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RÉSUMÉ
La production d'électricité d'origine photovoltaïque, basée sur la conversion de la lumière du soleil, est en pleine expansion depuis deux décennies. Les dispositifs photovoltaïques et leur usage en tant que générateur de courant sont présentés, avec des explications théoriques concernant l'énergie solaire. Et en conclusion, une question pratique : quel est le dimensionnement d'une installation photovoltaïque fournissant les besoins en énergie électrique d'une famille de quatre personnes ? On prendra en compte les données d'ensoleillement de la région d'habitation.
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Abdelilah SLAOUI : Directeur de recherche - Laboratoire des Sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICUBE), CNRS et Université de Strasbourg
INTRODUCTION
La production d’électricité d’origine photovoltaïque, basée sur la conversion de la lumière du soleil, est en pleine expansion depuis deux décennies. Sa part dans le bouquet énergétique mondial de 2050 sera certainement importante compte tenu de la pénurie et/ou de la pollution des autres ressources.
Ce premier dossier [BE 8 578v2], consacré à la production d’électricité par conversion de la lumière du soleil à l’aide de cellules solaires, permet de donner au lecteur un minimum de connaissances des principes de la conversion photovoltaïque, incluant des notions relatives à l’énergie transmise par le soleil, ainsi que quelques éléments de physique des semi-conducteurs et des principaux mécanismes de transport des charges électriques. La connaissance des caractéristiques électriques fondamentales (tension, courant et rendement de conversion) du dispositif photovoltaïque et son usage en tant que générateur de courant (convertisseur lumière-électricité) sont nécessaires pour une évaluation rapide du dimensionnement d’une installation photovoltaïque.
Dans le dossier suivant [BE 8 579v2] les différentes filières d’élaboration du dispositif photovoltaïque de la cellule classique (à base de silicium massif) aux couches minces sont abordées ainsi que les potentialités d’autres matériaux semi-conducteurs binaires ou ternaires et organiques.
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2007 par Jean-Claude MULLER
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2. Physique du composant photovoltaïque
L’objectif de cette section est de présenter en termes simples quelques éléments du modèle physique du schéma de bandes dans les semi-conducteurs cristallins et de donner les formules de base qui régissent la répartition des électrons à l’équilibre thermodynamique et les mécanismes de la conduction électrique. Pour plus de détails sur cette partie, qui relève de la physique quantique des solides, on se référera à l’ouvrage d’Alain Ricaud Photopiles solaires, ainsi que l’ouvrage Physique de l’état solide de Kittel .
2.1 Électrons dans un potentiel périodique, schéma de bandes
Dans un cristal où les atomes sont liés à leurs proches voisins, il faut faire appel à la solution de l’équation de Schrödinger, proposée par Bloch en 1928, pour expliquer l’existence de bandes d’énergies permises séparées par une bande d’énergie interdite.
Pour ne pas rentrer dans des détails qui relèvent de la physique quantique des solides, il est suffisant de retenir qu’il existe une bande supérieure permise pour les électrons d’énergie E en fonction du vecteur d’onde (k ) de l’onde électromagnétique associée au photon :
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Physique du composant photovoltaïque
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - RICAUD (A.) - Photopiles solaires « De la physique de la conversion photovoltaïque aux filières, matériaux et procédés ». - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne (1997).
-
(2) - KITTEL (C.) - Physique de l’état solide. - Dunod Université, Paris (1994).
-
(3) - GREEN (M.A.), WANG (A.), ZHENG (G.F.), ZHANG (Z.), WENHAM (S.R.), ZHAO (J.), SHI (Z.), HONSBERG (C.B.) - 23,5 % efficiency and other recent improvements in silicon solar cell and module performance. - Proc. 12th EC PVSEC, p. 776, Amsterdam (1994).
-
(4) - YASUI (R.K.), SCHMIDT (L.W.) - * - Proc. 8th IEEE PV specialists Conf., p. 110 (1970).
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
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Électricité photovoltaïque – Matériaux et filières technolo-giques.
ANNEXES
(portails, pages personnelles, forums, listes de discussion)
HAUT DE PAGE
European Photovoltaic Solar Energy Conference and Exhibition (EU PVSEC) : https://www.photovoltaic-conference.com/
IEEE Photovoltaics Specialist Conference (IEEE PVS) : https://www.ieee-pvsc.org/PVSC46/
European Materials Research Society (EMRS) Conference : https://www.european-mrs.com/
International School on Materials for Renewable Energy : https://agenda.ct.infn.it/event/1192/
Journées Nationales sur le Photovoltaïque (JNPV) : http://jnpv.geeps.centralesupelec.fr/
Journées Nationales de l’Énergie Solaire (JNES) : http://www.jnes.fr/
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