Comment fonctionnent les panneaux solaires photovoltaïques ?

La Terre intercepte beaucoup d’énergie solaire, et c’est peu dire : 173 mille térawatts.

C’est 10 000 fois plus d’énergie que la population de la planète n’en consomme. Alors, est-il possible qu’un jour le monde soit entièrement dépendant de l’énergie solaire ?

Pour répondre à cette question, nous devons d’abord examiner comment les panneaux solaires convertissent l’énergie solaire en énergie électrique ?

Voyons voir…

De quoi sont constitués les panneaux solaires ?

Les panneaux solaires sont constitués de plus petites unités appelées cellules solaires. Les cellules solaires les plus courantes sont fabriquées en silicium, un semi-conducteur qui est le deuxième élément le plus abondant sur Terre.

Dans une cellule solaire, le silicium cristallin est pris en sandwich entre des couches conductrices. Chaque atome de silicium est relié à ses voisins par quatre liaisons solides, qui maintiennent les électrons en place afin qu’aucun courant ne puisse circuler.

Comment fabrique-t-on un capteur solaire photovoltaïque ?

Les cellules solaires photovoltaïque

Une cellule solaire au silicium utilise deux couches différentes de silicium. Le silicium de type N contient des électrons supplémentaires et le silicium de type P contient des espaces supplémentaires pour les électrons, appelés trous (oui, les chercheurs ne se sont pas foulés)

À l’endroit où les deux types de silicium se rencontrent, les électrons peuvent se déplacer à travers la jonction P/N, laissant une charge positive d’un côté. On peut considérer la lumière comme un flux de minuscules particules appelées photons, qui jaillissent du soleil.

Quand un de ces photons frappe la cellule de silicium avec assez d’énergie. Il peut faire tomber un électron de sa liaison, laissant un trou. L’électron chargé négativement et l’emplacement du trou chargé positivement sont maintenant libres de se déplacer. Mais à cause du champ électrique à la jonction P/N, ils ne peuvent aller que dans un sens.

L’électron est attiré vers le côté N, tandis que le trou est attiré vers le côté P. Les électrons mobiles sont collectés par de fins doigts métalliques au sommet de la cellule.

De là, ils circulent dans un circuit externe, effectuant un travail électrique, comme l’alimentation d’une ampoule, avant de revenir par la feuille d’aluminium conductrice à l’arrière.

Les panneaux solaires

Chaque cellule de silicium ne produit que 0,5 volt, mais vous pouvez les renforcer ensemble en modules pour obtenir plus de puissance. Trente-six (36) cellules photovoltaïques suffisent à charger une batterie d’onduleur de 12 volts, tandis qu’il faut des panneaux solaires de 3 kW pour alimenter une maison entière.

Les électrons sont les seuls éléments mobiles d’une cellule solaire, et ils retournent tous d’où ils viennent. Il n’y a rien qui puisse s’user ou s’épuiser, si bien que les cellules solaires peuvent durer des décennies une fois l’installation des panneaux achevée. Pour plus d’informations sur l’installation des capteurs ou pour trouver un installateur RGE et bénéficier des aides, cliquez-ici.

Alors, qu’est-ce qui nous empêche de dépendre entièrement de l’énergie solaire ?

Des facteurs politiques entrent en jeu, sans parler des entreprises qui font pression pour maintenir le statu quo. Mais pour l’instant, concentrons-nous sur les défis physiques et logistiques, et le plus évident d’entre eux est que l’énergie solaire est inégalement répartie sur la planète.

Certaines régions sont plus ensoleillées que d’autres. Et la lumière est également irrégulière et l’énergie solaire est moins disponible les jours nuageux ou la nuit.

Ainsi, une dépendance totale nécessiterait des moyens efficaces pour acheminer l’électricité des zones ensoleillées vers les zones nuageuses, ainsi qu’un stockage efficace de l’énergie.

L’efficacité de la cellule elle-même constitue également un défi. Si la lumière du soleil est réfléchie au lieu d’être absorbée, ou si les électrons délogés retombent dans un trou avant de passer dans le circuit, l’énergie de ce photon est perdue.

Quelle est l’efficacité d’un panneau solaire ?

La cellule solaire la plus efficace à ce jour ne convertit encore que 46 % de la lumière solaire disponible en électricité, et la plupart des systèmes commerciaux ont actuellement un rendement de 15 à 20 %.

Ainsi, pour alimenter le monde entier en électricité avec la technologie solaire actuelle nous aurions besoin de fonds pour construire l’infrastructure et d’une bonne partie de l’espace.

Les estimations vont de dizaines à des centaines de milliers de kilomètres carrés, ce qui semble beaucoup, mais le désert du Sahara à lui seul a une superficie de plus de 3 millions de kilomètres carrés.

Entre-temps, les cellules solaires s’améliorent, deviennent moins chères et concurrencent l’électricité du réseau.

Et des innovations, comme les fermes solaires flottantes, pourraient complètement changer le paysage. Mais au-delà des expériences, il faut savoir que plus d’un milliard de personnes n’ont pas accès à des réseaux électriques fiables, notamment dans les pays en développement, dont beaucoup sont ensoleillés.

Ainsi, dans ces pays, l’énergie solaire est déjà bien moins chère et plus sûre que les alternatives disponibles, comme le diesel, l’essence, le kérosène ou le charbon. Pour la Finlande ou certaines régions du Nord de la France, par exemple, l’énergie solaire efficace est encore loin d’être une réalité.