L’effet photovoltaïque : produire de l’électricité avec la lumière

Qu’est-ce que l’effet photovoltaïque ?

Une découverte française

En 1839, le physicien français Edmond Becquerel fait une expérience inédite. Il place deux plaques photosensibles recouvertes d’une couche de chlorure d’argent dans deux compartiments remplis d’eau acidifiée. L’une des deux est exposée à la lumière, alors que la deuxième reste dans l’obscurité. Il se rend alors compte que le fait d’être exposé à la lumière crée un faible courant électrique. C’est l’effet photovoltaïque.

Fonctionnement

Pour mieux comprendre ce qui se passe au sein des cellules photovoltaïques lorsque le soleil brille, voici une explication simplifiée du phénomène.

La lumière du soleil se compose de photons. Chacun d’entre eux contient de l’énergie, qui correspond aux différentes longueurs d’onde du spectre solaire. Lorsqu’un photon entre en contact avec une cellule photovoltaïque, l’énergie qu’il contient est transférée à un électron du matériau semi-conducteur de la cellule, généralement du silicium. Grâce à ce surplus d’énergie, l’électron s’échappe de sa position normale dans l’atome et crée un « trou ». On appelle cela un électron-trou.

Dans une cellule photovoltaïque, on compte deux couches de matériau semi-conducteur. L’une est dopée pour conduire les charges négatives, l’autre pour les charges positives. Avec ce phénomène, un champ électrique permanent est créé dans la cellule.

Lorsque la paire électron-trou est créée, les charges positives et négatives sont séparées. Cela entraîne une différence de potentiel entre les deux couches de silicium. Les électrons circulent de l’un à l’autre : il s’agit d’un courant électrique. Grâce à un fil conducteur qui relie les deux bornes, les électrons circulent et alimentent le circuit électrique.

Le fonctionnement de l’effet photovoltaïque peut paraître un peu complexe, car il faut faire faire intervenir des principes de physique-chimie pour bien le comprendre. Voici une explication moins détaillée :

• Lorsque le soleil brille, les photons de la lumière viennent frapper les cellules photovoltaïques.
• Cette lumière fait circuler les électrons du silicium, matériau contenu dans les cellules.
• Les électrons se déplacent alors en produisant du courant électrique.

Voyons désormais pourquoi l’effet photovoltaïque est si intéressant.

Les avantages

L’effet photovoltaïque est aujourd’hui la seule manière de produire de l’électricité sans faire appel à une génératrice tournante (alternateur ou dynamo). Elle présente énormément d’avantages.

Tout d’abord, son fonctionnement n’a pas d’impact négatif majeur sur l’environnement. N’étant pas en mouvement, les panneaux solaires ne perturbent pas la faune, ne font pas de bruit et n’ont pas d’odeur. De plus, la ressource utilisée, celle du soleil, est renouvelable et n’émet pas de gaz à effet de serre. Seuls la production et le transport des panneaux solaires peuvent être polluants. Cependant, cela est largement compensé par l’énergie verte qu’ils permettent ensuite de produire pendant des dizaines d’années.

Le fonctionnement de l’effet photovoltaïque est aussi très fiable : le risque de panne est extrêmement faible, car aucune pièce n’est en mouvement. Les matériaux utilisés pour la fabrication des panneaux solaires sont très résistants. Leur durée de vie est généralement de 30 à 40 ans. Ils peuvent fonctionner n’importe où, tant qu’ils sont correctement installés et qu’ils ne subissent pas d’ombrages trop fréquents.

Enfin, il est désormais possible de prédire assez précisément la production qu’il est envisageable de réaliser en utilisant l’effet photovoltaïque. Calculer la rentabilité d’un projet est donc tout à fait faisable.

Les limites

L’effet photovoltaïque fonctionne en corrélation avec la lumière du soleil : plus il brille, plus une installation solaire peut produire d’électricité. Ainsi, avec la même installation, le nombre de kWh produit par an peut être plus ou moins élevé en fonction du climat de votre région.

Cette technologie reste assez pointue, et le prix des panneaux photovoltaïques est assez élevé pour la plupart des personnes. Il s’agit cependant d’un investissement, qui est rentabilisé au fil des années. Que vous choisissiez l’autoconsommation ou la revente totale de votre production électrique, votre projet solaire est rentabilisé en 10 à 15 ans en moyenne.

Enfin, on peut noter que l’effet photovoltaïque ne permet pas d’obtenir un rendement de 100 %. Cela signifie que parmi toute la lumière qui entre dans le système, seule une partie est transformée en électricité : 10 % à 25 % en moyenne. Même si le rendement des panneaux solaires est limité, ils restent très utiles pour produire de l’électricité verte et locale, diminuer le coût de votre facture d’énergie et limiter votre utilisation des énergies fossiles.

Les panneaux solaires transforment la lumière du soleil en électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Ce phénomène est très avantageux, puisqu’il permet de produire de l’énergie verte à partir des rayons du soleil. Peu invasive, cette technologie n’émet pas de gaz à effet de serre, de bruit ou d’odeur pour fonctionner. Elle est donc un excellent moyen d’entamer sa transition énergétique.