Le fonctionnement des panneaux solaires


La cellule photovoltaïque (ou cellule solaire) est l'élément de base des panneaux solaires. Elle permet de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, en utilisant l'effet photovoltaïque. L'emploi des cellules photovoltaïques reste limité en raison de leur prix élevé et de leur faible rendement de conversion.
Sur terre, l’absorption préférentielle par l’atmosphère de certaines longueurs d’onde modifie quelque peu le spectre solaire, mais l’énergie fournie est toujours importante, non polluante, inépuisable et assez uniformément répartie à la surface du globe.
L'effet photovoltaïque implique la production et le transport de charges négatives et positives sous l'effet de la lumière dans un matériau semi-conducteur : lorsque les photons heurtent la surface de ce matériau, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ceux-ci se mettent alors en mouvement dans une direction particulière, créant ainsi un courant électrique qui est recueilli par des fils métalliques très fins.

Description de la cellule solaire : La cellule est constituée de plusieurs couches :

- une couche de protection translucide (n'est pas sur le schéma)
- une couche conductrice (k) qui sert de cathode (pôle -) (grille méthallique)
- une couche avec porteurs de charges libres négatives (N), d'épaisseur e
- une jonction entre (N) et (P)
- une couche avec porteurs de charges libres positives (P) (cristal semi-conducteur)
- une couche de contact conductrice en métal (a) qui joue le röle de l'anode (pôle +)
- une couverture pour la protection contre les influences externes (n'est pas sur le schéma)

L'épaisseur totale de la cellule est de l'ordre du millimètre.
Les couvertures de protection sont indispensables, la cellule photovoltaïque étant très fragile.
Pour obtenir une puissance suffisante, les cellules sont reliées entre elles et constituent le panneau solaire. La puissance électrique fournie au récepteur dépend de l'intensité de l'ensoleillement. Elle est donc nulle la nuit et à son maximum quand le soleil est au zénith.


Fonctionnement :

Un rayon lumineux qui frappe la cellule peut pénétrer dans le cristal (en général du silicium) en passant au travers de la grille et provoquer l'apparition d'une tension entre la cathode et l'anode. La présence du champ électrique est dû à l'existence de la jonction (J). Il provoque l'accumulation des porteurs de charge produits par le rayonnement lumineux vers les deux électrodes a et k.


Le solaire thermique : L'effet photovoltaïque se distingue du solaire thermique qui ne produit pas de l'électricité mais transforme le rayonnement solaire en chaleur.
Nous avons rencontré monsieur Bickel qui possè une installation de ce type chez lui :
Il a installé des capteurs solaires tout d'abord par économie. Il chauffe l'eau par ce moyen, et donc, consomme peu d'énergie. L'installation reste toutefois d'un coût élevé. Grâce à l'énergie solaire, il peut faire monter l'eau à une température de 60°C en hiver et 90°C en été. Il ne peut utiliser ce dispositif que 8 mois sur 12, mais cela dépend bien sûr de la météo. De novembre à février (à peu près), il a besoin d'un appoint. D'après M.Bickel, l'Alsace semble être une région qui convient bien à des installations solaires.

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