Le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque

Parler des énergies renouvelables implique un mode énergétique propre et durable. Mais quel est le fonctionnement exact d’une cellule photovoltaïque souvent citée dans la production d’électricité ?

L’essentiel sur la cellule photovoltaïque

Son principe de fonctionnement repose sur des grains de lumière ou photons. Lorsque les photons percutent du silicium, les électrons d’un métal semi-conducteur se déplacent en sens unique. L’électron via la lumière passe par un circuit externe. Pour revenir à son état initial, l’électron génère un courant électrique.
Ainsi, les cellules procurent de la puissance électrique au quotidien même si le ciel est couvert. Toutefois, le rendement sera plus réduit.

A propos des panneaux solaires

Le panneau solaire ou panneau photovoltaïque est obtenu par le regroupement ou l’assemblage des cellules photovoltaïques. Ces panneaux sont disposés de 2 manières. La toiture d’une habitation peut bénéficier d’un encastrement sur les toits ou à même la toiture.
Cet assemblage aboutit aux modules solaires. L’installation de panneaux photovoltaïques ou solaires est du ressort de spécialistes agréés. Ces installateurs peuvent soumettre des offres innovantes à leurs clients. Cela peut porter sur la mixte énergétique, le système intelligent, l’autoconsommation, entre autres.

Les différents types de cellules

Plusieurs types de cellules composent le panneau fournisseur d’énergie solaire. Par ailleurs, l’obtention de l’effet photovoltaïque est liée à la propriété de matériaux dit semi-conducteur comme le silicium. Pour sa part, le silicium dédié au photovoltaïque est présent en trois formes distinctes.
Il faut retenir la cellule en silicium poly-cristallin. C’est un matériau très usité mondialement. Son taux de rendement avoisine les 12 à 14 %. Son coût de fabrication est connu et éprouvé.
Quant à la cellule en silicium monocristallin, elle profite de rendements à taux élevé qui oscillent entre 15 % et 17 %. Toutefois, le coût de fabrication est assez conséquent.
La cellule en silicium amorphe est dotée d’un rendement moindre d’où un coût plus réduit.
Les matériaux en silicium cristallin en poly-cristallin et en monocristallin sont majoritairement utilisés sur le plan international, à raison de 90 %.

En savoir plus sur le rendement d’une cellule photovoltaïque

Pour connaître le rendement, il faut effectuer le rapport entre la puissance de l’électricité produite et la puissance lumineuse qui atterrit sur la cellule.
Pour définir le rendement, les cellules disposées en modules et en panneaux font face à un simulateur solaire. Ce simulateur fournit un ensoleillement de 1 000 W de lumière / m² pour une température ambiante de 25 °C. On obtient une puissance électrique ou puissance crête, en pourcentage de l’énergie solaire reçue.
Si on prend le cas d’un panneau d’1m², la puissance électrique obtenue est de 200 watts. Le rendement fourni est de 20 % et le plus haut rendement possible ne peut excéder 33 %.

La production potentielle dans les conditions réelles

Sur le terrain, la quantité d’électricité procurée par la cellule photovoltaïque est nommée productible. Son calcul inclut le rendement, le niveau de rayonnement solaire moyen annuel d’une zone donnée ainsi que le mode d’installation. L’énergie solaire provenant de la lumière du soleil est de 1 MWh/m² dans la région parisienne. Il est de 1,7 dans les villes gorgées de soleil du sud de l’hexagone et il est de 3 dans le désert du Sahara.
Pour un panneau solaire ou photovoltaïque à 15% de rendement, l’énergie électrique produite est de 150 KWh par m² et par an dans la région parisienne. Dans le Sahara, il atteint 450 KWh.
Les chercheurs œuvrent pour générer des cellules multifonctions. Cette association cible le dépassement du plafond de rendement de 33 % avec des coûts-réduits. Les travaux misent les cellules doubles ou tandem combinant du silicium et des couches minces avec un haut rendement approchant les 43 %, voire une limite théorique de 50 %.