Les centrales photovoltaïques

Les centrales photovoltaïques sont parmi les energies renouvelables et maintenant nous élaborons plus détaillé . En savoir son fonctionnement et les différent modules et l’effet photoélecrique.

Définition de l’énergie solaire 

L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie électrique produite à partir du solaire. L’énergie produite par une centrale photovoltaïque est dite renouvelable, car sa source est considérée comme inépuisable à l’échelle de temps humaine. Fonctionnement La production de courant par des cellules photovoltaïques repose sur le principe de l’effet photoélectrique. Ces cellules produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire. L’utilisation de ce courant continu diffère d’une installation à l’autre, selon le but de MVR en  celle-ci. On distingue principalement deux types d’utilisation, celui où l’installation photovoltaïque est connectée à un réseau de distribution d’électricité et celui où elle ne l’est pas. 

Modules photovoltaïques

Les différents modulesIl existe plusieurs techniques de modules solaires photovoltaïques : -Les modules solaires monocristallins qui possèdent le meilleur rendement au m2 et sont essentiellement utilisés lorsque les espaces sont restreints. Le coût, plus élevé que celui d’autres installations de même puissance, contrarie le développement de cette technique. -les modules solaires polycristallins qui ont actuellement le meilleur rapport qualité/prix, c’est pourquoi ce sont les plus utilisés. Ils ont un bon rendement et une bonne durée de vie (plus de 35 ans). -Les modules solaires amorphes auront certainement un bon avenir car ils peuvent être souples et ont une meilleure production par faible lumière. Cependant, le silicium amorphe possède un rendement divisé par deux par rapport à celui du cristallin, cette solution nécessite donc une plus grande surface pour la même puissance installée. Toutefois, le prix au m2 installé est plus faible que pour des panneaux solaires composés de cellules cristallines. Rayonnement Le rayonnement global est induit par un apport d’énergie à la surface terrestre. Cependant, outre l’aspect calorifique que ce dernier représente spontanément, il est possible à partir de cellules spécialement créées, de convertir cette énergie surfacique en énergie électrique. Ce processus passe par l’utilisation d’un module photovoltaïque intégré dans un système photovoltaïque complet. Il est associé à un système de stockage (batterie, H2, volant d’inertie, etc.) afin de stocker l’énergie produite. Dans cette section, nous allons décrire de façon détaillée les différentes étapes qui permettent la production d’électricité à partir du rayonnement global. L’effet photoélectrique L’effet photoélectrique a été initialement découvert par le physicien allemand Heinrich Rudolf Hertz (1886). Il réalisa expérimentalement qu’un matériau métallique exposé à la lumière pouvait émettre des électrons (Figure 1.7). Cette découverte fut appelée « effet photoélectrique ». Malheureusement, Hertz ne fut pas en mesure d’expliquer théoriquement le phénomène, car certaines caractéristiques de cet effet n’étaient pas formalisable avec la théorie classique de l’électromagnétisme de l’époque. Il faut attendre 1905 pour que le phénomène soit correctement expliqué avec la théorie quantique. Après « l’exploit théorique » réalisé par Max Planck en 1900 sur son interprétation du spectre du corps noir, Albert Einstein généralisa en 1905 le concept de perte MVR en Sciences Cognitives RASETASON Dario Panoël Chapitre 1 14 Figure 1.7 – Principe de l’effet photoélectrique d’énergie électromagnétique par quanta. Cette quantification de l’énergie permit de comprendre et d’appliquer le concept de photon comme particule transportant une quantité finie d’énergie. En appliquant l’hypothèse de l’existence du photon, Albert Einstein fut en mesure d’expliquer la nature quantique de l’effet photoélectrique et il fut récompensé du prix Nobel de physique en 1921 pour ses travaux. En résumé : – lorsqu’une structure est exposée à la lumière, elle subit un bombardement de photons. Ceux-ci entrent en collision avec les électrons présents et peuvent être absorbés. S’il y a absorption, l’énergie cinétique de l’électron augmente (apport égal à l’énergie du photon incident) ; – pour que l’électron puisse être éjecté, il doit avoir suffisamment d’énergie pour quitter la structure. Cette énergie seuil porte le nom de « travail d’extraction » ; – le photon doit, dès la collision, permettre à l’électron de changer d’état (état lié/état libre). Pour les électrons proches de la surface du matériau, il n’y a pas d’état de transition entre l’électron lié et l’électron libéré. La conversion photovoltaïque La conversion photovoltaïque peut être simplement définie comme la transformation de l’énergie des photons en énergie électrique grâce au processus d’absorption de la lumière par la matière [24]. Lorsqu’un photon interagit avec le matériau, il cède une partie de son énergie (ou toute) suite à la collision. Cette énergie permet d’arracher un électron à la matière (voir effet photoélectrique), créant un déséquilibre électrique au sein du milieu. Généralement, toute l’énergie des photons, n’arrivant pas à se transformer en électricité, est absorbée par le matériau sous forme thermique. Le matériau constituant les capteurs PV voit alors sa température interne augmenter proportionnellement à l’énergie solaire reçue. L’effet thermique est donc majoritaire sur la plupart des capteurs. Même si le phénomène électrique est secondaire devant le phénomène thermique, récupérer tout, ou une partie de l’énergie électrique est le premier objectif des capteurs photovoltaïques.