L`énergie Solaire ou le Photovoltaïque, comment ça marche

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Août 2013
L’énergie Solaire ou le Photovoltaïque, comment ça
marche ?
L'énergie solaire pour produire de l'électricité
Les modules solaires photovoltaïques pour produire de
l'électricité
> Pour capter l’énergie lumineuse du soleil et la transformer en électricité, on utilise
des modules photovoltaïques. Ces modules solaires, aux reflets bleutés, sont constitués,
dans la plupart des cas, d’un assemblage de cellules photovoltaïques en silicium. Le
silicium est fabriqué à partir de la silice (notamment présente dans le sable), une matière
abondante sur toute la Terre. Mais, il faut rendre ce silicium très pur ce qui nécessite un
apport important d’énergie.
> Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?
Une cellule mesure en général 15 cm sur 15 cm, sur 180 microns d’épaisseur (0,180 mm).
Source : Hespul
Fonctionnement d'une cellule photovoltaïque
> L’électricité correspond à un déplacement d’électrons. Aussi, pour rendre les
électrons plus mobiles, le silicium découpé en fine tranche est « dopé ». La cellule
photovoltaïque est en fait composée de deux zones : une zone dans laquelle une partie
des atomes de silicium sont remplacés par des atomes de phosphore et une autre zone
dans laquelle une partie des atomes de silicium sont remplacés par des atomes de bore. Il
en résulte la création d’un champ électrique à l’interface de ces deux zones.
L’atome de phosphore possède un électron de plus que l’atome de silicium sur sa couche
périphérique, et l’atome de bore en a un en moins.
Ainsi quand la lumière pénètre le silicium, elle apporte de l’énergie sous forme de
photons. Les photons vont communiquer leur énergie aux atomes de silicium, conduisant
à la création de charges électriques. Les électrons de la zone dopée au phosphore vont
rejoindre les trous de la zone dopée au bore via la connexion extérieure. Ils sont alors
collectés par les grilles en métal. Au passage, leur déplacement crée un courant
électrique.
Pratiquement, une cellule photovoltaïque en technologie cristalline est donc
composée de plusieurs couches actives :
- une couche « anti-reflet » sur la face avant dont le but est de faciliter au maximum la
pénétration d’un maximum de photons
- une grille conductrice avant « collectrice des électrons »
- une couche dopée N (généralement grâce aux atomes de bore) avec porteurs de charges
libres négatifs (électrons)
- une couche dopée P (généralement grâce aux atomes de phosphore) avec porteurs de
charges positifs (trous)
Cellules photovoltaïques
Panneaux photovoltaïques en site isolé
(Hautes-Alpes)
Panneaux solaires photovoltaïques sur
un toit (Savoie)

- un contact métallique arrière pour collecter les charges positives.
L’électricité photovoltaïque ainsi produite peut ensuite être injectée dans le réseau
électrique général pour être utilisée ailleurs, ou stockée dans des batteries pour servir à
des moments où il n’y a plus de soleil.
> Les modules photovoltaïques sont utilisés depuis longtemps pour fournir de
l’électricité en sites isolés : chalet de montagne, bouée en mer, cabine téléphonique.
Cependant, sur ces sites qui ne sont pas raccordés au réseau électrique, des batteries de
stockage sont nécessaires.
Depuis quelques années, ces modules sont de plus en plus installés sur le toit des
bâtiments (maisons, immeubles),
Ils peuvent également être installés au sol ou en façades.
> Les systèmes photovoltaïques permettent aujourd’hui de produire en France
environ 190 GWh (estimation de la production annuelle de 2009), ce qui correspond à la
consommation électrique de 85 000 habitants.
Leur progression va être très importante dans les prochaines années.
Les centrales solaires : concentrer l’énergie du soleil pour
produire de l’électricité
Il existe 2 types de centrales solaires qui permettent de produire de l’électricité :
- Les centrales solaires thermodynamiques : l’énergie du soleil est concentrée à
l’extrême grâce à des miroirs et des paraboles. On obtient alors de très fortes
températures, permettant la production de vapeur d’eau capable d’actionner des
turbines et donc de produire de l’électricité.
En France, la centrale Thémis (dans les Pyrénées Orientales), fermée depuis 1986 a utilisé
cette technologie. Actuellement, le projet d’une centrale plus performante hybride
(solaire/gaz) Pégase est en cours. Cependant, ces centrales sont utilisées pour la
recherche, et il n’en est fait aucune application industrielle.
- Les centrales solaires photovoltaïques : elles sont composées d'un ensemble de
modules solaires photovoltaïques reliés en série ou en parallèle et branchés sur un
ou plusieurs onduleur(s). La technique de production d’électricité est donc la même que
pour des modules photovoltaïques installés sur un bâtiment.
Il existe plusieurs centrales photovoltaïques au sol en France mais aucune n’utilisant une
technique de concentration, car ce système, pour être efficace, doit bénéficier d’un fort
ensoleillement direct et est donc peu adapté à la France métropolitaine.
Centrale solaire photovoltaïque à
Chamonix (74)