Comment fonctionne une centrale photovoltaïque ?
Le solaire est l’une des sources d’énergie renouvelable les plus répandues avec l’hydraulique et l’éolienne. La centrale photovoltaïque se reconnaît de loin avec ses champs de panneaux bleus. Dans quelle mesure cette technologie se démarque-t-elle du solaire thermique ? Quelles sont les différentes étapes qui mènent à la production d’énergie grâce à la lumière du soleil ?
Le fonctionnement des panneaux solaires
Contrairement aux installations thermiques et thermodynamiques, le photovoltaïque n’utilise pas la chaleur du soleil. Elle a recourt à sa lumière pour produire de l'énergie. Les cellules de ce dispositif sont conçues avec des matériaux semi-conducteurs. Ses deux faces présentent respectivement un déficit et un excès d’électron.
Leurs cristaux de silicium subissent un dopage n avec des atomes de phosphore sur une couche. Sur une autre, ils sont exposés à un dopage p avec des atomes de bore.
Le dopage n est négatif, car il contient 5 électrons de phosphore de charge (-) contre 4 électrons de silicium. Le dopage p est, quant à lui, positif. Il contient 3 électrons de bore contre 4 de silicium.
Quand ces matériaux sont exposés à la lumière, les photons éjectent des électrons des couches positives et négatives. Ceux-ci se déplacent à travers le circuit fermé du panneau, et ce sont ces mouvements qui génèrent de l’énergie. Les électrons qui se trouvaient dans la partie n excédentaire migrent vers la zone p déficitaire.
Conversion de l’énergie et raccord
Les panneaux solaires au sol génèrent de l’électricité en courant continu. Celle-ci doit ensuite être transformée en courant alternatif pour pouvoir être injecté dans le réseau électrique. Cette conversion est réalisée par des onduleurs de chaîne ou centralisés. Des Maximum Power Point Tracking peuvent leur être rajoutés pour améliorer leur impact.
La tension du courant à la sortie de l’onduleur se situe autour de 480 VAC. Cette valeur est nettement inférieure à celle des réseaux d’électricité. Cette dernière peut se chiffrer jusqu’à une centaine de milliers de volts. Le circuit est alors équipé de transformateurs pour adapter sa tension et sa phase aux paramètres du réseau électrique.
Dans le cas d’un site isolé, l’électricité produite est stockée indirectement dans des batteries ou dans des accumulateurs cinétiques. À ce jour, ces technologies s’avèrent très onéreuses. Dans la majorité des cas, l’électricité est directement injectée dans le réseau local.
Les développements autour du solaire photovoltaïque
Les panneaux photovoltaïques ont plus de mal à produire efficacement de l’électricité en période de forte chaleur ou de canicule.
Dans ces conditions, l’installation la plus adaptée combine les technologies photovoltaïques et thermiques. Cela permet de produire de la chaleur ou de l’électricité.
L'installation d'une centrale solaire en montagne présentent un intérêt particulier pour la production d’énergie solaire. L’effet de réverbération des rayons ultraviolets sur la neige en est la cause. Des études sont actuellement menées pour tester le potentiel du photovoltaïque dans ce type d’environnement.
Enfin, le solaire se déploie aussi de plus en plus sur l’eau. Pour le moment, ils sont installés sur des points d’eau artificiels comme des digues ou des lacs. La Chine s’intéresse actuellement sur la faisabilité de ce type de projet sur des barrages.
