La longue et croissante dominance du silicium cristallin dans le marché photovoltaïque est peut-être surprenante étant donné la grande variété de matériaux capables de produire l’effet photovoltaïque. Le photovoltaïque à base de plaques de silicium a permis de conquérir plus de 90% du marché car il est plus fiable et généralement plus efficace que les technologies concurrentes.

Une installation photovoltaïque (PV) en site isolé est composée de quatre éléments principaux :
– Panneau solaire : dont le rôle est de délivrer l’énergie à la charge, ainsi qu’à la batterie.
– La commande MPPT (régulateur): dont le rôle est de réguler la charge et la décharge de la batterie.
– Convertisseur(Onduleur) : dont le rôle est d’assurer la conversion continu-alternatif. Il permet d’alimenter les récepteurs en courant alternatif à partir du courant continu.
– Batterie : dont le rôle est de stocker l’énergie et de la restituer lorsque l’ensoleillement est insuffisant.

Panneau photovoltaïque

La cellule photovoltaïque 

La conversion du rayonnement solaire en courant électronique se déroule dans la cellule photovoltaïque, un composant électronique constitué d’une mince feuille de métal semiconducteur, très souvent en silicium convenablement traité. Ce traitement se caractérise par divers procédés chimiques, le soi-disant «dopage». L’ajout d’impuretés, c’est-à-dire les atomes de bore et de phosphore, à la structure cristalline du silicium génère un champ électrique et produit les charges nécessaires à la formation d’un courant électrique. Ceci est créé lorsque la cellule, est exposée à la lumière.

L’énergie qui peut alors être exploitée dépend des caractéristiques du matériau de la cellule: efficacité de conversion (pourcentage d’énergie contenu dans la lumière du soleil sur la cellule qui se transforme en énergie électrique par le dispositif photovoltaïque) pour des cellules commerciales de silicium Se situe généralement entre 13% et 17%.

En pratique, la cellule photovoltaïque typique a une épaisseur globale comprise entre 0,25 et 0,35 mm [9].

Types de cellules

Cellules monocristallines :
La plus efficace des cellules PV solaires avec 15% d’efficacité, le silicium mono cristallin est donc l’option la plus coûteuse. Ils nécessitent moins d’espace que les autres cellules simplement parce qu’ils produisent plus d’énergie et peuvent produire jusqu’à quatre fois plus de puissance que les panneaux solaires à couches minces. Ils durent également plus longtemps que les autres panneaux et fonctionnent mieux à faible luminosité .

Cellules poly-cristallines :
Avec une efficacité de 13%, les panneaux solaires poly-cristallins sont souvent considérés comme un meilleur choix économique, en particulier pour les propriétaires. Ils sont fabriqués à partir d’un nombre de cristaux de silicium plus petits qui sont fondus ensemble puis recristallisés. Le processus pour les créer est plus simple et moins difficile qu’avec des panneaux monocristallins. Ils souffrent plus à haute température qui peut réduire leur durée de vie, mais ils fonctionnent globalement aussi bien que leur équivalent plus cher .

Cellules amorphes à couches minces
À 7%, panneaux solaires à couches minces sont parmi les moins efficaces sur le marché, mais ils sont l’option la moins chère. Ils fonctionnent bien à faible luminosité, même au clair de lune, et sont fabriqués à partir de silicone non cristallin qui peut être transféré dans un film mince sur un autre matériau tel que du verre. L’avantage principal est qu’il peut être produit en série à un coût beaucoup moins cher, mais est plus approprié pour les situations où l’espace n’est pas un problème majeur. Il faut donc beaucoup plus de surface pour obtenir la même puissance que celle dégagée par les cristallines. Néanmoins, les avantages sont leur résistance aux températures élevées.

Cellules en silicium hybride
Avec une efficacité de 18%, les panneaux solaires hybrides sont fabriqués à partir d’un mélange de cellules amorphes et monocristallines pour générer une efficacité maximale. Il existe une variété de types de cellules hybrides et ils sont encore très au stade de la recherche et du développement, c’est pourquoi ils sont actuellement une option plus coûteuse .

Cellules de tellurure au cadmium (CdTe)
Environ 7% des panneaux PV sont fabriqués à partir de tellurure de cadmium qui est considéré comme moins cher et plus léger. Le problème réside dans le fait que le tellurure au cadmium alliage de métal lourd nécessite une fabrication de chlorure de cadmium toxique, et une grande partie du coût est utilisée pour protéger les personnes qui travaillent dessus  .

Association de cellules 

Lorsque l’on associe en série des cellules leur tension s’ajoute, lorsque l’on associe en parallèle des cellules leur courant s’ajoute. La tension générée par une cellule est limitée à la valeur du gap de son matériau. On associe les cellules afin de pouvoir délivrer des tensions de 12V, 24 V, 48V .