2. PHOTOVOLTAÏQUE OU THERMIQUE
2.1 Les panneaux solaires thermiques produisent de la chaleur
Dans les panneaux solaires thermiques, appelés capteurs solaires thermiques, le rayonnement du soleil chauffe l'eau ou un liquide caloporteur ("porteur de chaleur"), qui circule dans des tubes placés dans une boîte vitrée isolante afin d'obtenir un effet de serre. Le liquide chauffé sert ensuite au chauffage de la maison ou au réchauffement de l'eau chaude sanitaire.Certains capteurs thermiques fonctionnent avec de l'air qui s'échauffe et qui est ensuite ventilé dans les habitats pour le chauffage ou dans des hangars agricoles pour le séchage des productions.
2.2 Les panneaux photovoltaïques produisent de l'électricité
Les panneaux solaires photovoltaïques, appelés modules photovoltaïques sont composés de cellules photovoltaïques convertissant la lumière en électricité par l'intermédiaire d’un matériau semi-conducteur ( silicium) reliées entre elles et intégrées dans un cadre de métal et de verre spécial. Ce type de panneau convertit le rayonnement solaire en électricité avec un rendement de l’ordre de 7 à 17 %.
2.3 Les différents types de panneaux solaires photovoltaïques
On distingue actuellement 3 principaux types de panneaux photovoltaïques, qui sont différenciés par le type de cellules qui les composent. Toutes les cellules sont produites à base de silicium, mais les méthodes de fabrication différentes leurs donnent des caractéristiques très différentes, notamment en termes de productivité. Les modules ont typiquement 36, 54, 60 ou 72 cellules.
2.4 Les cellules monocristallines
Les cellules monocristallines sont issues d'un seul bloc de silicium fondu, elles sont donc très "pures". Elles offrent le meilleur rendement (entre 13 et 17%), mais sont aussi plus chères à la production, donc à la vente. Ces cellules sont en général octogonales et d'une couleur uniforme foncée (bleu marine ou gris). Ces cellules sont les plus performantes , elles permettent donc de constituer des panneaux qui ont de meilleurs rendements, qui produisent le plus d’énergie avec le moins de surface.
2.5 Les cellules polycristallines
Les cellules polycristallines sont élaborées à partir d'un bloc de silicium cristallisé en forme de cristaux multiples. Vues de près, on peut voir les orientations différentes des cristaux. Elles ont un rendement de 11 à 15%, mais leur coût de production est moins élevé que les cellules monocristallines. Elles sont en général de forme rectangulaire et sont bleues nuit avec des reflets.Comparées aux panneaux monocristallins, leur rendement est encore moins bon lorsque l’ensoleillement est faible.
2.6 Les cellules amorphes
Les cellules amorphes sont produites à partir d'un "gaz de silicium", qui est projeté sur du verre, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide.
La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites « solaires », car ce type de cellule est bon marché et la technologie est utilisable sur de nombreux supports, notamment des supports souples. Le problème,c’est que son rendement est 2 à 3 fois plus faible que les cellules monocristallines.
Comparativement ce type de panneau fonctionne plutôt bien avec un ensoleillement faible ou diffus (ils fonctionnent même sous éclairage artificiel), mais leur rendement au m² reste globalement faible (environ 60 Wc/m²) par rapport aux panneaux mono ou polycristallin. La technologie amorphe doit donc être réservée à des utilisations particulières comme les panneaux photovoltaïques flexibles ou enroulables, qui peuvent être utilisés sur des bateaux, lors de randonnées, etc …
2.7 Pourquoi 36 cellules ?
Un panneau solaire est constitué au minimum de 36 cellules raccordées en série.
Ce chiffre n’a pas été choisi au hasard.
En effet, pour produire un courant continu de 12 V (référence de la tension utilisée par les batteries,et les ampoules en courant continu), il faut disposer d’environ 14,5 V pour une charge efficace.
Sachant que l’on va perdre 2 à 3 V en câblage, il faut donc un panneau fournissant au minimum 17,5 V arrondi à 18 V donc la tension de 36 cellules en série, (sachant qu’une cellule délivre environ entre 0,5 et 0,6 V).
2.8 Fonctionnement et fabrication
Une cellule photovoltaïque transforme la lumière en électricité. La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de matériau semi-conducteur ( Silicium) :
- une couche dopée Positivement (avec un matériau comme le Bore qui possède moins d'électrons que le Silicium),
- une couche dopée Négativement (avec du Phosphore par exemple qui possède plus d'électrons que le Silicium).
Lorsqu'un photon (la lumière) arrive sur la cellule, cela provoque une excitation de l'électron et son retour à l'état initial provoque une différence de potentiel électrique , c'est-à-dire une tension électrique. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque.
Un panneau photovoltaïque est composé de cellules branchées en série et/ou en parallèle. Ces cellules sont soudées les unes aux autres, traditionnellement sur leur face avant (il existe aussi des panneaux dont les soudures sont faites sur la face arrière), ces panneaux sont appelés "back contact", ils offrent en général un rendement supérieur de 10% grâce à la surface économisée sur la face avant).
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