Présentation
Auteur(s)
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Jean-Claude MULLER : Membre du Programme interdisciplinaire énergie du CNRS - Institut d’électronique du solide et des systèmes InESS (UMR 7163, CNRS-ULP)
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Lire l’articleINTRODUCTION
Le secteur des composants opto-électroniques qui se développe le plus rapidement est, sans conteste, celui du photovoltaïque (PV), pour une production d’électricité basée sur la conversion de la lumière du soleil.
Le but de ce premier dossier est de donner au lecteur un minimum de connaissance des principes de la conversion photovoltaïque. Dans le premier paragraphe, quelques notions relatives à l’énergie transmise par le soleil hors atmosphère (considéré comme un corps noir) et au niveau du sol sont données. Dans le deuxième paragraphe, on présente en termes simples quelques éléments de physique des semi-conducteurs incluant les modèles de schéma de bandes, les formules de base qui régissent la répartition des électrons à l’équilibre thermodynamique et les mécanismes de la conduction électrique. Les paragraphes 3 et 4 décrivent les caractéristiques électriques fondamentales (tension, courant et rendement de conversion) du dispositif photovoltaïque et son usage en tant que générateur de courant (convertisseur lumière-électricité).
Ce dossier se termine par une application pratique : on évaluera rapidement le dimensionnement d’une installation photovoltaïque à partir des données d’ensoleillement de la région pour une habitation individuelle afin de satisfaire les besoins en énergie électrique d’une famille de quatre personnes.
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- Version courante de janv. 2013 par Abdelilah SLAOUI
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Physique du composant photovoltaïqueArticle inclus dans l'offre
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1. Physique du rayonnement solaire
Pour plus de détails sur l’intensité et l’énergie transmise par le soleil (considéré comme un corps noir), hors atmosphère et au niveau du sol, on peut se référer aux articles consacrés au rayonnement thermique des matériaux opaques et semi-transparents des Techniques de l’Ingénieur, ainsi qu’à l’ouvrage d’Alain Ricaud sur les photopiles solaires.
1.1 Rayonnement du corps noir : soleil hors atmosphère, constante solaire
On peut considérer, en première approximation, que l’énergie du rayonnement du soleil hors de l’atmosphère suit la loi du rayonnement du corps noir (figure 1). En effet, pour de grandes longueurs d’ondes, c’est-à-dire pour des photons peu énergétiques, la loi donnant l’énergie moyenne rayonnée (E(λ, T)) par unité de volume des photons dans un intervalle de longueur d’onde dλ se réduit à la loi classique de Rayleigh-Jeans [1] :
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