Les cellules photovoltaïques des panneaux solaires ont la capacité de transformer l’énergie solaire en énergie électrique.
ILe fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
La cellule photovoltaïque est l’unité de base des panneaux solaires.
Elle est le plus souvent composée de silicium, un matériau semi-conducteur qui devient conducteur quand on l’éclaire.
Afin de favoriser la circulation des électrons et le passage du gap, on introduit dans le silicium des impuretés comme le bore et le phosphore.
Le bore a un électron de moins que le silicium, ce qui crée un « trou », équivalant à une charge positive. On parle de dopage de type P, comme « positif ».
Le phosphore a un électron de plus que le silicium. On parle de dopage de type N, comme « négatif ».
Doc 1 Structure et fonctionnement d’une cellule photovoltaïque
Spontanément, les électrons en excès de la couche de silicium dopé N (phosphore) ① diffusent dans la couche de silicium dopé P (bore) ③, déficitaire en électrons. Une jonction en silicium ② se forme alors et un équilibre interne se met en place.
Les photons du Soleil reçus par la grille conductrice arrachent des électrons aux atomes de silicium de la couche ①, ce qui crée un déséquilibre interne. Les électrons de la cathode migrent alors vers la couche ③, tandis que ceux des couches ①, ② et ③ rejoignent l’anode conductrice. Cette circulation d’électrons génère un courant électrique.
Plus le nombre de photons est grand, plus l’intensité du courant est grande.
IIUne installation photovoltaïque domestique
Il faut différencier une installation thermique qui permet, par exemple, de chauffer l’eau sanitaire contenue dans un ballon, d’une installation photovoltaïque capable de créer de l’énergie électrique qui devra être consommée instantanément ou stockée dans des batteries.
Doc 2 Installation pour un particulier
Les photons, captés par les cellules du panneau photovoltaïque, transmettent leur énergie aux électrons du matériau (doc. 2). Les électrons sont mis en mouvement vers le circuit extérieur créant ainsi un courant continu.
Le courant continu est transformé en courant alternatif grâce à un onduleur afin de pouvoir être utilisé par les appareils domestiques et le réseau public.
L’électricité produite peut alors au choix alimenter les appareils électriques de l’habitation, être revendue au fournisseur d’électricité ou être stockée dans une batterie lithium-ion.