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Une introduction aux systèmes de panneaux solaires
Les technologies de l’énergie solaire devraient jouer un rôle clé dans la révolution énergétique vers un monde durable et respectueux de l’environnement, aux côtés d’autres systèmes d’énergie renouvelable (des éoliennes aux pompes à chaleur géothermiques). Ces technologies solaires ne sont pas homogènes et leurs principes de fonctionnement varient les uns des autres, mais elles partagent toutes un même point: elles fonctionnent toutes grâce à l’énergie solaire.
Ces différentes fonctionnalités de captage de l’énergie solaire permettent de classer les appareils solaires en deux grandes catégories: le photovoltaïque (PV) et le solaire thermique.
- Les panneaux solaires photovoltaïques utilisent l’effet photovoltaïque, c’est-à-dire le phénomène physique par lequel un courant électrique se forme dans des matériaux spécifiques lorsqu’il est exposé au soleil, pour transformer l’énergie solaire en électricité.
- Les panneaux solaires thermiques, quant à eux, reposent sur le chauffage d’un fluide (eau ou eau plus un réfrigérant) à la lumière du soleil. Le fluide chauffé peut ensuite être utilisé pour produire de l’électricité (dans des systèmes de taille moyenne à de grandes centrales solaires) ou pour chauffer de l’eau (systèmes de taille petite à moyenne).
Les systèmes photovoltaïques et solaires thermiques sont installés et utilisés dans les déserts et les régions à climat tempéré du monde entier. Néanmoins, leur contribution à la quantité totale d’énergie produite dans le monde est encore loin de celle du pétrole, du gaz ou du charbon.
Comment fonctionne un système de panneaux solaires
Comme indiqué ci-dessus, un système de panneau solaire est un dispositif qui crée un courant alternatif (AC) grâce à l’énergie solaire. Les composants centraux du système sont donc ceux où se déroule le processus de transformation de la lumière en un courant électrique.
Elles sont appelées cellules photovoltaïques et sont constituées de matériaux semi-conducteurs. Étant donné que la puissance électrique produite par une seule cellule est très faible par rapport à celle nécessaire pour les applications même domestiques, les cellules sont interconnectées pour former des unités plus grandes, appelées modules . Ces modules peuvent, à leur tour, être connectés les uns aux autres pour former des réseaux .
Outre ces éléments électriques, des composants mécaniques sont également nécessaires. Parmi celles-ci, les structures responsables de l’orientation des modules vers le soleil sont particulièrement pertinentes. Mais ces composants fondamentaux ne suffisent pas pour qu’un système de panneaux solaires fonctionne. Un problème majeur est que le courant de sortie d’une cellule (ou d’un module ou d’une matrice) est du courant continu (DC). Le courant alternatif étant le type de courant utilisé dans le transport et la distribution de l’électricité, un composant, appelé onduleur , doit être ajouté pour transformer le courant continu en courant alternatif. D’autres éléments aident à «conditionner» le courant. Des systèmes de stockage de batterie solaire peuvent être inclus pour permettre le stockage d’énergie.
Les cellules solaires, où le miracle se produit
Les cellules solaires reçoivent la lumière du soleil et produisent un courant continu grâce à elle. Le processus par lequel cela est possible est appelé effet photovoltaïque. Il est basé sur une propriété des semi-conducteurs grâce à laquelle, lorsque les rayons solaires impactent une couche de ces matériaux, certains atomes (les plus énergétiques) libèrent des électrons, créant ainsi un courant continu.
Une cellule solaire comprend non seulement la couche (ou les couches) d’un semi-conducteur, mais également un film de contrôle de la lumière, une couche de verre, deux couches d’encapsulation et un cadre en aluminium (configuration classique).
Les cellules solaires sont souvent classées en deux catégories: traditionnelle, deuxième génération et troisième génération:
- Les cellules solaires traditionnelles sont fabriquées à partir de silicium cristallin (mono et polycristallin compris).
- Les cellules solaires de deuxième génération , également appelées couches minces, sont constituées de silicium amorphe ou de matériaux autres que le silicium (tellurure de cadmium, par exemple).
- Les cellules solaires de troisième génération sont fabriquées à partir d’une gamme de nouveaux matériaux autres que le silicium, tels que les plastiques conducteurs. Certaines cellules de troisième génération utilisent des lentilles en plastique ou des miroirs pour concentrer la lumière du soleil sur un petit morceau de matériau photovoltaïque à haute efficacité.
Considérations finales sur les systèmes de panneaux solaires
La grande popularité des systèmes de panneaux solaires, tant à petite échelle (lorsqu’ils sont utilisés à des fins domestiques) qu’à grande échelle (centrales solaires), est justifiée par sa nature verte et renouvelable. Cependant, certaines raisons pratiques stimulent également l’emploi de ces systèmes:
- Au niveau national , ils permettent une réduction significative des factures de services publics (l’énergie solaire est totalement gratuite) et permettent même au propriétaire d’être rémunéré pour l’utilisation ou la vente de l’énergie produite au moyen d’un système de panneaux solaires (En Suisse c’est possible).
- À grande échelle , les incitations gouvernementales et le potentiel énorme de l’industrie solaire encouragent la création et le développement d’entreprises dans le secteur.