L’énergie solaire expliquée : Comment fonctionne une cellule solaire ?

L’énergie solaire est aujourd’hui l’une des formes d’énergie les plus propres disponibles pour les propriétaires. Avec un petit investissement initial, vous pouvez réduire votre facture d’électricité tout en protégeant l’environnement. Au centre de toute installation d’énergie solaire se trouve la cellule solaire, qui transforme la lumière du soleil en électricité. Mais comment fonctionne une cellule solaire ?

Ce guide plonge dans le monde fascinant des cellules solaires, en explorant le fonctionnement des cellules solaires, leurs différents types, leur fonctionnement au sein des systèmes photovoltaïques et ce que l'avenir réserve à cette technologie essentielle. Lisez la suite pour en savoir plus sur cette source d’énergie renouvelable.

Qu’est-ce qu’une cellule solaire ?

Une cellule solaire, également appelée cellule photovoltaïque (PV), est un dispositif qui capte la lumière du soleil et la convertit en électricité. Il est composé de matériaux semi-conducteurs, comme le silicium, qui absorbent les photons de la lumière solaire. Les cellules solaires sont les éléments fondamentaux des panneaux solaires, où plusieurs cellules sont connectées ensemble pour augmenter la puissance de sortie. Ils sont utilisés dans un large éventail d'applications, depuis les petits appareils tels que les panneaux de signalisation jusqu'aux kits solaires des appartements urbains et aux systèmes d'énergie solaire à grande échelle qui fournissent de l'électricité aux entreprises.

Comment fonctionne une cellule solaire ?

À la base, une cellule solaire convertit l’énergie solaire en électricité grâce à un processus appelé effet photovoltaïque. Ce processus commence lorsque les photons de la lumière solaire frappent un matériau semi-conducteur, généralement du silicium, utilisé dans la cellule. L'énergie des photons excite les électrons, les libère et crée des trous (absence d'électron, qui se comporte comme une charge positive) dans le silicium.

Une cellule solaire est constituée de deux types de couches de silicium : une dopée pour créer une charge positive (type p) et une autre pour créer une charge négative (type n), formant un champ électrique à leur jonction. Ce champ dirige les électrons libres vers la couche de type n et les trous vers la couche de type p, empêchant ainsi leur recombinaison.

Lorsque ces porteurs de charge sont mis en mouvement par le champ électrique, un courant électrique est généré. En connectant la cellule à un circuit externe, ce courant peut être exploité pour effectuer un travail utile, comme alimenter l’électronique ou contribuer au réseau électrique.

Types de cellules solaires

La technologie solaire a considérablement évolué, conduisant au développement de différents types de cellules solaires, chacune ayant des caractéristiques et des applications uniques. Ici, nous explorons les trois types de cellules solaires les plus courants :

Cellule solaire monocristalline

Les cellules solaires monocristallines sont connues pour leur haute efficacité et leur durabilité. Fabriquées à partir d'une structure cristalline unique et continue, ces cellules offrent les performances les plus élevées en raison de leur capacité à fournir un chemin uniforme pour les électrons, minimisant ainsi les pertes et augmentant l'efficacité.

Ces cellules sont connues pour leur aspect noir élégant. Leur longévité et leur efficacité en font un choix populaire pour les applications solaires résidentielles et commerciales. Les cellules solaires monocristallines utilisées dans le Anker SOLIX kit solaire Plug&Play (820 W) avec supports pour balcon, par exemple, affichent un taux d'efficacité impressionnant de 25 %, maximisant la conversion de l'énergie solaire dans l'espace limité de votre balcon.

Cellule solaire polycristalline

Les cellules solaires polycristallines sont créées à partir de plusieurs cristaux de silicium fondus ensemble. Ce processus est moins gourmand en énergie que celui des cellules monocristallines, ce qui rend les panneaux polycristallins plus rentables. Ils sont facilement reconnaissables à leur aspect bleu moucheté et à leurs bords carrés. Bien que légèrement moins efficaces que leurs homologues monocristallines en raison des joints de grains qui peuvent entraver le flux d'électrons, les cellules polycristallines offrent une solution équilibrée pour ceux qui recherchent un compromis entre efficacité et coût.

Cellule solaire à couche mince

Les cellules solaires à couches minces représentent une approche différente, utilisant des couches de matériau photovoltaïque déposées sur un substrat. Cette catégorie comprend plusieurs technologies, telles que le silicium amorphe (a-Si), le tellurure de cadmium (CdTe) et le séléniure de cuivre, d'indium et de gallium (CIGS), chacune offrant des avantages et des défis uniques.

Les cellules à couches minces sont légères, flexibles et moins affectées par les températures élevées et l'ombrage. Leur efficacité est inférieure à celle des cellules en silicium cristallin, mais peuvent être produites à moindre coût et appliquées sur une plus large gamme de surfaces, ce qui les rend idéales pour les installations à grande échelle et les solutions photovoltaïques intégrées.

Comment fonctionnent les cellules solaires dans les systèmes photovoltaïques

Les cellules solaires sont les unités fondamentales des systèmes photovoltaïques, travaillant collectivement pour convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Cependant, le passage de la lumière du soleil à l’électricité utilisable nécessite un système photovoltaïque complet pour capturer, convertir et stocker efficacement l’énergie solaire. Voici le fonctionnement de la cellule solaire dans le cadre d’un kit solaire avec batterie :

1. Capter l’énergie solaire :La centrale électrique du balcon se compose d’un ou plusieurs panneaux solaires à petite échelle qui peuvent être installés sur un balcon. Chaque panneau est constitué d'une série de cellules solaires câblées ensemble, travaillant de concert pour convertir la lumière du soleil en électricité à courant continu (CC).
2. Conversion : Une fois que la lumière du soleil est convertie en électricité CC par les cellules solaires, elle circule vers un onduleur. L'onduleur convertit l'électricité CC en électricité à courant alternatif (AC), qui est la forme standard d'énergie utilisée par la plupart des appareils électroménagers et le réseau électrique.
3. Stockage d'énergie :L'énergie excédentaire générée pendant les périodes ensoleillées est stockée dans des systèmes de batteries pour une utilisation ultérieure lorsque la lumière du soleil n'est pas disponible, comme pendant la nuit ou par temps nuageux. Une grande batterie solaire, comme l'unité de stockage de 1 600 Wh utilisée dans le Anker SOLIX Solarbank kit solaire avec batterie et supports pour balcon (820 W | 1 600 Wh), peut stocker suffisamment d'énergie pour assurer un approvisionnement continu même lorsque le soleil ne brille pas.

Les perspectives de développement futur des cellules solaires

L’avenir des cellules solaires brille de mille feux, avec l’innovation qui ouvre la voie vers une plus grande efficacité, durabilité et accessibilité. Voici les principales tendances qui façonneront le prochain horizon de la technologie solaire :

Percées en matière d'efficacité

L’un des domaines de développement les plus critiques réside dans l’amélioration de l’efficacité des cellules solaires. Les recherches actuelles visent à repousser les limites de l’effet photovoltaïque pour convertir davantage de lumière solaire en électricité en utilisant moins d’espace. Les percées dans la science des matériaux, telles que le développement de cellules solaires à pérovskite, offrent la possibilité d'obtenir des taux d'efficacité plus élevés à un coût inférieur à celui des cellules au silicium traditionnelles.

Durabilité dans la production

À mesure que la demande de cellules solaires augmente, le besoin de méthodes de production durables augmente également. L'industrie solaire se concentre de plus en plus sur la réduction de l'impact environnemental de la fabrication de panneaux solaires, depuis l'utilisation de processus moins gourmands en énergie jusqu'au recyclage des vieux panneaux. Des efforts visant à minimiser l’utilisation de matériaux rares et toxiques dans la production de cellules solaires sont également en cours, visant à garantir que l’énergie solaire reste une source d’énergie véritablement verte.

Élargir l’accès à l’énergie solaire

La démocratisation de l’énergie solaire reste un objectif clé. Les innovations dans la technologie solaire, associées au soutien politique et aux mécanismes financiers, rendent l’énergie solaire plus accessible aux populations du monde entier. Des projets solaires communautaires aux solutions solaires portables pour les zones reculées, l’avenir des cellules solaires réside dans l’autonomisation des communautés et des individus, quel que soit leur situation géographique ou leur statut économique.

Conclusion

Notre voyage à travers les subtilités de la technologie des cellules solaires, depuis la compréhension de la question fondamentale du « comment fonctionne une cellule solaire », jusqu'à l'exploration des différents types et de leur intégration dans les systèmes photovoltaïques, culmine dans un avenir plein de potentiel. Les perspectives de développement futur des cellules solaires scintillent de promesses d'amélioration de l'efficacité, de réductions de coûts et de mise en œuvre de processus plus durables qui pourraient révolutionner la façon dont nous exploitons l'énergie solaire. En adoptant la révolution solaire, nous ouvrons la voie à suivre, non seulement pour notre génération, mais pour beaucoup d’autres à venir, garantissant ainsi une planète qui prospère grâce à l’énergie du soleil.

FAQ

Les cellules solaires produisent-elles du courant continu ou alternatif ?

Les cellules solaires produisent du courant continu (DC). Il s’agit d’un type d’électricité où le courant circule dans une seule direction. Les appareils électroménagers de nos maisons utilisent du courant alternatif (AC). C'est pourquoi nous avons besoin d'un onduleur dans les systèmes d'énergie solaire pour convertir le courant continu des cellules solaires en courant alternatif.

Quelle est la différence entre les cellules solaires et le photovoltaïque ?

Les cellules solaires et photovoltaïques sont des termes étroitement liés, souvent utilisés de manière interchangeable. Les cellules solaires sont des unités individuelles qui convertissent la lumière du soleil en électricité à l'aide de matériaux semi-conducteurs, tandis que le photovoltaïque fait référence à la technologie et aux systèmes plus larges qui utilisent ces cellules pour générer de l'énergie électrique.

De quelle lumière une cellule solaire a-t-elle besoin ?

Une cellule solaire a besoin de la lumière du soleil pour fonctionner. Bien que son efficacité soit maximale sous la lumière directe du soleil, il peut toujours produire de l’électricité par temps nuageux ou dans des zones partiellement ombragées. En effet, les cellules solaires exploitent les particules de lumière solaire, appelées photons, pour produire de l’électricité, et les photons peuvent être trouvés à la fois sous la lumière directe et indirecte du soleil.