Les panneaux solaires sont devenus un symbole de la Transition énergétique. Mais savez-vous quel composant se cache derrière leur capacité à produire de l’électricité ? La cellule photovoltaïque. Cet élément fondamental des panneaux solaires convertit directement la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique appelé effet photovoltaïque.
Les informations à retenir :
Sommaire
Qu'est-ce qu'une cellule photovoltaïque ?
Les cellules photovoltaïques, également appelées cellules solaires, sont des dispositifs capables de convertir la lumière du soleil en électricité grâce à un phénomène physique connu sous le nom d’effet photovoltaïque. Elles constituent le composant de base des panneaux solaires, qui jouent un rôle essentiel dans la production d’énergie renouvelable.
Assemblage des cellules en panneaux
Les panneaux solaires sont constitués de nombreuses cellules photovoltaïques interconnectées. C’est la performance et l’efficacité de ces cellules qui déterminent la capacité du panneau à produire de l’énergie.
- Un panneau standard contient généralement entre 60 et 120 cellules photovoltaïques, selon sa taille et son utilisation.
- Ces cellules sont reliées en série ou en parallèle pour produire des tensions et des courants adaptés à différents besoins énergétiques.
Origine et évolution des cellules photovoltaïques
Le concept d’effet photovoltaïque a été découvert par Edmond Becquerel en 1839. Cependant, les premières cellules photovoltaïques fonctionnelles ont été développées dans les années 1950 par Bell Labs, atteignant une efficacité initiale d’environ 6 %. Depuis, des avancées technologiques significatives ont permis d’améliorer leurs performances, rendant cette technologie viable à grande échelle.
Comment fonctionnent les cellules photovoltaïques ?
Les cellules photovoltaïques sont généralement fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium. Leur fonctionnement repose sur plusieurs étapes clés :
Absorption de la lumière solaire
Lorsque la lumière solaire frappe la surface d’une cellule photovoltaïque, les photons (particules de lumière) transmettent leur énergie aux électrons présents dans le matériau semi-conducteur.
Création d’un courant électrique
Grâce à une jonction PN (positive et négative) intégrée dans la cellule, un champ électrique est créé, ce qui force les électrons à se déplacer dans une direction spécifique. Ce mouvement d’électrons génère un courant électrique continu.
Conversion et transmission
Le courant continu produit est envoyé à un onduleur, qui le convertit en courant alternatif, utilisable pour alimenter des appareils ou être injecté dans le réseau.
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Les types de cellules photovoltaïques
Il existe plusieurs types de cellules photovoltaïques, différenciés par leurs matériaux et technologies de fabrication.
Cellules photovoltaïques en silicium cristallin
- Monocristallines : Fabriquées à partir d’un seul cristal de silicium, elles offrent un rendement élevé (environ 15 à 25 %) mais sont coûteuses à produire.
- Polycristallines : Constituées de multiples cristaux de silicium, elles sont moins chères mais légèrement moins efficaces (15 à 20 % de rendement).
Cellules à couches minces
Ces cellules sont fabriquées en déposant des couches de matériaux semi-conducteurs sur un substrat. Bien qu’elles soient moins efficaces (10 à 15 %), elles sont plus flexibles et légères, ce qui les rend adaptées à des applications spécifiques.
Cellules innovantes
- Pérovskites :
Cette technologie promet des rendements élevés à moindre coût, mais elle est encore en phase de développement. - Cellules organiques :
Flexibles et légères, elles sont idéales pour les applications mobiles mais souffrent d’un faible rendement.
Les avantages des cellules photovoltaïques
Une source d’énergie renouvelable
Les cellules photovoltaïques transforment directement l’énergie solaire, une ressource inépuisable, en électricité. Cela contribue à réduire l’utilisation des énergies fossiles et les émissions de gaz à effet de serre.
Une technologie adaptable
Les cellules photovoltaïques sont intégrées dans divers dispositifs : panneaux solaires pour les bâtiments, chargeurs portables, satellites ou même véhicules électriques.
Une faible empreinte écologique à long terme
Bien que la fabrication des cellules photovoltaïques nécessite de l’énergie et des matériaux, leur utilisation sur 25 à 30 ans compense largement cet impact initial en réduisant la consommation de ressources polluantes.
Comment fonctionnent les panneaux solaires photovoltaïques ?
La transition énergétique et les préoccupations environnementales ont poussé de nombreuses personnes à se tourner vers les énergies renouvelables. Parmi elles, l’énergie solaire occupe une
Quel est le rendement d'une cellule photovoltaïque ?
Le rendement des cellules photovoltaïques désigne leur capacité à convertir l’énergie solaire incidente en électricité. Exprimé en pourcentage, il représente la fraction de l’énergie solaire qui est effectivement transformée en énergie électrique. Actuellement, les cellules photovoltaïques commerciales offrent des rendements moyens compris entre 15 % et 25 %, bien que des laboratoires aient atteint des performances supérieures à 40 % avec des technologies avancées comme les cellules multi-jonctions.
Facteurs influençant le rendement
Plusieurs éléments influencent le rendement des cellules photovoltaïques :
- La qualité du matériau semi-conducteur : Les cellules en silicium monocristallin sont parmi les plus performantes grâce à leur structure homogène, tandis que les cellules à couches minces présentent des rendements inférieurs mais sont moins coûteuses.
- L’ensoleillement et l’orientation : Un ensoleillement direct et une inclinaison optimale des panneaux améliorent la production d’électricité.
- La température : Les cellules perdent en efficacité lorsque leur température augmente, un problème commun dans les environnements très chauds.
- Les avancées technologiques : Les nouvelles générations de cellules, comme celles à base de pérovskites ou multi-jonctions, offrent des rendements bien supérieurs aux technologies traditionnelles.
Innovations et futur des cellules photovoltaïques
Les chercheurs travaillent constamment à améliorer les performances des cellules photovoltaïques.
Voici quelques pistes prometteuses :
Amélioration des matériaux :
Les cellules multi-jonctions et à base de pérovskites offrent des rendements supérieurs à 40 % dans les laboratoires.Réduction des coûts de fabrication :
Les nouvelles techniques, comme l’impression 3D et l’utilisation de matériaux abondants, pourraient rendre les cellules plus abordables.Intégration dans l’architecture :
Les cellules solaires intégrées aux bâtiments (BIPV) permettent de transformer les surfaces telles que les façades et les fenêtres en générateurs d’électricité.
Les dernières recherches et innovations dans le domaine des cellules photovoltaïques sont surveillées de près par le National Renewable Energy Laboratory (NREL), leader mondial dans l’étude des énergies renouvelables.
Questions fréquentes :
Quel est le principe d'une cellule photovoltaïque ?
La cellule photovoltaïque transforme la lumière solaire en électricité grâce à l’effet photovoltaïque, où les photons libèrent des électrons dans un matériau semi-conducteur, générant un courant électrique.
Comment fabriquer des cellules photovoltaïques ?
Les cellules sont fabriquées en purifiant le silicium, en le découpant en fines plaques (wafers), en créant une jonction électrique (PN) et en ajoutant un revêtement anti-reflets avant l’assemblage.
Quel type de courant produisent les cellules photovoltaïques ?
Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu (CC), converti ensuite en courant alternatif (CA) via un onduleur.
