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RÉSUMÉ
Cet article traite de la technologie des panneaux photovoltaïques et de son évolution au fil des ans. Seront également abordés les différents types de panneaux existant sur le marché, leur fonctionnement ainsi que leur installation.
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Natacha BELLOIR : Conducteur d’opération - Ministère des Armées
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 ainsi extraire des électrons de la bande de valence et les déplacer dans la bande de conduction. L’électron sortant laisse un trou vacant, 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, ainsi que les techniques de dopage de ces matériaux, sont correctement maîtrisées et de plus en plus efficaces. Les recherches tentent d’optimiser le rendement, l’abaissement des coûts de fabrication de ces produits mais également l’impact environnemental.
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3. Cellules photovoltaïques
3.1 Cellule au silicium
La cellule solaire au silicium est une diode particulière de grandes dimensions. Si l’on cherche à capter la lumière avec un cristal de silicium, on s’aperçoit que le silicium réfléchit 30 % de la lumière reçue.
Ce phénomène est dû à l’indice de réfraction élevé du silicium (2 dans le proche infrarouge, 7 dans l’ultraviolet). Cela impose l’ajout d’une couche antireflet à la surface du silicium si l’on veut améliorer le rendement. Il faut aussi déterminer la profondeur dans le cristal à laquelle il faut fabriquer la jonction pour optimiser le rendement.
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Photocourant
L’illumination d’une cellule solaire produit un courant proportionnel appelé « photocourant », indépendant de la tension. Mais lorsque la tension augmente, une partie de ce courant est dispersée dans la jonction (figure 5).
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Courant de saturation
Il dépend de la surface de la diode, donc de la cellule et des caractéristiques de la jonction ; il varie exponentiellement avec la température et double environ tous les 10 degrés Kelvin.
Pour fabriquer du silicium pur, on utilise le sable de quartz cristallisé. Le procédé de raffinage est une réduction dans un four à arc électrique par du carbone ; la réaction suit l’équation : SiO2 + 2C → Si + 2CO.
Sa pureté est de l’ordre de 98 à 99 %, les impuretés les plus importantes sont l’aluminium et le fer. Ce procédé d’extraction est relativement efficace, l’énergie consommée étant à peu près la même que pour l’extraction de l’aluminium ou du titane.
Pour obtenir un matériau adapté à la fabrication des composants électroniques, la réduction est purifiée à son tour, sous la forme de gaz plus facile à traiter, trichlorosilane SiHCl3 ou silane SiH4. Après pyrolyse de ce dernier, le matériau obtenu sert de base à la monocristallisation. L’équation de base est : Si- + 3HCl → SiHCl3 + H2.
Le silicium se...
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Cellules photovoltaïques
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Installations électriques à basse tension – Règles - PR NF C15-100 -
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Installations électriques à basse tension – Guide pratique – Installations photovoltaïques sans stockage et raccordées au réseau public de distribution - UTE C15-712-1 -
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Installations électriques à basse tension – Guide pratique – Installations photovoltaïques autonomes non raccordées au réseau public de distribution avec stockage par batterie - UTE C15-712-2 -
-
Installations photovoltaïques avec dispositif de stockage et raccordées à un réseau public de distribution - XP C15-712-3 -
-
Transformation directe de l’énergie solaire en énergie électrique – Paramètres descriptifs d’un système photovoltaïque sur site - UTE C57-300 - (Mai 1987)
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Modules photovoltaïques (PV) au silicium cristallin pour application terrestre – Qualification de la conception et homologation - NF EN 61215 -
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Modules...
ANNEXES
DUAL SUN – Fabricant de panneaux solaires français
SUN POWER – Fabricant de panneaux solaire américain
QCELLS – Fabricant de panneaux solaire allemand
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1/ Quiz d'entraînement
Entraînez vous autant que vous le voulez avec les quiz d'entraînement.
2/ Test de validation
Lorsque vous êtes prêt, vous passez le test de validation. Vous avez deux passages possibles dans un laps de temps de 30 jours.
Entre les deux essais, vous pouvez consulter l’article et réutiliser les quiz d'entraînement pour progresser. L’attestation vous est délivrée pour un score minimum de 70 %.
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