Vous êtes-vous déjà demandé comment les panneaux solaires sur les toits transforment la lumière du soleil en électricité ? La cellule photovoltaïque (abrégée PV) est le composant central qui rend ce processus possible. Aujourd’hui, nous allons explorer en détail le fonctionnement d’une cellule solaire.

Le cœur de la cellule solaire : l’effet photovoltaïque

Le principe de fonctionnement des cellules photovoltaïques repose sur un phénomène appelé « effet photovoltaïque ». Lorsque les photons (particules de lumière) frappent la cellule solaire, ils excitent les électrons à l’intérieur, les mettant en mouvement et générant ainsi un courant électrique. Ce processus peut être simplifié en trois étapes :

  • Absorption des photons et excitation des électrons : Les cellules solaires sont constituées d’un matériau semi-conducteur, généralement du silicium, capable d’absorber les photons de la lumière solaire. Lorsque les photons heurtent les atomes de silicium, ils « éjectent » les électrons de leur structure atomique.
  • Mouvement des électrons pour former un courant : À l’intérieur de la cellule solaire, un champ électrique (généralement créé par du silicium de type P et de type N) force les électrons à circuler dans une direction spécifique, produisant ainsi un courant continu (DC).
  • Collecte et transmission du courant : Le flux d’électrons est capturé par des électrodes métalliques et transmis via des circuits à des dispositifs tels que des onduleurs, où il est finalement converti en courant alternatif (AC) pour un usage domestique et commercial.

Pourquoi utilise-t-on du silicium dans les cellules solaires ?

Le silicium est un matériau semi-conducteur idéal, non seulement abondant dans la nature, mais aussi doté d’excellentes propriétés de conversion photovoltaïque. Les cellules solaires au silicium se divisent principalement en deux types :

  • Cellules solaires en silicium monocristallin : Fabriquées à partir de silicium à structure cristalline unique, elles permettent aux électrons de se déplacer plus librement, offrant ainsi un rendement plus élevé, généralement supérieur à 20 %.
  • Cellules solaires en silicium polycristallin : Produites par fusion de plusieurs cristaux de silicium, leur coût de fabrication est plus faible, mais leur efficacité est légèrement inférieure à celle du silicium monocristallin.

Comment améliorer l’efficacité des panneaux solaires ?

Une seule cellule solaire produit une quantité limitée d’électricité. C’est pourquoi plusieurs cellules sont généralement connectées pour former un panneau solaire. Un panneau solaire résidentiel standard contient généralement 60 ou 72 cellules solaires, tandis que les systèmes commerciaux à grande échelle peuvent en contenir davantage pour augmenter la capacité de production.

Outre l’augmentation du nombre de cellules, les scientifiques optimisent constamment l’efficacité des cellules solaires grâce à des innovations telles que :

  • Les cellules solaires multijonctions : Utilisant des couches semi-conductrices de différents matériaux, elles absorbent un spectre lumineux plus large et améliorent l’efficacité de conversion énergétique.
  • Les cellules solaires à pérovskite : Plus légères et moins chères que les cellules au silicium traditionnelles, elles pourraient devenir à l’avenir la principale technologie du marché.
  • Les revêtements anti-reflets : Réduisent la réflexion de la lumière solaire, augmentent l’absorption lumineuse et améliorent la production d’électricité.

Applications des systèmes photovoltaïques solaires

Aujourd’hui, les systèmes photovoltaïques solaires sont largement utilisés dans les foyers, les bâtiments commerciaux, les installations industrielles et même dans le domaine spatial.

  • Systèmes photovoltaïques résidentiels : Réduisent les factures d’électricité et permettent de revendre le surplus d’énergie au réseau, générant ainsi des revenus.
  • Systèmes photovoltaïques commerciaux et industriels : Aident les entreprises à réduire leur consommation d’énergie, à améliorer leur autonomie énergétique et à diminuer leurs émissions de carbone.
  • Systèmes solaires hors réseau : Fournissent une alimentation électrique stable aux zones reculées ou non connectées au réseau, comme les régions montagneuses, les îles ou les équipements en milieu isolé.

Le mot de la fin :

Les cellules photovoltaïques sont en train de remodeler le paysage énergétique mondial, ouvrant la voie à une adoption généralisée des énergies renouvelables propres. Des toits des habitations aux centrales photovoltaïques à grande échelle, cette technologie transforme progressivement notre mode de vie.