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Du soleil au courant électrique...
L’énergie solaire
Situé à 146 millions de kilomètres, le soleil est une source d’énergie extraordinairement puissante puisqu’il envoie 1,6 milliards de kilowatts à la terre chaque année. Néanmoins, seulement 40% de cette énergie atteints la surface terrestre, le reste étant réfléchi par les couches supérieures de l’atmosphère. Malgré ce pourcentage relativement faible, cette énergie utilisable reste de plusieurs centaines de fois supérieure à la consommation annuelle mondiale.
L’expression « énergie solaire » est généralement associée aux méthodes qui permettent d’utiliser cette énergie. Elle peut-être utilisée de deux manières : comme source de chaleur ou comme source d’électricité. C’est pour cette dernière que le processus de transformation du rayonnement solaire en électricité est dit « photovoltaïque ».
Dans la plupart des régions du monde, le coût du solaire photovoltaïque est compétitif par rapport aux autres sources d’énergie. Face à la dégradation de notre environnement et l’avenir incertain des combustibles fossiles, de plus en plus de personnes optent pour l’énergie solaire. Dans un futur proche, le photovoltaïque devrait jouer un rôle majeur dans le mix énergétique mondial.
Le photovoltaïque
Il désigne le processus qui consiste à transformer la lumière solaire en électricité sans aucune pièce de machinerie, sans bruit, sans pollution et sans combustible. Le solaire photovoltaïque investit les objets de votre vie quotidienne : les calculettes, les panneaux routiers ou encore les parcmètres...
Découverte par le physicien français A. Becquerel en 1839, la conversion photovoltaïque reste à ce jour le seul moyen connu pour convertir la lumière directement en électricité. Le terme photovoltaïque signifie électricité lumineuse (Le préfixe Photo vient du grec « phos » qui signifie lumière et « Volt » vient du patronyme d’Alessandro Volta (1745-1827), physicien qui a contribué aux recherches sur l’électricité.)
La cellule photovoltaïque
La cellule photovoltaïque, 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 le soleil.
La cellule photovoltaïque est composée de fines tranches planes fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, capables de conduire l’électricité. Actuellement, plus de 90% des cellules solaires sont fabriquées à partir du silicium ou de métalloïde. Si l’une des faces est traitée à l’aide d’une substance chargée négativement comme le phosphore, l’autre est traitée avec une substance chargée positivement, comme le bore. Enfin, une couche non conductrice est placée entre ces deux couches reliées par un simple fil métallique.
La lumière solaire
La lumière solaire se compose de petites particules d’énergie, les photons, dont le comportement peut-être comparé à celui d’un projectile. Lorsque les photons frappent la cellule, ils « arrachent » les atomes des électrons contenu dans le matériau. Ces électrons sont alors libres de circuler, ce qui produit du courant électrique.
En plaçant des contacts métalliques sur la face supérieure et la face inférieure de la cellule photovoltaïque, ce courant peut être capté et transféré hors de la cellule. C’est ce courant qui détermine la puissance, exprimée en watts, que la cellule est capable de produire. Elle se résume par la formule suivante : Puissance (watts-crête) = intensité (ampères) x tension (volts).
Si la cellule est le principal composant d’un système photovoltaïque, elle n’est pas capable de fournir assez d’énergie à elle seule. C’est pourquoi les cellules solaires sont reliées entre elles pour former le panneau solaire, capable de délivrer la puissance de sortie nécessaire pour alimenter les équipements électriques de tensions standards.
Le panneau solaire classique, dit module solaire, comprend donc un grand nombre de cellules. Il se compose également d’une couverture de protection en verre et d’une couche anti-reflets. C’est grâce aux électrodes sur les faces supérieures et inférieures du module ainsi que des couches semi-conductrices que les électrons peuvent voyager. Le courant électrique produit par la lumière solaire est capté par l’électrode supérieure et retourne dans la cellule solaire via l’électrode inférieure.
Pour obtenir une puissance adaptée à la demande de courant, un nombre précis de modules sont reliés entre eux. Lorsque le soleil brille sur ce système, du courant continu est produit. Qu’il s’agisse d’alimenter des applications reliées à un réseau ou des installations hors réseau distantes, le photovoltaïque convient à tous les cas de figure !