Les panneaux solaires sont des merveilles de la technologie moderne, et leur fonctionnement repose sur un élément essentiel : la cellule photovoltaïque. Ces petits carrés, qui constituent les modules photovoltaïques, ont la capacité extraordinaire de transformer la lumière du soleil en électricité. Dans cet article, nous allons explorer en profondeur le monde des cellules photovoltaïques : leurs caractéristiques, leur fonctionnement, les différents types existants, et bien sûr, leur rendement.
Les cellules photovoltaïques sont les éléments constitutifs des panneaux solaires. Ce sont des dispositifs électroniques qui génèrent de l’électricité à partir des rayons du soleil. Malgré leur finesse (environ 200 μm), une quantité infime suffit pour les fabriquer. Chaque panneau solaire contient entre 60 et 72 cellules photovoltaïques avec des dimensions spécifiques, chacune jouant un rôle crucial dans la production d’électricité.
La fabrication d’une cellule photovoltaïque nécessite l’utilisation de matériaux semi-conducteurs. Ces matériaux sont des isolants électriques, mais ils permettent néanmoins aux électrons de produire du courant. Le silicium est le matériau le plus couramment utilisé pour la production de cellules photovoltaïques. Il est abondant, facile à extraire (on le trouve dans le sable et le quartz), et il est également facilement recyclable.
Il existe différents types de cellules photovoltaïques, chacune ayant ses propres spécificités et ses avantages surtout pour les panneaux solaire.
Ces cellules sont reconnaissables à leur couleur très foncée. Elles sont constituées d’un seul cristal de silicium, ce qui leur confère une efficacité supérieure à celle du silicium polycristallin. Cependant, leur fabrication est plus délicate, ce qui se reflète dans leur coût plus élevé.
Ces cellules, identifiables à leur couleur bleutée, sont composées de cristaux orientés dans différentes directions, ce qui donne à leur couleur une certaine hétérogénéité. Elles sont le matériau photovoltaïque le plus utilisé à l’échelle mondiale, offrant le meilleur rapport qualité/prix. Cependant, leur rendement est inférieur à celui des cellules en silicium monocristallin.
Ces cellules, généralement de couleur marron ou gris foncé, sont beaucoup plus fines que les cellules en silicium cristallin. Elles sont utilisées depuis longtemps dans les petites calculatrices, mais leur rendement reste très faible. De plus, leur durée de vie est plus courte que celle des autres types de cellules.
Les cellules photovoltaïques à hétérojonction (HJT) sont une technologie émergente qui combine les avantages du silicium monocristallin et du silicium amorphe. Elles offrent une efficacité élevée, comparable à celle des cellules en silicium monocristallin, tout en étant moins coûteuses à produire. Les cellules HJT sont également plus tolérantes aux températures élevées et aux conditions de faible luminosité.
Les cellules photovoltaïques à couches minces sont une autre catégorie de cellules solaires qui utilisent des matériaux autres que le silicium, tels que le tellurure de cadmium (CdTe), le diséléniure de cuivre et d’indium (CIS), et le diséléniure de cuivre, d’indium et de gallium (CIGS). Ces cellules sont moins efficaces que les cellules en silicium, mais elles sont plus flexibles et moins coûteuses à produire. Elles sont souvent utilisées dans des applications où l’espace n’est pas un problème, comme les grandes installations solaires au sol.
Les cellules photovoltaïques à pérovskite sont une technologie de cellules solaires en développement rapide. Elles utilisent des matériaux à base de pérovskite, qui sont moins coûteux et plus faciles à produire que le silicium. Les cellules à pérovskite ont montré une efficacité impressionnante en laboratoire, mais elles doivent encore faire leurs preuves en termes de durabilité et de stabilité à long terme.
Les cellules photovoltaïques organiques (OPV) sont une autre technologie émergente qui utilise des matériaux organiques, tels que les polymères et les petites molécules organiques, pour absorber la lumière et produire de l’électricité. Les OPV sont flexibles, légers et peuvent être fabriqués en utilisant des techniques d’impression à bas coût. Cependant, leur efficacité est actuellement inférieure à celle des autres types de cellules solaires, et leur durabilité est un défi majeur.
Les cellules photovoltaïques à concentration (CPV) utilisent des lentilles ou des miroirs pour concentrer la lumière du soleil sur une petite zone de matériau photovoltaïque. Cela permet d’utiliser moins de matériau photovoltaïque, ce qui peut réduire les coûts. Cependant, les systèmes CPV nécessitent un suivi précis du soleil et sont donc plus adaptés aux grandes installations solaires dans des régions à fort ensoleillement.
Les cellules photovoltaïques à multi-jonctions sont des cellules solaires haut de gamme qui utilisent plusieurs couches de matériaux différents pour absorber différentes longueurs d’onde de la lumière. Cela leur permet d’atteindre une efficacité très élevée, souvent supérieure à 40%. Cependant, elles sont très coûteuses à produire et sont généralement utilisées dans des applications spécialisées, comme les satellites et les sondes spatiales.
Les cellules photovoltaïques quantiques sont une technologie de cellules solaires en développement qui utilise des points quantiques, de minuscules particules de matériau semi-conducteur, pour absorber la lumière et produire de l’électricité. Les cellules quantiques ont le potentiel d’atteindre une efficacité très élevée et peuvent être fabriquées en utilisant des techniques à bas coût. Cependant, elles sont encore à un stade précoce de développement et de nombreux défis doivent être surmontés avant qu’elles ne deviennent une technologie commerciale viable.
Les cellules photovoltaïques à colorant (DSSC) sont une technologie de cellules solaires qui utilise un colorant pour absorber la lumière et produire de l’électricité. Les DSSC sont moins efficaces que les cellules en silicium, mais elles sont plus flexibles et peuvent fonctionner efficacement même dans des conditions de faible luminosité. Elles sont également moins coûteuses à produire que les cellules en silicium, ce qui les rend attrayantes pour certaines applications.
Les cellules photovoltaïques à thermophotovoltaïque (TPV) sont une technologie de cellules solaires qui convertit la chaleur en électricité. Les TPV sont moins efficaces que les cellules solaires traditionnelles, mais elles peuvent fonctionner 24 heures sur 24, contrairement aux cellules solaires qui ne fonctionnent que pendant la journée. Cependant, elles nécessitent une source de chaleur constante pour fonctionner, ce qui limite leur applicabilité.
Le rendement d’une cellule photovoltaïque est le rapport entre la quantité d’énergie lumineuse transformée en électricité et la quantité d’énergie qui a été captée par le système. Plus ce pourcentage est élevé, plus la cellule produit d’électricité. Les cellules en silicium amorphe ont le rendement le plus faible (entre 6% et 9%), tandis que les cellules en silicium monocristallin ont le rendement le plus élevé (entre 16% et 24%).
Plus les cellules sont puissantes, plus vous produisez d’électricité… mais plus leur installation est coûteuse comme pour les panneaux solaires photovoltaïques. Pour déterminer la puissance nécessaire, il est essentiel de définir précisément vos besoins réels. Ces besoins dépendent de vos équipements électriques, du nombre de personnes dans votre foyer, de la taille de votre logement, etc. De plus, la puissance de votre installation peut varier en fonction de vos objectifs : ils peuvent différer si vous visez l’autoconsommation ou si vous prévoyez de vendre l’électricité excédentaire.
En conclusion, les cellules photovoltaïques sont un élément essentiel du panneau solaire. Elles sont des composants électriques qui produisent de l’électricité au contact des rayons du soleil. Il existe différents types de cellules, mais les plus couramment utilisés sont le silicium monocristallin, le silicium polycristallin et le silicium amorphe. Chacun a ses propres avantages et inconvénients, et le choix dépendra de vos besoins spécifiques et de votre budget.