Technologie solaire photovoltaïque

Les panneaux solaires photovoltaïques (PV) sont constitués de plusieurs cellules photovoltaïques. Les cellules sont des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent l’énergie du soleil directement en électricité.
Le cœur de presque tous les dispositifs semi-conducteurs est la jonction PN, la jonction entre un matériau de type N chargé négativement qui a un surplus d’électrons, et un matériau de type P chargé positivement qui a une déficience en électrons. Lorsque des photons de lumière frappent la jonction, de l’énergie est transmise à l’électron et elle est libérée pour pouvoir circuler en tant que courant électrique. Il y a deux électrodes qui établissent un contact électrique avec la cellule. L’électrode sur la surface supérieure est composée de fils très fins. Il doit entrer en contact le plus possible avec le matériau de type N, mais il doit aussi minimiser le blocage des photons de lumière. Le contact inférieur est un conducteur en forme de feuille solide.

Parce que les électrons résident dans le matériau de type N, plus la couche de matériau de type N (généralement du silicium) est épaisse, plus le potentiel électrique d’une cellule sera important. Mais, comme le matériau de type N est le côté de la cellule qui est exposé au soleil, lorsque cette couche devient plus épaisse, moins de photons de lumière pourront pénétrer dans la jonction PN (figure 1).

Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Les panneaux monocristallins

Les cellules PV monocristallines sont tranchées à partir d’un seul lingot homogène qui a été extrait lentement du silicium fondu. Cela donne aux cellules un aspect sombre et uniforme (figure 3). Les cellules sont ensuite découpées en carrés pour maximiser la surface lorsqu’ils sont connectés ensemble pour former un panneau, et les couches conductrices sont appliquées. De nombreux fabricants de systèmes photovoltaïques, y compris Conergy et Schuco, publient des rendements de modules d’environ 15% pour les panneaux mono et polycristallins de conceptions comparables.

Les panneaux polycristallin

Les cellules polycristallines sont tranchées à partir d’un lingot qui a été fabriqué en moulant plusieurs cristaux de silicium ensemble. Cela donne aux cellules une apparence multi-facettes. Les panneaux photovoltaïques polycristallins et monocristallins sont, ensemble, les chevaux de trait de l’industrie photovoltaïque solaire, utilisés dans tous les aspects de l’industrie, des grandes fermes solaires aux maisons hors réseau jusqu’aux applications mobiles autonomes telles que les panneaux de signalisation. Ils viennent tous les deux avec leur propre cadre qui permet de les monter plus facilement. Les panneaux monocristallins et polycristallins ont une puissance élevée par rapport aux autres panneaux photovoltaïques. Ils constituent un bon choix pour les installations sur le toit où l’espace est limité.

PV en couche mince

Les cellules à couche mince peuvent être constituées d’une couche de silicium amorphe ou d’autres matériaux tels que le tellurure de cadmium. Les couches sont très minces parce qu’elles sont fabriquées en utilisant un procédé de dépôt de vapeur qui donne des couches beaucoup plus minces que celles utilisées dans les cellules mono ou poly. Parce que la couche de silicium que les photons doivent pénétrer est plus mince, les cellules à couche mince ont une plus grande efficacité lorsque le rayonnement solaire est plus faible, par exemple dans des conditions nuageuses ou couvertes ou lorsque le soleil est bas. Le compromis est que les panneaux en couche mince ont une plus faible, ce qui signifie qu’il faut plus de surface de ce type de panneau que les panneaux mono ou poly- cristallins pour produire la même quantité d’énergie dans de bonnes conditions. Une caractéristique des panneaux à couche mince pour la production d’énergie commerciale est qu’ils sont souvent fabriqués sans cadre structurel, ce qui augmente le temps, la difficulté et le coût de leur montage. Ce coût supplémentaire compense les économies réalisées dans le processus de fabrication.

Ces panneaux sont utilisés presque exclusivement sur les fermes solaires où il n’y a aucune limitation sur la taille de la matrice. Les cellules à couche mince sont flexibles et peuvent être transformées en panneaux flexibles et fixées sur des surfaces courbes avec des adhésifs. Les caractéristiques flexibles du panneau à couches minces en font un bon choix pour les applications de PV intégré au bâtiment (BIPV), pour les toits à membrane plate ou les toits inclinés en acier. Les panneaux flexibles à couches minces connaissent également une popularité croissante pour les véhicules de loisirs et les sports de voile.

Les technologies émergentes.

La plupart des recherches dans l’industrie solaire se concentrent sur l’amélioration des technologies existantes dans les cellules mono ou polycristallines. Un autre objectif est de concentrer le rayonnement solaire sur moins de cellules dans le but de réduire le coût global en remplaçant les cellules photovoltaïques coûteuses par des réflecteurs bon marché ou des lentilles de Fresnel. Mais la plupart des entreprises qui ont essayé cela ont été incapables de surmonter la perte de puissance des cellules photovoltaïques à mesure que la température augmente.

Une nouvelle technologie très prometteuse consiste à utiliser des cellules solaires organiques ! En suivant l’exemple des diodes électroluminescentes organiques (OLED ) dans l’industrie de la LED et de la télévision. Les cellules mesurent 1/10 de l’épaisseur d’une cellule PV à couche mince, les rendant pratiquement transparentes. La propriété transparente de ces nouvelles cellules leur permet d’être utilisé sur les surfaces vitrées, car elles absorbent une partie de la radiation du soleil avant qu’il ne pénètre dans les bâtiments. Elles sont si transparentes que cela n’affecte pas la clarté des fenêtres. Cependant, il n’y a actuellement aucun produit commercial disponible.

Add Comment