Schématiquement, le mécanisme est le suivant : lorsque les photons ou particules de lumière entrent en contact avec les électrons du silicium, un élément semi-conducteur traité spécifiquement pour canaliser l’énergie, ils génèrent une tension électrique. Cette tension est mesurée en volts, d’où le terme « photovoltaïque ».
Chaque panneau solaire est composé d’un assemblage de plaques ou « capteurs », de cet élément mentionné plus haut, le silicium. Cet élément chimique existe sous forme cristalline et sous forme amorphe, ce qui détermine les deux filières de production des modules photovoltaïques. Le silicium est un composant rare et donc cher, ce qui ne manque pas de se répercuter sur le prix final de l’équipement.
Le processus de fabrication des cellules au silicium cristallin ou cellules PV :
Tout d’abord, il faut obtenir la matière première: le silicium existe sous forme mono ou poly cristalline. On fabrique le silicium monocristallin à partir de colonnes pures de silicium, tandis que le silicium polycristallin est crée à partir de la fonte de copeaux de silicium monocristallin. Ces copeaux s’obtiennent par équarrissage ou opération de taille des lingots cylindriques monocristallins. Au final, cette matière première doit avoir la forme de briques de 101,5 x 101,5 mm ou 120 x 120 mm.
Lingots de silicium monocristallin posés sur des lingots de silicium polycristallin
Le rendement du silicium polycristallin est un peu inférieur car il est moins pur, mais en contrepartie il coûte moins cher.
Ensuite, les lingots sont découpés en tranches appelées ‘wafers’. Jusqu’à présent, le silicium n’est toujours pas apte à emmagasiner et canaliser l’énergie solaire. C’est grâce à la phase du dopage que le silicium acquiert les caractéristiques d’une photopile. Un élément tel que le bore est employé pour rendre la tranche positive en volume tandis que du phosphore est utilisé pour rendre les surfaces, ou parties exposées à la lumière, négatives : la tranche fonctionne comme une diode et oriente la circulation des électrons. Afin de limiter la réflexion de la lumière, on finalise l’opération en apposant un antireflet, en oxyde de titane par exemple, sur la face avant des cellules PV.
L’étape suivante consiste à assembler les tranches grâce à une structure métallique pour former les cellules PV, qui elles même sont connectées les unes aux autres pour former des chaînes. Les caractéristiques du module dépendent du nombre de cellules connectées en parallèle et en série.
C’est presque fini ! Les chaînes sont encapsulées sous du plastique hautement résistant pour les isoler et les protéger des agressions extérieures, puis recouverte d’une couche de verre. Pour finaliser le travail, on les encadre pour leur conférer une rigidité mécanique et les modules subissent plusieurs tests avant d’être mis sur le marché.
Modèles de modules encadrés
Crédit photos: Documents SIEMENS et PHOTOWATT
A suivre…
Voir aussi :
Four solaire: Un four solaire est constitué de centaines de miroirs orientés vers un récepteur central. La température du récepteur central, vers lequel sont réfléchis les rayons du soleil, monte à plus de 600°C. Un courant d’huile synthétique collecte cette chaleur et la convertit en vapeur. La vapeur fait tourner des turbines reliées à un générateur, produisant ainsi de l’électricité. Les fours solaires les plus grands peuvent produire plus de 10MV, contribuant de manière importante à la production d’électricité nationale. (Ci-contre: le four solaire d’Odeillo dans les Pyrénées Orientales)
Energie photovoltaïque: Elle est utilisée dans l’aérospatiale pour allonger la durée de vie des satellites, et s’est répandue dans de nombreuses applications, allant des calculatrices aux centrales solaires puissantes. Elle repose sur l’effet photoélectrique, qui génère de l’électricité directement de l’énergie solaire (sans passer par la chaleur comme véhicule d’énergie).
Chauffage de l’eau: Il s’agit actuellement d’un des premiers débouchés de l’énergie solaire. Comment ça marche? C’est simple: un panneau solaire chauffe-eau est constitué de plaques de métal sombres qui absorbent les rayons du soleil. Cette chaleur est transférée vers un réseau de conduits d’eau placés contre la surface de la plaque, ou à l’intérieur même de celle-ci. Une pompe à contrôle thermostatique régule le débit d’eau. Le thermostat permet un chauffage uniforme de l’eau jusqu’à une températire de 82°C.