les panneaux photovoltaïques
Historique
La conversion d'énergie solaire en énergie électrique a été observée pour la première fois par Edmond Becquerel. Au début, les premières cellules solaires avaient un rendement limité, c'est pour cette raison qu'elles ne se sont presque pas développées à cette époque. Ce n'est qu'à partir des années 50, quand la N.A.S.A. a adopté l'énergie solaire comme source d'énergie principale pour les applications spaciales, que l'énergie solaire a commencé à se développer. Les recherches d'après guerre ont permis d'améliorer leurs performances et leur taille et ce n'est qu'en 1954 que trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince mettent au point une cellule photovoltaïque au silicium dans les laboratoires de la compagnie Bell téléphone. Par la suite les chercheurs ont continué à développer cette énergie. Aujourd'hui encore, on continue à chercher des façons de la développer car on estime ne pas l'utiliser au maximum de ses capacités.
Comment fonctionnent-ils?
Les panneaux photovoltaïques sont dotés de cellules photovoltaïques, mais comment ces cellules génèrent-elles un courant électrique?
Tout d'abord, le fonctionnement d'une cellule photovoltaïque repose sur le matériau qui la compose: le silicium. En effet, le silicium est un semi-conducteur, c'est-à-dire que ce n'est pas un métal et qu'il ne conduit pas l'électricité de la même façon selon l'éclairement, la température... Le silicium n'est cependant pas le seul semi-conducteur. Comme on le trouve en abondance sur Terre puisqu'il se trouve dans le sable, on l'a choisi pour les cellules photovoltaïques.
Le silicium est constitué d'atomes (un noyau autour duquel gravitent des électrons de charges négatives). Lorsque ces atomes sont exposés à la lumière, leurs électrons s'agitent et se baladent d'atome en atome, mais ne font pas pour autant un courant électrique... Un courant électrique c'est une circulation d'électrons dans un sens bien précis.
Pour obtenir ce courant, on va doper le silicium. Le dopage du silicium a pour but d'obtenir d'un coté un surplus d'électrons et de l'autre un déficit d'électrons (on crée une tension électrique). De ce fait, les électrons circulent d'une borne négative (où on a un surplus d'électrons) vers une borne électrique (où il en manque).
On ajoute du phosphore dans la couche exposée à la lumière car ses atomes possèdent plus d'électrons que le silicium, et on ajoute du bore dans la couche inférieure car ses atomes possèdent moins d'électrons que ceux du silicium. On obtient donc sur la couche supérieure une borne négative avec un surplus d'électrons, et sur la couche inférieure une borne positive avec un déficit d'électrons (c'est le principe d'une pile). Il suffit maintenant de brancher des fils sur chaque borne et le courant circule.
Avec les panneaux photovoltaïques, ce n'est pas la chaleur que l'on cherche, mais le rayonnement. L'énergie photovoltaïque est donc inépuisable car il y a toujours de la lumière, bien que les nuages la filtre pour notre plus grand malheur. Evidemment, en fonction de l'exposition du panneau photovoltaïque et de la quantité de nuages présents devant notre bien-aimé Soleil, le production d'énergie solaire va varier.
Quels sont les types de cellules photovoltaïques existants?
Les cellules monocristallines:
Ces cellules sont issues d'un seul bloc de sillicium, et sont donc très pures. Plus une cellule est pure, plus son rendement est important. Cependant, les cellules photovoltaïques sont très fragiles et il est donc très difficile de les rendre pures. Ces cellules de silicium monocristallin sont donc très chères à la production et très chères à la vente. On reconnaît ces cellules à leur forme (très souvent octogonale) et à leur couleur foncée. En terme de rendement, ce sont les plus efficaces: elles ont un rendement qui se trouve entre 15% et 20%. Ces cellules permettent de produire le plus d'énergie avec le moins de surface.
Les cellules polycristallines:
Ces cellules sont fabriquées à partir d'un bloc de silicium cristallisé. Elles sont moins pures que les cellules monocristallines, mais sont quand même assez pures. Ce sont les cellules les plus fréquentes (elles constituent les panneaux du SunTree), car elles sont moins coûteuses que les monocristallines. On les reconnait à leur forme rectangulaire, et à leur couleur bleu-nuit munie de reflets. Leur rendement oscille entre 11% et 15%.
Les cellules amorphes:
Les cellules amorphes sont produites à partir d'un "gaz de silicium", qui est projeté sur du verre, du plastique souple ou du métal par un procédé de vaporisation sous vide. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites « solaires », car ce type de cellule est bon marché et la technologie est utilisable sur de nombreux supports, notamment des supports souples. Le problème c’est que son rendement est 2 à 3 fois plus faible que celui des cellules monocristallines. Cependant elle n'a pas besoin de beaucoup de lumière pour pouvoir alimenter en petite quantité.
