Le panneau solaire, également appelé module solaire, module photovoltaïque ou plaque solaire, est responsable de la transformation de la lumière en courant électrique. Dès les années 1950, l’industrie spatiale a découvert le potentiel de l’énergie solaire et utilise depuis lors des panneaux solaires pour alimenter ses satellites. Depuis les années 1980, cette technique est également de plus en plus importante pour l’alimentation électrique décentralisée des ménages privés. Grâce à une recherche intensive et à une baisse constante des coûts, l’énergie solaire a encore fait un grand pas en avant au cours des dix dernières années. Aujourd’hui, la technique spatiale à domicile est considérée comme un pilier décisif pour passer à l’électricité 100 % verte. Un panneau solaire se compose de 120 cellules solaires. L’association de plusieurs panneaux solaires est appelée installation solaire. Le nombre de panneaux solaires nécessaires pour une installation solaire dépend des conditions sur place. Les facteurs décisifs sont par exemple les heures d’ensoleillement dans la région, la consommation électrique du ménage ou le modèle de panneau solaire installé.
Comment est constitué un panneau solaire ?
Un panneau solaire est composé de différentes couches ayant des fonctions différentes. La partie supérieure du panneau solaire comporte une vitre frontale et une couche de plastique en dessous. Ces deux composants assurent une protection optimale contre les influences extérieures telles que la température, les précipitations ou l’humidité. Sous la couche de protection se trouvent les cellules solaires interconnectées du panneau solaire. La couche supérieure des cellules solaires forme la « couche anti réfléchissante » bleue caractéristique. Celle-ci empêche la lumière d’être réfléchie et maximise ainsi le rendement du panneau solaire. En dessous se trouvent les deux réseaux de photons et d’électrons, séparés par une jonction neutre. C’est dans cette zone du panneau solaire que l’énergie est produite à partir de la lumière du soleil. La couche inférieure du panneau solaire est constituée d’une deuxième combinaison de plaques de plastique et de verre (dans certains cas, deux plaques de plastique). Celle-ci garantit la protection contre les intempéries des deux côtés. L’ensemble des couches est entouré d’un cadre en aluminium. Celui-ci facilite en outre la pose sur le toit de la maison.
Comment obtient-on de l’électricité à partir de la lumière du soleil ?
La technique d’un panneau solaire est basée sur ce que l’on appelle l’effet photoélectrique. Celui-ci décrit l’excitation d’électrons liés par irradiation, par exemple par la lumière du soleil. Dans le cas de la production d’énergie solaire, ce processus se déroule comme suit :
Une cellule solaire se compose d’une couche de silicium à polarité négative et d’une couche de silicium à polarité positive, chacune avec des électrodes métalliques correspondantes (conducteurs métalliques pour conduire le courant). L’une des deux couches est toujours composée du semi-conducteur silicium et d’un élément en manque d’électrons, généralement du bore. L’autre couche de la cellule est composée de silicium et d’un élément avec un surplus d’électrons, généralement du phosphore.
Attention, c’est là que ça se corse un peu : sous l’effet de l’énergie de la chaleur ambiante, les électrons libres des atomes de phosphore se déplacent vers les atomes de bore qui manquent d’électrons. Il se produit alors un transfert de charge à l’intérieur de la cellule solaire. La couche de bore-silicium est alors chargée négativement et la couche de phosphore-silicium positivement. Les deux couches de silicium sont séparées par une couche d’atomes de bore qui ont déjà absorbé un électron supplémentaire. Cette couche est également appelée transition p-n.
L’incidence de la lumière solaire riche en énergie active alors les électrons excédentaires dans la couche de bore et de silicium. Afin de rétablir l’équilibre au sein de la cellule, les électrons migrent de la couche de bore-silicium chargée négativement vers la couche de phosphore-silicium positive en passant par la jonction p-n. Cet échange crée un flux constant d’électrons dans la cellule. Pour transformer ce flux d’électrons en un circuit, la dernière étape consiste à ramener les électrons de l’électrode positive à l’électrode négative via le conducteur métallique externe, en passant par un consommateur intercalé. C’est le courant solaire qui circule.
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