Le photovoltaïque

Restaurant devanture photovoltaïque

Avec le temps qui passe, on aurait presque oublié que le photovoltaïque est une alternative assez fantastique. Aucune pièce en mouvement, pas un seul bruit, aucun dégagement chimique… Seulement la lumière du soleil qui produit du courant au contact d’une très fine couche de silicium. Pour nos ancêtres, cela pourrait carrément passer pour une puissante magie. Quoi qu’il en soit, l’énergie solaire photovoltaïque possède de sérieux atouts pour nous permettre de devenir autonome en électricité et de moins polluer.

Histoire du photovoltaïque

Les premiers panneaux solaires

Au niveau de la physique, l’effet photovoltaïque a été découvert par le physicien français Edmond Becquerel en 1839. Il a prouvé que le choc des photons de la lumière sur un matériau semi-conducteur permet de transmettre son énergie aux électrons. Ce qui génère une tension électrique.

En 1905, Albert Einstein fut le premier à proposer une explication de l’effet photovoltaïque. Il a indiqué que ce phénomène était provoqué par l’absorption de photons, les quanta de lumière, lors de l’interaction du matériau avec la lumière. Cette publication lui valut le prix Nobel de physique en 1921.

Il a ensuite fallu attendre jusqu’à 1954 pour que le premier panneau solaire soit fabriqué par les laboratoires Bell. Ils l’ont appelé à l’époque « batterie solaire ». Leur réalisation était fonctionnelle, mais elle était trop couteuse à produire.

Par la suite, dans les années 60, c’est grâce à la conquête spatiale que la technique photovoltaïque commence à sérieusement se développer. Tout simplement parce qu’elle est le meilleur moyen pour fournir de l’énergie aux satellites et modules spatiaux de façon fiable et durable.

Cosmonaute dans l'espace avec des panneaux solaires

Il faudra attendre encore une bonne dizaine d’années pour que des sociétés pionnières comme Sharp commencent à produire des panneaux solaires pour le grand public. Depuis cette époque, les prix ne cessent de chuter et le rendement augmente. L’énergie solaire photovoltaïque est donc très loin d’avoir dit son dernier mot car elle a encore une belle marge de progression devant elle.

Comment fonctionne une cellule solaire ?

Pour que ce soit bien clair pour tout le monde, je vais vous expliquer le fonctionnement d’une cellule solaire de façon triviale. Le principe est très simple : Dans notre photopile, nous avons toute une myriade d’électrons qui sont en train de glander. C’est alors que les photons qui composent la lumière viennent leur mettre un coup de pied au derrière. Ce qui a pour effet de les faire circuler d’un pôle positif vers un pôle négatif. Un courant électrique plus ou moins important est donc généré lors de cette opération. Voici ce que cela donne en image :

Schéma effet photovoltaïque

On peut voir que l’on a un semi-conducteur qui d’un coté est dopé au positif et de l’autre au négatif. Les deux couches sont séparées par ce que l’on appelle une jonction PN. Sous l’effet de la lumière, les électrons positifs et négatifs sont récoltés à chaque extrémité. Il ne reste plus qu’à les envoyer vers un consommateur quelconque pour qu’un courant continu soit créé avec un + et un -, c’est pour cela que l’on peut parler de photopile.

Les différentes technologies de panneau solaire

Actuellement, les modules solaires se divisent en trois catégories principales. Chaque technologie possède ses avantages et ses inconvénients. Pour y voir plus clair, voici ce que cela donne pour chacune d’entre-elles :

Le panneaux monocristallins

Ces modules sont conçus à base de cellules de silicium monocristallin. Les cellules sont reliées en série et en parallèle de façon à obtenir le voltage et l’ampérage crête souhaité. Au niveau de son fonctionnement, le monocristallin est très performant jusqu’à 30 degrés. La fabrication de ces cellules est plus énergivore que pour le polycristallin. Les  panneaux sont donc légèrement plus chers à l’achat. On peut les reconnaitre facilement car en règle générale les cellules sont de couleur noire ou bleue uniforme.

Les panneaux polycristallins

Ces modules sont conçus à base de cellules de silicium polycristallins. Les cellules sont reliées en série et parallèle de façon à obtenir le voltage et l’ampérage crête souhaité. Leur principaux avantages sont les suivants : Moins cher à l’achat que les monocristallins, plus de production par grosses chaleurs et plus de production que le monocristallin à faible luminosité. On peut les reconnaitre facilement grâce à leurs cellules qui présentent un aspect pailleté.

Les panneaux couche mince

Les modules à couche mince sont également appelés modules amorphes. Contrairement aux monocristallins et aux polycristallins ils ne sont pas composés de cellules. On est plutôt dans le domaine de la peinture. Lors du processus de fabrication, une machine vient déposer un substrat sur toute la surface du panneau. Les jonctions sont ensuite réalisées bande par bande. C’est pour cela que l’aspect est très uniforme. Les avantages de ces modules sont qu’ils ne perdent presque pas de rendement par forte chaleur et qu’ils captent tout le spectre lumineux. Ils peuvent donc déclencher la production électrique par très faible luminosité alors que ce ne sera pas suffisant pour des modules à base de cellules Poly ou mono. Ils sont donc plus performants que les autres technologies au lever et au coucher du soleil, ainsi que lorsque le ciel est couvert. Jusqu’à présent, leur rendement surfacique était moindre que les panneaux à cellules. Mais cela n’est plus vrai car on est actuellement à 17% de rendement panneau pour des couches minces à base de technologie CIGS ou autre variante chimique. Ce sujet étant quelque peu complexe, on mettra prochainement une fiche technique dédiée en ligne histoire de bien rentrer dans les détails.

Les différents types de panneaux solaires photovoltaïques

Quelle technologie choisir ?

Après ce petit passage en revue des différentes technologies photovoltaïques, on y voit tout de suite plus clair. Quelle que soit votre situation géographique, les panneaux à couche mince s’avèrent être un très bon choix à condition que le rendement soit bon et que le tarif soit abordable. Dans le cas contraire, si vous habitez dans le nord de la France il est préférable de vous diriger vers du monocristallin, tandis qu’au sud le polycristallin est plus adapté à cause des fortes chaleurs. Et si vous êtes plutôt au centre, il n’y a pas de différence flagrante de production entre polycristallin et monocristallin. A ce moment là, le critère de choix c’est le meilleur tarif à qualité de fabrication égale.

Et pour le futur ?

Panneau solaire à imprimer

Dans le futur les prix vont encore baisser et le rendement va s’envoler. Il ne fait plus aucun doute que c’est la technologie couche mince qui permettra d’aller vers ces améliorations. D’ici quelques petites années, il sera même possible de fabriquer des modules solaires en circuit court à l’aide d’une imprimante et d’une encre spéciale. Cela fonctionne déjà en phase de test, il ne reste plus qu’à attendre que cette technologie soit assez mature pour entrer sur le marché.
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