Comment l’énergie solaire se transforme-t-elle en électricité ?
Nous vivons actuellement dans un monde où la protection de l’environnement est un sujet vital. Pour répondre à nos besoins énergétiques de manière plus écologique, les ressources renouvelables sont de plus en plus sollicitées pour produire de l’électricité verte. Parmi les plus utilisées, il y a l’énergie solaire. Les panneaux photovoltaïques sont des dispositifs qui permettent de consommer sa propre énergie. C’est aussi une alternative efficace qui aide à réduire la facture énergétique et à faire baisser l’empreinte carbone. Si les avantages offerts par les panneaux solaires sont multiples, il est tout de même important de connaître le processus par lequel l’énergie provenant du soleil est convertie en électricité utilisable.
Principes de base de l'énergie solaire
L’énergie solaire photovoltaïque est obtenue à partir des rayons du soleil. Elle est dite renouvelable dans la mesure où le soleil est une ressource à la fois gratuite et illimitée. Ce type d'énergie durable permet de réduire les émissions de CO2 dans l’atmosphère. C’est pour cette raison qu’elle est également appelée électricité verte.
Pour que cette transformation de l’énergie solaire en électricité verte ait lieu, trois éléments sont indispensables :
Les panneaux solaires :
Ces panneaux photovoltaïques sont composés de cellules à base de silicium. Ils captent les photons contenus dans les rayons du soleil afin de les transformer en énergie.
Un onduleur :
Un onduleur transforme le courant continu fourni par les panneaux solaires en courant alternatif pour faire fonctionner divers appareils électriques.
Un compteur :
Il permet de mesurer la quantité de courant produit et injecté au réseau.
La technologie des panneaux photovoltaïques
Les panneaux solaires photovoltaïques sont composés de plusieurs éléments, dont les cellules photovoltaïques, le cadre en aluminium et la couche de verre protectrice.
Les cellules photovoltaïques
Elles sont confectionnées avec des matériaux semi-conducteurs. Généralement, elles sont fabriquées avec du silicium polycristallin ou monocristallin. Cependant, certaines technologies peuvent être conçues avec de la pérovskite, du Tellurure de Cadmium (CdTe) ou du silicium amorphe.
Le cadre en aluminium
Il permet de renforcer le module photovoltaïque.
La couche de verre
Cette couche de verre protectrice protège les panneaux solaires contre les intempéries et les chocs tout en leur offrant une meilleure rentabilité.
Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque ?
En 1839, un physicien français du nom d’Alexandre Edmond Becquerel découvre que certains matériaux semi-conducteurs sont capables de produire de l’électricité grâce au contact avec la lumière du soleil. L’effet photovoltaïque se produit lorsque les photons contenus dans les rayonnements du soleil frappent les cellules photovoltaïques dopées N et P. Un électron sera arraché du silicium, ce qui va créer un trou. Grâce à un champ électrique, cet électron va venir se déplacer vers le côté N. Le trou, quant à lui, migrera vers la zone P. C’est le mouvement des deux différentes charges qui crée le courant électrique.
Conversion de l'énergie solaire en électricité
Une fois que l’effet photovoltaïque se produit, les panneaux solaires génèrent de l’énergie qui circule à travers des câbles en DC. Ce courant n’est pas encore utilisable étant un courant continu. Ce dernier doit passer par un onduleur afin de le transformer en courant alternatif compatible avec les équipements électriques domestiques ou à l’éclairage.
Dans le cadre d’une autoconsommation, il est tout à fait possible que la production électrique soit supérieure aux besoins énergétiques. Dans ce cas, le surplus d’énergie peut être stocké dans des batteries de stockage. Il pourra être utilisé ultérieurement, la nuit ou lorsque les conditions météorologiques ne le permettent pas.
Les différents types de systèmes photovoltaïques
Pour les endroits isolés, le système photovoltaïque autonome est plus approprié. Il n’est pas connecté à un réseau public. Par contre, l’énergie fournie par le dispositif est emmagasinée dans des batteries de stockage. Elle pourra être déployée à tout moment.
D’autres systèmes permettent de raccorder la centrale solaire au réseau public. Une partie ou la totalité de la production sera donc injectée sur le réseau électrique national.
Les avancées technologiques des panneaux photovoltaïques
L’exploitation de l’énergie solaire est davantage adoptée pour favoriser la transition énergétique et pour ne plus dépendre des ressources fossiles polluantes. Les professionnels ne cessent de chercher des solutions pour booster la rentabilité des panneaux solaires et les rendre plus accessibles.
L’utilisation des nouveaux matériaux
Si auparavant, le silicium a été la matière première principale pour produire des cellules photovoltaïques, de nouveaux matériaux entrent désormais en jeu. Les pérovskites pourraient offrir plus de performance aux panneaux solaires avec un rendement atteignant les 30%. Ils ne nécessitent pas d’entretien particulier et sont très résistants. De plus, leur temps de fabrication et leur coût sont beaucoup plus réduits.
Les panneaux solaires multi-jonctions, pour leur part, font appel à de nombreuses couches de matériaux semi-conducteurs. L’objectif est d’optimiser la captation de la lumière du soleil pour offrir un meilleur rendement. Selon les études, ils offrent une capacité de conversion électrique supérieure à 40%. Cependant, leur coût de production reste élevé, mais des travaux d’amélioration sont déjà en cours.
Les technologies émergentes de panneaux solaires
En ce qui concerne les nouvelles technologies de panneaux solaires, certaines innovations sont en train de révolutionner le secteur photovoltaïque.
Les panneaux solaires bifaciaux
Ce sont des panneaux solaires capables de produire de l’électricité sur les deux côtés. Ils font appel au phénomène d’albédo. La partie supérieure capte directement les rayons du soleil, tandis que la zone du dessus produit de l’énergie grâce aux réfléchissements de ces rayonnements solaires. Cela offre un rendement plus élevé qu’un panneau photovoltaïque classique.
Les panneaux intégrés au bâtiment (BIPV)
Les BIPV sont des panneaux solaires qui enveloppent les bâtiments. Ils peuvent être placés sur les toitures, les murs ou les fenêtres. En plus de produire de l’électricité verte, cette nouvelle technologie peut aussi servir d’isolant thermique, sonore ou encore de protection du bâtiment contre les aléas climatiques.
Les systèmes de suivi solaire
Les systèmes de suivi solaire ou trackers mobiles permettent de suivre la course du soleil tout au long de la journée. Grâce à cela, les panneaux solaires auront toujours une orientation et une inclinaison optimales, en fonction de la position du soleil.
