemble de l’installation s’en retrouvera pénalisée. En effet, la puissance de l’installation correspondra alors à la puissance du panneau qui produit le moins (le panneau avec une ombre). L’optimiseur permettra de combiner les panneaux photovoltaïques afin d’optimiser au mieux la performance d’installation.
La fabrication d’une cellule photovoltaïque au silicium
Tout ce système ne serait pas possible sans les matériaux de base et leurs propriétés physiques. C’est pourquoi nous nous penchons maintenant sur la composition des cellules photovoltaïques et sur son assemblage. On peut la décomposer en trois grandes étapes :
L’élément principal composant les cellules photovoltaïques est le silicium. C’est un des éléments les plus abondants dans la croûte terrestre sous forme d’oxydes. Il est extrait du sable par des procédés métallurgiques.
Le silicium métallurgique est ensuite purifié et coulé en lingots.
Les lingots sont coupés en wafers (fines tranches) de moins de 0,3 mm d’épaisseur. Certains sont dopés avec du bore, d’autres avec du phosphore et par la suite, assemblés dans un four à haute température. La couche antireflets est créée et les contacts sont posés.
La composition des panneaux
Enfin, examinons de plus près la composition des panneaux solaires dans leur entièreté.
- Les cadres des panneaux photovoltaïques sont en aluminium.
- Quant à la surface exposée aux intempéries, elle est en verre trempé.
- En-dessous du verre se trouvent les cellules en silicium, connectées entre elles avec des contacts en argent ou des plaques de cuivre.
- Le verre et les cellules sont collés à l’aide d’une feuille transparente de résine EVA (éthylène-acétate de vinyle).
- Pour finir, l’arrière du panneau est protégé par un film synthétique (Tedlar).
Plutôt des panneaux noirs (monocristallins) ou bleus (polycristallins) ?
Vous avez peut-être déjà remarqué que les panneaux solaires sont soit noirs, soit bleus. Il y a une raison bien simple à cela : il ne s’agit pas du même type de panneaux.
Les premiers sont des panneaux monocristallins, c’est-à-dire composé d’un seul cristal de silicium. De ce fait, ils prennent une couleur unie oscillant entre le noir et le gris. Les seconds sont des panneaux polycristallins, formés à partir de plusieurs cristaux. C’est pour cette raison que leur couleur bleue n’est pas uniforme.
Pour capter un maximum de rayonnement direct, les panneaux monocristallins sont mieux adaptés. Leur couleur plus foncée leur permet en effet de capter plus efficacement les rayons du soleil. Pour capter de la lumière indirecte, par contre, les panneaux polycristallins seront plus indiqués à cause de leur structure en éventail.
Cas de la centrale photovoltaïque : utiliser l'énergie solaire à grande échelle
Les panneaux solaires ne sont pas réservés à l’usage privé, bien au contraire. Un peu partout dans le monde, des industriels ont fait installer des centrales électriques photovoltaïques. Voici leur fonctionnement en vidéo.
Vous connaissez désormais le mode de fonctionnement d'une installation photovoltaïque
Ce n’était pas sorcier, n’est-ce pas ? Bien sûr, nous n’avons fait qu’effleurer la surface du sujet pour que le concept reste accessible à tous, même aux plus jeunes.
Néanmoins, vous avez désormais une idée globale de la façon dont fonctionnent des panneaux photovoltaïques :
- Les photons du soleil tapent sur les cellules photovoltaïques faites de silicium ;
- Par l’effet photoélectrique et grâce à deux couches semi-conductrices, les électrons sont libérés dans le circuit électrique, créant un courant électrique ;
- Il passe dans l’onduleur qui le transforme en courant alternatif ;
- La production d’électricité est assurée par plusieurs panneaux connectés en série ;
- Le courant est disponible pour alimenter vos appareils électriques.
Vous générez ainsi votre propre électricité (c’est le cas de le dire !). Cela signifie donc une facture d’électricité réduite et une moindre dépendance aux énergies fossiles ou nucléaires. Fascinant, n’est-ce pas ?
La bonne nouvelle, c’est qu’en plus d’être bénéfique pour la transition énergétique, il s’agit d’une solution rentable et de plus en plus abordable. Il est temps de vous prémunir contre les hausses de prix de l’électricité avec une installation verte et économique !
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L’étape suivante ? Installer vos panneaux ! Pour être certain de profiter des meilleures conditions, vous pouvez poser toutes vos questions à nos conseillers, joignables au 0800 37 533 (du lundi au vendredi, de 9h00 à 18h00). Bonne future production solaire !
Source : EcoInfo
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