GÉNÉRALITÉS SUR LE PHOTOVOLTAÏQUE

L’énergie solaire est à l’origine de la formation des réserves d’énergies fossiles (charbon, pétrole, gaz naturel) et des flux d’énergie renouvelable (bois, vent, énergie hydraulique). La conversion de cette énergie en électricité peut être effectuée de manière directe ou indirecte (figure I.1). L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique renouvelable produite à partir du rayonnement solaire. Elle est à distinguer de l’énergie solaire thermique, visant à produire de la chaleur pour l’eau chaude sanitaire ou le chauffage. Elle se distingue également des centrales solaires thermodynamiques, qui emploient des miroirs pour chauffer des fluides alimentant un générateur électrique. L’énergie solaire est l’avenir et la solution la plus prometteuse pour le futur énergétique, de l’humanité.

Histoire de l’énergie photovoltaïque

La communauté scientifique de l’époque, n’ayant pas les connaissances nécessaires en physique, n’a pas reconnu les travaux de FRITTS. C’est en 1904, que Albert EINSTEIN, le premier, a pu expliquer l’effet photoélectrique (l’émission d’électrons sous l’effet de la lumière, phénomène à la base du fonctionnement des cellules photovoltaïques), il émet une hypothèse audacieuse: la structure de la lumière elle-même est discrète, c’est-à-dire formée de corpuscules appelés photons. En 1954, les premières cellules photovoltaïques au Si à haut rendement de 6% [1], ont été développé par les chercheurs américains (Chapin, Fuller, Pearson et Prince) travaillant pour les laboratoires Bell Téléphone (devenus aujourd’hui Alcatel-Lucent Bell Labs) et des chercheurs de Air Force (USA) développent des cellules en couches minces de Cu2S/CdS.

Fonctionnement du panneau photovoltaïque

Un module photovoltaïque plus communément appelé panneau photovoltaïque ou encore panneau solaire est composé d’un ensemble de cellules photovoltaïques qui sont reliées entre elles (soient en séries ou en parallèles). Un ensemble de panneaux constitue une installation photovoltaïque. Ainsi une cellule photovoltaïque est un dispositif qui permet de transformer l’énergie solaire en énergie électrique. Cette transformation est basée sur les trois mécanismes suivants: Une installation photovoltaïque regroupe l’ensemble des composants nécessaires à la production d’électricité dans le cadre d’un projet (produire de l’électricité dans la maison d’un particulier, par exemple). L’installation photovoltaïque se compose donc des panneaux solaires, du ou des onduleurs et du câblage. En général, une installation photovoltaïque produira plusieurs milliers de watts-crête ; on parlera alors de production en kilowatts-crête (KWc).

Le panneau photovoltaïque aussi appelé panneau solaire ou encore module photovoltaïque est composé d’un ensemble de cellules photovoltaïques qui sont reliées entre elles en série ou en parallèle. La puissance d’un panneau exprimée en watts dépend donc du nombre de cellules qui le composent ainsi que de la puissance de chaque cellule. électrique continu. Le silicium est l’élément le plus abondant sur terre après l’oxygène, il est parfaitement stable et non toxique. On trouve plusieurs technologies pour le photovoltaïque à base du silicium détaillées ci-après ; d’une part les cellules à base de silicium massif (monocristallin, polycristallin, rubans) dites de premières génération, et qui constituent à l’heure actuelle l’essentiel des modules photovoltaïques et d’autre part la technologie à base de silicium en couche mince.

Les cellules amorphes

Elles sont produites par projection de silicium en couche fine sur du verre ou du plastique (le substrat) par exemple. Elles coûtent moins cher que les autres cellules mais elles ont de moins bons rendements (7 à 10%) et leur durée de vie est plus courte (de l’ordre de 10 ans). C’est le silicium amorphe que l’on trouve le plus souvent dans les produits de consommation comme les calculatrices, les montres etc.… Toutefois, ils réagissent mieux à des températures élevées ou à une lumière diffuse. Sur le plan technologique, les techniques de production de silicium cristallin en rubans autosupportés ont été très séduisantes. Ces rubans ont connu de nombreux développements au niveau de la recherche et, pour certains d’entre eux, jusqu’à la conception de chaînes de production préindustrielles. Cependant, la vitesse de croissance linéaire extrêmement lente (quelques cm/min) pousse les industriels à abandonner progressivement cette technologie. Les meilleurs rendements obtenus sont néanmoins de l’ordre de 15%.