Comment fonctionne un panneau solaire

Un panneau solaire produit de l’électricité grâce à de nombreuses cellules photovoltaïques montées en série et/ou en parallèle. Chacune produit environ 0,5 Volts (V).

Sur le dessus, une vitre en verre laisse passer la lumière et l’énergie qu’elle transporte. Au-dessous, un panneau rigide protège l’ensemble. Le tout est tenu par un châssis rigide qui protège le panneau des chocs. Si vous regardez un panneau solaire, vous le reconnaîtrez aisément car les cellules forment une sorte de quadrillage, et le matériau dont elles sont faites renvoie des reflets bleus ou gris. Un câble en sortie de châssis délivre un courant continu à tension constante.

Sans trop rentrer dans les détails, nous pouvons vous faire sentir ce qui se déroule dans les couches composant un panneau solaire. Pour bien comprendre, il faut vous rappeler qu’un atome se compose d’un noyau autour duquel gravitent des électrons organisés en couche. Les propriétés physiques de l’atome dépendent du nombre d’électrons de cette couche externe.

Par propriétés physiques, on entend sa capacité à se combiner à d’autres atomes pour former des molécules, des cristaux, se transformer en ion. Si l’on arrache des électrons à ces atomes et qu’on les met en mouvement, on peut créer un courant.

Une cellule photovoltaïque est conçue à partir de matériaux semi-conducteurs que l’on retrouve dans de nombreux composants électroniques. Pour fabriquer ces semi-conducteurs, il faut d’abord choisir une famille d’atome présentant 4 électrons sur leur couche externe : on parle d’atomes tétravalents. Ils ont la faculté de se regrouper ensemble de manière organisée pour former un cristal.

L’idée générale pour fabriquer des matériaux semi-conducteurs est d’introduire des impuretés bien choisie dans cette structure, on parle alors de dopage. Si on insère dans ce cristal des atomes ayant trois électrons sur leur couche externe, il va y avoir un déficit d’électrons. Un électron étant chargé négativement, cela va résulter en une charge positive, on parle de dopage P. A l’inverse, si on introduit des atomes portant 5 électrons sur leur couche externe, il y a un excès d’électron, le cristal est donc chargé négativement et on parle de dopage N. Si on colle une plaque de matériau dopé N à une plaque de matériau dopé P, on crée ce que l’on appelle une jonction PN. A cette jonction, les charges négatives d’un côté et positives de l’autre créent un champ électrique.

La cellule consiste en une jonction PN avec une grille métallique sur le dessus et un collecteur conducteur au dos. Les photons de la lumière frappent le semi-conducteur dopé N. Ces photons transmettent leur énergie à des électrons qui se libèrent ainsi de l’attraction du noyau autour duquel ils gravitent.

Le champ électrique de la jonction PN repousse ces électrons vers la grille métallique. Ces électrons circulent ensuite à travers le circuit auquel est connecté le panneau, pour retourner par le contact arrière dans le semi-conducteur où ils sont de nouveau attirés par un noyau.

L’intensité, la tension et donc la puissance dépendent du nombre de cellules montées à la fois en série et en parallèle. La tension en sortie d’un panneau est continue, ce qui peut convenir pour recharger une batterie ou alimenter un camping-car. Pour utiliser ce courant dans une maison ou le revendre à un opérateur, il faut y relier un onduleur, qui transforme un courant continu en courant alternatif 220V et 50Hz.