Principe
Le photovoltaïque peut se définir comme étant le procédé permettant de convertir les rayons du soleil en électricité, à l'aide des cellules d'un panneau solaire photovoltaïque (ou module photovoltaïque).
Le fonctionnement de l'effet photovoltaïque peut sembler extrêmement complexe à première vue, mais il consiste simplement à utiliser l'énergie solaire pour la transformer en électricité, grâce aux photons qui vont exciter les électrons du silicium qui compose les cellules d'un panneau solaire photovoltaïque.
Les différentes types de panneaux solaires
Les panneaux solaires photovoltaïques sont de trois types principaux, qui correspondent à des processus de production différents :
Les différences entre ces trois types de panneaux solaires ont une importance limitée. Le rendement des panneaux solaires cristallins est meilleur, mais les panneaux amorphes sont moins chers et leurs performances s'améliorent depuis des années. Par ailleurs, moins que le type de panneau ou que la marque, c'est le niveau d´ensoleillement reçu qui possède le plus d´impact sur les performances d´une installation solaire.
Les cellules sont la plupart du temps fabriquées à partir de silicium, matériau très courant dans la nature (On rencontre aussi le tellurure de cadmium en couche mince).
La jonction PN
Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, l'énergie transmise par le photon est dissipée lors de la recombinaison d'un trou avec un électron.
Dans une cellule photovoltaïque, il faut récupérer cette énergie pour créer de l'électricité. Pour cela on utilise une jonction PN. Une jonction PN est un semi-conducteur avec une couche dopée P et une couche dopée N. Le principe est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau. Ainsi il apparaît une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces. La figure ci-contre représente ce fonctionnement.
La cellule et panneau photovoltaïque
Également dénommé " Module solaire photovoltaïque" ou "panneau solaire", le panneau ou module est formé de cellules photovoltaïques mises en série pour obtenir la tension désirée. Chaque cellule produit un courant continu dont la puissance dépend de la surface de la cellule et la tension à vide est d'environ 0,5 à 0,6 volts. Cette tension dépend peu de l'éclairement.
La cellule solaire, unité de base d'un panneau solaire photovoltaïque, produit typiquement une puissance de 1,3 W pour une surface de 100 cm2. Pour produire plus de puissance, des cellules solaires identiques sont assemblées pour former un module solaire (ou panneau photovoltaïque). La mise en série de plusieurs cellules solaires somme les tensions pour un même courant, tandis que la mise en parallèle somme les courants en conservant la tension. La plupart des panneaux solaires photovoltaïques destinés à un usage général sont composés de 36 cellules en silicium mono ou polycristallin connectées en série pour des applications en 12 V nominal.
Exemple :
Si l'on souhaite fabriquer un module de cellules photovoltaïques permettant une alimentation de 20 V, il faut choisir de placer 40 cellules en série (20 / 0.5 = 40). Ces cellules en série forment une « string ». Il faut associer plusieurs « strings » en parallèle pour augmenter la puissance du panneau solaire.
