La cellule photovoltaïque, un composant essentiel pour transformer l'énergie solaire en électricité
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La cellule photovoltaïque, ou comment les petits ruisseaux font les grandes rivières… Ce composant qui ne paie pas de mine à priori, peut transformer les rayons du soleil en énergie et ainsi alimenter les logements en électricité et chauffage. C'est une énergie verte, renouvelable qui s'inscrit dans les enjeux environnementaux, une solution idéale pour consommer de manière responsable tout en préservant son cadre de vie.
Processus de transformation de la lumière du soleil en électricité
Les panneaux solaires photovoltaïques, un équipement qu’on connaît bien. Mais en connaît-on le fonctionnement précis ? Votre panneau solaire se compose de nombreuses cellules photovoltaïques, et ce sont elles qui ont la charge de transformer l'énergie produite par le soleil en une énergie qui alimente nos foyers.
Entre cellule et panneau photovoltaïque, les termes sont souvent confondus. Pourtant ils se distinguent (tout en s’englobant) :
- le panneau solaire est l’équipement placé généralement en toiture ;
- la cellule photovoltaïque est un petit composant électronique qui assemblée avec les autres, forme le panneau solaire. Elle est en charge de capter la lumière du soleil et de transformer le rayonnement solaire ou la chaleur produite en électricité.
Fabrication d’une cellule photovoltaïque : la ruée vers le silicium…
Dans la course aux énergies renouvelables, le silicium est en quelque sorte l’or moderne. A la différence près que le silicium, se trouve facilement et en ressources inépuisables, notamment dans le sable. Cet élément semi-conducteur est le principal composant de la cellule solaire.
Le silicium se compose d’atomes, eux-mêmes constitués d’électrons capables de se déplacer. Et c’est la lumière du soleil qui impulse leur mouvement (merci M. Becquerel pour avoir découvert cet effet photovoltaïque). En se déplaçant, les électrons créent un courant électrique à condition de circuler dans le bon sens. Pour cela, au moment de la fabrication des cellules photovoltaïques, on dope la couche supérieure du silicium qui les compose en phosphore et la couche inférieure en bore. On obtient comme une pile, avec borne négative et borne positive intégrées. Cette astuce assure la circulation des électrons et la production du courant électrique.
A noter : la cellule solaire produit un courant continu. C’est l’onduleur qui convertit cette tension électrique en courant alternatif.
Cellule photovoltaïque amorphe ou cellule polycristalline
Vous l'aurez compris, la grande majorité des cellules solaires sont fabriquées à base de silicium. Ce qui les différencie, c’est simplement la façon dont le silicium est utilisé pour constituer la cellule photovoltaïque. En plein essor, le marché du photovoltaïque se diversifie, et on voit apparaître chaque jour de nouvelles C.S.N.I. (Cellules Solaires Non Identifiées).
Cellule polycristalline VS cellule monocristalline
- Avec la cellule au silicium monocristallin, on commence par chauffer le silicium, puis il est refroidit. Le silicium fondu se solidifie en formant un seul grand cristal. On en coupe alors des morceaux pour former les cellules solaires. Malgré un coût de production important, ce procédé possède un très bon rendement.
- Pour la production de la cellule au silicium polycristallin, le procédé est le même sauf qu’on refroidit le silicium dans une lingotière et qu’il forme à l’arrivée plusieurs cristaux. Cette méthode a le mérite de produire des cellules solaires à moindre coût mais au moins bon rendement.
- Le troisième type de cellule photovoltaïque est celle dîte « amorphe ». Elle se fabrique via un procédé qui s’apparente à celui de la fabrication des écrans plats(2). Quid du ratio de la cellule photovoltaïque amorphe ? Elle est malheureusement moins performante que les précédentes.
Quand on développe de nouvelles cellules photovoltaïques…
Créer des cellules solaires plus efficaces et moins chères, c’est le pari des chercheurs ! Si on prend les cellules photovoltaïques organiques ou les cellules solaires à pérovskites, la différence avec les précédantes est que leur composant principal est leur structure.
Le prix et l'installation des cellules photovoltaïques
Un prix d'installation qui varie en fonction de la puissance de la cellule photovoltaïque
Plus les cellules photovoltaïques sont puissantes et plus l'installation sera cher. Mais vous produirez aussi plus d’électricité... Pour déterminer la puissance qu'il vous faut, définissez vos besoins réels. Plus vous avez d’équipements électriques, plus votre installation photovoltaïque doit être puissante. De même, la puissance nécessaire diffère selon vos objectifs : autoconsommation ou revente à EDF, à vous de choisir…
Pour chiffrer le coût total d’une installation photovoltaïque il faut prendre en compte plusieurs choses : l’étude préalable au projet, le matériel, sa pose et le raccordement au réseau. En se basant sur les chiffres de l’INC , comptez 10 000 à 12 000 € TTC pour une installation photovoltaïque d’une puissance de 3kWc(3). Sachez que chez ENGIE, on propose un package clés en mains pour 7 000 € TTC.
Le rendement d’une cellule photovoltaïque
Selon que vous ayez opté pour une cellule photovoltaïque monocristalline ou polycristalline, vous aurez un rendement différent. Et par là, on entend le rapport entre l’énergie solaire captée par vos panneaux et l’électricité produite en sortie.
Selon la technologie utilisée, les cellules photovoltaïques ont des rendements oscillant entre 5 % et 24 %(4). Il peut baisser au fil des années. Pour déterminer le type de cellule le plus rentable sur une installation, il faut donc prendre en compte son coût ainsi que son rendement sur la durée.