Un panneau solaire, également appelé module photovoltaïque, convertit la lumière du soleil en électricité à l’aide de cellules photovoltaïques. Voici comment fonctionne un panneau solaire de manière simplifiée :
Cellules Photovoltaïques : Le composant de base d’un panneau solaire est la cellule photovoltaïque. Ces cellules sont généralement fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium.
Effet Photovoltaïque : Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules photovoltaïques, elle excite les électrons dans le matériau semi-conducteur. Cet effet, connu sous le nom d’effet photovoltaïque, génère un flux d’électrons.
Création d’un Courant Électrique : Les électrons excités par la lumière du soleil créent un courant électrique. Ce courant circule à travers la cellule photovoltaïque et génère une différence de potentiel électrique, créant ainsi de l’électricité.
Circuits et Câblage : Les cellules photovoltaïques sont interconnectées à l’intérieur d’un panneau solaire. Les panneaux solaires sont également équipés de circuits et de câblage pour collecter et transporter l’électricité générée.
Production d’Électricité Continue : Les panneaux solaires produisent de l’électricité de manière continue tant qu’ils sont exposés à la lumière du soleil. Cependant, leur production dépend de la quantité de lumière solaire disponible.
Onduleur : L’électricité générée par les panneaux solaires est généralement en courant continu (CC). Pour être utilisée dans les foyers et les installations électriques, elle doit être convertie en courant alternatif (CA) à l’aide d’un onduleur.
Intégration dans le Système Électrique : L’électricité produite par les panneaux solaires peut être intégrée dans le réseau électrique ou stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure.
Les panneaux solaires peuvent être utilisés à différentes échelles, de petits systèmes résidentiels à des installations solaires à grande échelle. Ils sont une source d’énergie renouvelable et propre, contribuant à la réduction des émissions de gaz à effet de serre et de la dépendance aux combustibles fossiles.
De manière plus approfondie, le fonctionnement d’un panneau solaire implique plusieurs processus physiques et électroniques. Voici ainsi une explication plus détaillée des principes de fonctionnement.
Matériau Semi-Conducteur : Les cellules photovoltaïques sont généralement composées de semi-conducteurs, comme le silicium cristallin ou amorphe. Le silicium est choisi pour ses propriétés semi-conductrices, qui permettent la création d’un courant électrique lorsqu’il est exposé à la lumière.
Structure des Cellules Photovoltaïques : Une cellule photovoltaïque est constituée de plusieurs couches de matériaux semi-conducteurs. La couche supérieure est dopée négativement (type N), tandis que la couche inférieure est dopée positivement (type P). Cette structure crée une zone p-n (jonction PN) dans la cellule.
Absorption de la Lumière : Lorsque la lumière du soleil, composée de photons, atteint la cellule photovoltaïque, elle est absorbée par le matériau semi-conducteur. L’énergie des photons excite les électrons dans la zone PN, créant des paires électron-trou.
Séparation des Paires Électron-Trou : La jonction PN facilite la séparation des paires électron-trou. Les électrons excités migrent vers la couche N, tandis que les trous restent dans la couche P.
Génération d’un Champ Électrique : La migration des électrons et des trous crée un champ électrique à travers la cellule photovoltaïque. Ce champ électrique induit un flux d’électrons le long d’un circuit externe connecté à la cellule.
Courant Électrique : Le flux d’électrons à travers le circuit externe constitue un courant électrique. C’est ce courant qui peut être capté et utilisé comme source d’électricité.
Circuits Internes : À l’intérieur d’un panneau solaire, plusieurs cellules photovoltaïques sont interconnectées en série ou en parallèle pour former un module. Des circuits internes relient ces cellules, optimisant la production d’électricité.
Onduleur : Comme mentionné précédemment, le courant généré par les cellules solaires est en courant continu (CC). Pour être utilisé dans les systèmes électriques domestiques ou être injecté dans le réseau, il doit être converti en courant alternatif (CA) à l’aide d’un onduleur.
Intégration dans le Système Électrique : L’électricité produite par les panneaux solaires peut être utilisée directement dans une habitation, stockée dans des batteries pour une utilisation ultérieure, ou injectée dans le réseau électrique.
Suivi du Point de Puissance Maximale (MPPT) : Les systèmes solaires peuvent être équipés de dispositifs de suivi du point de puissance maximale, qui ajustent en temps réel les conditions de fonctionnement des panneaux pour maximiser leur efficacité.
En résumé, le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque implique la conversion de l’énergie lumineuse en électricité grâce aux propriétés semi-conductrices d’un matériau comme le silicium, suivi de plusieurs processus électroniques pour produire un courant électrique utilisable.