Le photovoltaïque, comment ça marche?

3 août 2019 0 Par Camille Pieume

L’énergie solaire est une énergie facilement valorisable : la lumière du soleil est disponible partout et les technologies solaires sont en progrès constants. Avec des équipements de plus en plus

fiables et faciles à installer, des dimensions modulables, un fonctionnement sans intervention ou presque, la production d’électricité photovoltaïque est simple à mettre en oeuvre.

La cellule photovoltaïque: de la lumière à l’électricité

illustration de cellule photovoltaique au silicium cristallin

illustration de cellule photovoltaique au silicium cristallin

Certains matériaux semi-conducteurs comme le silicium possèdent la propriété de générer de l’électricité quand ils reçoivent la lumière du soleil : c’est l’effet photovoltaïque, découvert par Becquerel en 1839.

Il est mis en application dans les cellules photovoltaïques, petits composants électroniques à base de silicium. Les photons de la lumière solaire transfèrent leur énergie aux électrons du matériau semi-conducteur. Ceux-ci se mettent en mouvement et créent un courant électrique collecté par une grille métallique très fine.

Sans pièce mécanique, sans bruit, sans production de polluants, les cellules photovoltaïques convertissent directement l’énergie solaire en électricité, sous forme de courant continu.

Le module photovoltaïque – Un assemblage de cellules

Chaque cellule ne génère qu’une petite quantité d’électricité. Assemblées en série et en parallèle, elles fournissent une tension et un courant électrique.
Les cellules photovoltaïques étant fragiles, elles sont protégées par différentes couches de matériaux afin de former un module photovoltaïque : en face avant, il s’agit le plus souvent d’un verre transparent et en face arrière d’un film en matériau polymère.
Les enveloppes employées actuellement sont étudiées pour résister pendant vingt à trente ans aux agressions de l’environnement.
Les modules ont en général une forme rectangulaire et quelques centimètres d’épaisseur avec leur cadre. Leur surface peut varier entre quelques cm2 et 3 m2. Un module standard cadré de 60 cellules en verre/polymère (type le plus courant) a une surface de 1,5 m2, pèse environ 15 kg et sa puissance nominale est d’environ 280 W.

Différentes technologies

1. Les technologies cristallines

Elles utilisent des cellules peu épaisses (0,15 à 0,2 mm), connectées en série et encapsulées sous un verre protecteur. Les modules utilisant cette technologie couvrent 85 % du marché mondial.
D’une durée de vie d’au moins 25 ans, ils sont de deux types :
– les modules « silicium multicristallin », les plus courants, d’un rendement de conversion d’environ 13 à 15 %,
– les modules « silicium monocristallin », plus chers que les premiers, d’un rendement de conversion plus élevé, de 18 %.
 2. Les technologies « couches minces »
Dans ce cas, une couche très mince (de quelques millièmes de mm) d’un ou plusieurs matériaux est déposée sur un support (verre, acier inoxydable, matière plastique…).
Les modules de type « silicium amorphe » relèvent de cette technologie. Leur rendement de conversion se situe entre 6 et 9 %. D’autres technologies (tellurure de cadmium [CdTe], diséléniure
de cuivre et d’indium [CIS ou CIGS] par exemple) sont aussi disponibles sur le marché.

Impacts sur l’environnement

On dit souvent que la production d’électricité photovoltaïque n’a pas d’impact sur l’environnement. C’est exact si l’on ne considère que la phase d’usage des modules photovoltaïques. Toutefois, la fabrication du matériel qui constitue le générateur photovoltaïque nécessite de l’énergie. Quelques précisions utiles :
– un module photovoltaïque met 1 à 3 ans pour produire en retour l’énergie qui a été utilisée pour le fabriquer (encadrement compris) et sa durée de vie est de 25 ans et plus ;
– en fonctionnement, il ne génère pas d’impact sur l’environnement (en particulier ni mouvement, ni bruit ; c’est important en milieu urbain) ;
– en fin de vie, la plupart des éléments peuvent être recyclés.

 Source: Guide pratique – électricité solaire, ADEME, Édition Janvier 2019