Présentation
INTRODUCTION
Découvert par Becquerel en 1839, l’effet photovoltaïque est le fondement de la production d’énergie solaire. Le principe est la conversion en électricité d’une partie du rayonnement du soleil, donc de l’énergie des photons.
Ce sont les progrès de l’industrie des semi-conducteurs qui ont permis le développement industriel de cette technique. Pour générer un courant électrique dans un semi-conducteur, il faut lui fournir une énergie supérieure à la valeur du gap, pour extraire des électrons de la bande de valence et les déplacer dans la bande de conduction. L’électron sortant laisse vacant un trou, qui est comblé par un autre électron, qui lui-même libère un autre trou : un courant est ainsi établi.
Actuellement, la technologie des cellules au silicium ou autres couches minces, notamment à l’arséniure de gallium, ainsi que les techniques de dopage de ces matériaux, sont correctement maîtrisées. Les recherches tentent d’optimiser le rendement et l’abaissement des coûts de fabrication de ces produits. Le montage en panneau photovoltaïque permet de mettre en série ces cellules, afin d’atteindre une tension utilisable, tout en leur apportant une protection mécanique vis-à-vis de l’environnement.
L'expertise technique et scientifique de référence
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- Version courante de août 2023 par Natacha BELLOIR
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Aspects généraux| Plan de la page |
I - Structure d’un panneau
Dimensionnnement des panneaux photovoltaïques
Une cellule au silicium cristallin présente une tension ouverte, d’environ 0,55 à 0,6 V et un point de puissance maximal correspondant à environ 0,45 V. Les premiers panneaux ont été conçus pour pouvoir recharger une batterie standard au plomb de 12 V.
Considérant que le panneau doit pouvoir charger cette batterie jusqu’à sa tension maximale d’environ 14 V et que l’on va perdre 2 V en câblage et électronique de contrôle, il faudra dimensionner le panneau fonctionnant à environ 16 V à sa puissance maximale. On divise 16 par 0,45, on trouve le chiffre arrondi de 36, valeur extrêmement courante comme nombre de cellules en série des panneaux usuels du marché.
En pratique, on pourra choisir entre des offres qui vont de 30 à 44 cellules par panneau pour les modèles les plus courants.
On commence à trouver des panneaux spéciaux comportant des nombres différents de cellules conçus pour les grands systèmes connectés sur le réseau qui travaillent souvent à plus de 100 V, mais ceux-ci sont encore l’exception et le panneau standard de type 12 V est toujours largement majoritaire.
Fonctions principales du panneau photovoltaïque
Ce sont :
- la protection des cellules par rapport à l’environnement ;
- la mise en série des cellules, pour atteindre une tension utilisable ;
- une protection mécanique.
Les cellules illuminées par un spectre solaire (au niveau de la Terre) ont une durée de vie illimitée pourvu que les matériaux externes utilisés pour leur confection (métaux des contacts) soient protégés des atteintes de l’environnement.
II - Module au silicium cristallin
Fabrication des modules au silicium cristallin
Ils sont fabriqués de la même façon que les cellules au silicium soient mono ou polycristallin ; la seule différence est qu’il faut, en général, un nombre plus élevé de cellules pour les polycristallins (la tension de leurs cellules au point de puissance maximale étant plus faible que celle des cellules...
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Les panneaux photovoltaïques
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