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Panneaux photovoltaïques

Panneaux solaires sur le toit d'une maison

Un panneau solaire (appelé aussi module photovoltaïque ou panneau photovoltaïque) est un dispositif constitué par l'assemblage de cellules photovoltaïques reliées entre elles et destiné à transformer le rayonnement solaire en énergie électrique.

Le panneau solaire peut être utilisé comme élément d'un grand système photovoltaïque afin de produire et fournir de l'électricité pour des usages commerciaux et domestiques. Mais comme un seul panneau solaire ne peut produire qu'une quantité limitée d’énergie, de nombreuses installations comportent plusieurs panneaux. Un système photovoltaïque comprend généralement une rangée de panneaux solaires, un onduleur et parfois une batterie et un câblage de réseau.

Un peu de chimie et d'électronique

La plupart des modules utilisent des plaquettes à base de cellules en silicium cristallin ou de minces couches de cellules à base de silicium. Les fils conducteurs par où sort le courant des panneaux peuvent contenir de l'argent, du cuivre ou d'autres conducteurs en métaux de transition. Les cellules doivent être reliées électriquement les unes aux autres et au reste du système.

Elles doivent également être protégées contre l'humidité et les dommages mécaniques. La plupart des panneaux solaires sont rigides mais des panneaux semi-flexibles à base de silicium amorphe sont également disponibles. Les branchements électriques peuvent être faits soit en série pour obtenir une certaine tension de sortie, soit en parallèle pour fournir l’intensité de courant voulue.

Des diodes séparées peuvent être nécessaires pour éviter les courants inverses, en cas d'ombrage partiel ou total, ainsi que pendant la nuit. Certaines jonctions de cellules de silicium monocristallin peuvent avoir des caractéristiques de courant inverse qui rendent inutiles ce genre de diodes. L’inversion du courant cause des pertes d’énergie et peut occasionner une surchauffe des cellules ombragées. Or, les cellules solaires deviennent moins efficaces à des températures élevées et il incombe aux installateurs d'assurer une bonne ventilation derrière les panneaux solaires.

Le photovoltaïque sous un éclairage différent

Certains modèles récents de panneaux solaires comportent un dispositif concentrateur dans lequel la lumière est focalisée par des lentilles (ou des miroirs) sur une surface de cellules plus petite. Cela permet d’utiliser, de manière rentable, des cellules ayant un coût élevé par unité de surface (tels que l'arséniure de gallium).

Selon la construction, les panneaux photovoltaïques peuvent produire de l'électricité à partir d’un spectre de fréquences de la lumière mais ne peuvent généralement pas couvrir tout le spectre solaire (en particulier l'ultraviolet, l’infrarouge et la lumière faible ou diffuse).

Ainsi une grande partie de l'énergie lumineuse incidente est perdue par des panneaux solaires, lesquels pourraient être plus efficaces s’ils étaient éclairés par une lumière monochromatique. Et donc un autre concept consiste à diviser la lumière en longueurs d'onde différentes et de diriger les faisceaux sur des cellules différentes ajustées à ces fréquences. Cela est censé améliorer l'efficacité de 50%.

Actuellement, le meilleur taux de conversion de la lumière du soleil (efficacité du panneau solaire) disponible dans le commerce est d'environ 20%, ce qui est généralement inférieur au rendement des cellules prises isolément. La densité d'énergie d'un panneau solaire est l'efficacité décrite en termes de puissance crête par unité de surface, couramment exprimée en watts par mètre carré.

Les plus efficaces des panneaux solaires produits en masse ont des valeurs de densité d'énergie supérieure à 140 W/m².