Qu’est-ce que l’énergie solaire ?
L’expression « énergie solaire » est généralement associée aux méthodes qui permettent d’utiliser cette énergie. Situé à 146 millions de kilomètres de la terre, le soleil est une source d’énergie extraordinairement puissante. Pour s’en faire une idée, il suffit de savoir que le soleil envoie 1,6 milliards de kilowatts à la terre chaque année. Toutefois, 40 % seulement de cette énergie atteignent effectivement la surface terrestre, le reste étant réfléchi par les couches supérieures de l’atmosphère. Ce pourcentage relativement faible que l’Homme peut récupérer et transformer en énergie utilisable est de plusieurs centaines de fois supérieur à la consommation d’énergie mondiale annuelle.
L’énergie solaire peut être utilisée de deux manières : comme source de chaleur et comme source d’électricité. Le processus de transformation du rayonnement solaire en électricité est dit « photovoltaïque » (ou PV).
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Dans de nombreuses régions du monde, le coût du solaire PV est compétitif par rapport à celui des combustibles fossiles ou des autres sources d’énergie. En raison du caractère incertain des disponibilités mondiales de ces combustibles fossiles et de la prise de conscience croissante de la dégradation de l’environnement, de plus en plus de gens optent pour le solaire PV comme l’une de leurs sources d’énergie. Du fait de son adoption massive au Japon, en Allemagne, en Espagne, en Italie et en Grèce, le solaire PV devrait jouer un rôle majeur dans le mix énergétique mondial.
Qu’est-ce que le photovoltaïque ?
Le mot « photovoltaïque » désigne le processus qui consiste à transformer la lumière solaire en électricité sans aucune pièce mobile de machinerie, sans bruit, sans pollution et sans combustible. Si vous avez déjà utilisé une calculette solaire, vu un panneau routier à énergie solaire ou mis une pièce dans un parcmètre à énergie solaire, vous avez déjà vu le solaire PV en action. La conversion PV a été découverte par le physicien français A. Becquerel en 1839. C’est le seul moyen connu pour convertir la lumière directement en électricité.
Le préfixe Photo vient du grec « phos » qui signifie lumière. « Volt » vient du patronyme d’Alessandro Volta (1745-1827), physicien qui a contribué aux recherches sur l’électricité. Littéralement, photovoltaïque signifie électricité lumineuse. La cellule PV, aussi appelée cellule solaire, constitue l’élément de base de la conversion photovoltaïque. Il s’agit d’un dispositif semi-conducteur qui transforme en énergie électrique l’énergie lumineuse fournie par une source d’énergie inépuisable, le soleil. Elle exploite les propriétés des matériaux semi-conducteurs utilisés dans l’industrie de l’électronique : diodes, transistors et circuits intégrés.
Principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
La cellule solaire
Les cellules PV sont de fines tranches planes fabriquées à partir de matériaux appelés semi-conducteurs qui sont capables de conduire l’électricité ou de la transporter. Plus de 90 % des cellules solaires fabriquées à l’heure actuelle sont en silicium, un semi-conducteur, ou métalloïde, présentant à la fois les propriétés d’un métal et d’un isolant. Une des faces de la cellule est traitée à l’aide d’une substance chargée négativement (par exemple du phosphore). L’autre est traitée à l’aide d’une substance chargée positivement (par exemple du bore). Une couche non conductrice est placée entre les deux couches chargées. Un fil métallique relie la face de la cellule chargée négativement à sa face chargée positivement.
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 Cellule solaire. |
La lumière solaire, source d’énergie
La lumière du soleil, moteur du processus, fournit l’énergie qui est convertie en courant électrique. Cette lumière est composée de petites particules d’énergie (photons) qui se comportent comme autant de projectiles.
Lorsqu’un photon frappe une cellule PV, il peut rebondir dessus, la traverser ou être absorbé par elle. Seuls les photons qui sont absorbés fournissent de l’énergie convertible en électricité. Lorsque le matériau (semi-conducteur) absorbe suffisamment de lumière solaire (énergie), des électrons sont arrachés des atomes du matériau par les photons solaires. Ces électrons sont alors libres de circuler et créent un courant électrique.
En plaçant des contacts métalliques sur la face supérieure et la face inférieure de la cellule, ce courant peut être capté et utilisé en dehors de la cellule. Ce courant, ainsi que la tension électrique dans la cellule (créée par un ou plusieurs champs électriques incorporés), déterminent la puissance (en watts) que la cellule est en mesure de produire.
Puissance (watts-crête) = intensité (ampères) x tension (volts)
La cellule est le principal composant d’un système PV, mais elle n’est pas capable de fournir assez d’énergie à un instant donné. Les caractéristiques électriques d’une seule cellule (tension d’environ 0,5 volts et puissance d’environ 1,5 watt-crête) sont généralement insuffisantes pour alimenter les équipements électriques de tensions standard (12, 24 ou 48 volts). C’est pourquoi, les cellules solaires sont reliées entre elles pour former un module ou panneau capable de délivrer une puissance de sortie spécifique.
Un module solaire classique comprend un grand nombre de cellules, une couverture de protection en verre, une couche anti-reflet pour augmenter la lumière solaire, un contact ou électrode sur ses faces supérieure et inférieure et les couches semi-conductrices dans lesquelles les électrons commencent et achèvent leur voyage. Le courant électrique produit par la lumière solaire est capté par l’électrode supérieure et retourne dans la cellule solaire via l’électrode inférieure en traversant un circuit.
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Ensuite, un nombre spécifique de modules sont reliés entre eux pour former un groupe ou système capable de fournir une puissance de sortie adaptée à une application donnée ou à la demande globale de courant.
Lorsque le soleil brille sur le groupe/système PV, du courant continu est produit et peut être utilisé pour alimenter divers circuits consommateurs. Qu’il s’agisse d’alimenter des applications reliées à un réseau ou des installations hors réseau distantes, le PV convient à tous les cas de figure.