Comment ça marche?
La technologie photovoltaïque permet de transformer directement l'irradiation solaire en électricité par le biais de cellules photovoltaïques.
Deux utilisations
• Raccordement au réseau: L'énergie électrique produite est injectée sur le réseau public EDF (ex: centrale photovoltaïque au sol de grande taille). C’est le cas le plus fréquent dans les pays disposant d’une forte intensité de réseau électrique (ex : Europe).
• Site isolé: La production d'énergie photovoltaïque est consommée localement (ex: panneaux installés sur le toit d'une maison s'en servant pour l'éclairage). C’est le cas des zones non reliées à un réseau électrique.
Fonctionnement d'une centrale raccordée au réseau
• L'électricité issue des panneaux solaires (courant continu) est transformée en courant alternatif et stabilisée par l'onduleur, puis transmise au réseau EDF qui la fournit aux consommateurs.
Durée de vie de l'installation
• Les panneaux solaires fonctionnent plus de 30 ans.
• Les onduleurs fonctionnent 10 à 25 ans.
Comment le courant électrique est-il créé?
Principe de fonctionnement:
- • La couche supérieure de la cellule est généralement composée de silicium dopé par un élément de valence1 supérieure (Ex: phosphore). Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d'électrons supérieure à une couche de silicium pur. Il s'agit alors d'un semi-conducteur de type N (excès d'électrons chargés négativement).
- 1: La valence d’un élément chimique est le nombre maximal de liaisons chimiques qu’il peut former.
- • La couche inférieure de la cellule est composée de silicium dopé par un élément de valence inférieure au silicium (Ex: bore). Cette couche possédera donc en moyenne une quantité d'électrons inférieure à une couche de silicium pur. Il s'agit alors d'un semi-conducteur de type P (déficit d'électrons, donc trous chargés positivement).
- • Lorsqu'on met ces deux semi-conducteurs en contact, on crée une jonction PN, qui doit permettre le passage des électrons entre les deux plaques. Cependant, dans le cas d'une cellule photovoltaïque, il faut qu'il y ait un apport d'énergie, sous forme d'un photon de lumière, pour qu'un électron de la couche N soit arraché et vienne se placer dans la couche P, créant ainsi une modification de la répartition de la charge globale dans le système.
- • Deux électrodes sont placées, l'une au niveau de la couche supérieure et l'autre au niveau de la couche inférieure : un courant électrique est créé.
Types de cellules photovoltaïques
Même s'il existe un grand nombre de technologies permettant de produire l'effet photovoltaïque (la plupart étant encore en phase de R&D), deux sont largement industrialisées à ce jour:
- • Le silicium cristallin (mono-cristallin/poly-cristallin);
- • Le silicium en couche mince.
Les cellules mono-cristallines
• Du silicium à l'état brut est fondu pour créer un lingot. Lorsque le refroidissement du silicium est lent et maîtrisé, un mono-cristal de grande dimension est obtenu. Un "wafer" (tranche de silicium) est alors découpé dans le lingot (ou la brique) de silicium. Après divers traitements (traitement de surface à l'acide, création de la jonction PN, dépôt de couche anti-reflet, pose des collecteurs, etc.) le "wafer" devient cellule. Ces cellules mono-cristallines se présentent généralement sous forme de plaquettes rondes ou carrées d'un bleu uniforme.
Les cellules poly-cristallines
• Le "wafer" est scié dans un lingot (ou brique) de silicium dont le refroidissement forcé a créé une structure poly-cristalline. Ce type de cellule est également bleu, mais pas uniforme comme le mono-cristallin car on peut y distinguer des motifs.
• Cette technologie est aujourd’hui la plus répandue car elle présente le rapport rendement / prix / fiabilité le plus attractif. Cette technologie existe notamment depuis plusieurs décennies au contraire des cellules en couche mince, les plus récentes. Elles sont produites par de nombreux fabricants en Europe, Asie et Amérique.
Les cellules en couche mince (amorphe)
• Les "couches minces" désignent une catégorie de cellule obtenue par diffusion d'une couche mince de laminé photovoltaïque sur un substrat (ex : verre). Plusieurs technologies, en fonction de l'alliage utilisé (silicium amorphe, CdTe, CIGS, etc.) sont industrialisées à ce jour. Le rendement de ces cellules est inférieur à celui des cellules cristallines (de l'ordre de 5 à 10%, comparé à des rendements de l'ordre de 13 à 20% pour les cellules cristallines), mais leur coût de fabrication est aussi bien moindre.
• La part de marché des cellules couches minces est d'environ 15%, le reste étant occupé en quasi-totalité par les cellules cristallines.