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Comment fonctionne un panneau solaire ?

Posté par admin le 23/10/2012 à 15:40 Dans Energies renouvelables,Industrie,Solutions | Pas de commentaire

Les technologies photovoltaïques utilisent l’énergie émise par le soleil en direction de la terre pour créer de l’électricité. Cette source énergétique bénéficie de plusieurs atouts bien connus : elle est disponible « gratuitement », en quantité importante, elle est inépuisable et non polluante. De plus si l’ensoleillement terrestre varie grandement d’une région à l’autre du globe, il est partout intéressant de recueillir l’énergie solaire. Voici les principaux atouts d’une technologie en plein essor, au potentiel encore peu mis à profit.

Principe de fonctionnement

Appelés également modules solaires, les panneaux photovoltaïques sont composés de plusieurs cellules qui captent la lumière. Ces cellules sont constituées de fines couches de silicium, un matériau semi-conducteur et composant important de l’écorce terrestre, très utilisé dans l’industrie électronique. Quand les photons émis par le rayonnement du soleil heurtent les plaquettes de silicium ces dernières les absorbent et mettent ainsi en mouvement des électrons qui génèrent une tension électrique,  recueillie par de fins fils métalliques.

Différentes technologies plus ou moins efficaces

On distingue différents types de cellules photovoltaïques : les cellules monocristallines, les cellules poly-cristallines et les cellules amorphes. Ces différents termes désignent la structure du silicium utilisée dans chaque type de cellule. Le rendement d’une cellule photovoltaïque correspond à la proportion d’énergie solaire reçue qu’elle convertit en énergie électrique. Par exemple, une cellule de rendement 10% convertira une énergie solaire reçue de 1 kWH en 100 WH d’énergie électrique.

Le silicium monocristallin (un cristal d’un bloc) est la technologie la plus efficace, avec un rendement de 12 à 20%, mais son coût est encore élevé. Meilleur marché, le silicium poly-cristallin (plusieurs cristaux) permet un rendement de 11 à 15%. Enfin, le silicium amorphe (couche de gaz projetée sur une couche de verre), s’il est le moins cher, pâtit d’un faible rendement d’à peine 5 à 9%. On le trouve notamment dans les calculatrices et autres montres « solaires ». Généralement, les fabricants indiquent la puissance délivrée par un module dans des conditions optimales : celles-ci comprennent l’ensoleillement (temps clair, faible ombrage) mais aussi l’orientation et l’angle d’inclinaison.

Le rayonnement solaire, une source d’énergie colossale et inépuisable

L’ensoleillement annuel total de la terre représente une source très importante d’énergie : on l’estime à 1,6×1018 kWH (1,6 milliards de milliards de kWH), soit 15 000 fois la consommation mondiale d’énergie. Bien sûr, la terre n’est pas ensoleillée de manière uniforme : l’éloignement de l’équateur et les conditions climatiques sont les principaux facteurs de variation. En France, par exemple, l’ensoleillement annuel moyen est d’environ 1400 kWH par m2, contre 2300 kWH par m2 dans les régions les plus chaudes du globe.

A l’échelle d’un pays comme la France, on observe des disparités d’ensoleillement significatives: moins de 1220 kWH par m2 par an en Alsace, contre plus de 1760 dans les Alpes maritimes. L’irradiation du soleil étant plus importante au sud, la surface de panneaux solaires nécessaire pour générer une quantité donnée d’électricité en sera réduite d’autant. Plus au nord, les besoins en chauffage augmentent alors que l’ensoleillement diminue : l’investissement de base sera donc plus important. Cependant, ce type d’installation est rapidement rentabilisé et reste efficace sous toutes les latitudes. L’Allemagne, qui bénéficie d’un ensoleillement moyen inférieur à la France, est par exemple le premier producteur mondial d’électricité d’origine solaire.

Des progrès technique pour soutenir une industrie encore fragile

Nous avons déjà évoqué sur le webmag la technologie dite des points quantiques, qui consiste à modifier la structure microscopique des cellules solaires pour en décupler le rendement. La photopile trois-dimensions est également une piste prometteuse en matière d’efficacité et de rendement des panneaux solaires.

En Europe, les principaux acteurs du secteur cherchent à fabriquer des modules plus efficaces et moins chers, tant dans un souci de meilleure efficacité énergétique que d’une plus grande compétitivité face à la concurrence internationale. En effet, les difficultés récentes du secteur, notamment en Allemagne et en France, ont plus à voir avec la concurrence chinoise et la réduction des subventions publiques, qu’avec un problème de rentabilité inhérent à l’énergie solaire.

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