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Comment fonctionne un panneau solaire ?

Le fonctionnement des panneaux solaires photovoltaiques

Que ce soit sur une calculatrice solaire ou une station spatiale internationale, les panneaux solaires produisent de l'électricité en utilisant les mêmes principes de l'électronique, à savoir des batteries et des circuits électriques. Avec des panneaux solaires, tout est question de circulation d’électrons à travers un circuit.

Pour comprendre comment des panneaux solaires produisent de l'électricité, il peut être utile de faire un rapide retour en arrière, en cours de chimie à l’école. L'élément de base des panneaux solaires est le même élément qui a contribué à créer l’ordinateur, le silicium. Lorsque le silicium est dépouillé de toutes ses impuretés, il devient une plate-forme idéalement neutre pour la transmission des électrons. Le silicium a aussi des propriétés à l'échelle atomique qui le rendent encore plus attrayant pour la création de panneaux solaires.
atome de silicium
Un atome de silicium possède 4 électrons sur sa couche externe, deux atomes voisins peuvent mettre en commun chacun un électron et deviennent ainsi liés par une liaison covalente. Chaque atome de silicium est tétravalent, il peut se lier à 4 atomes voisins et donc former un tétraèdre. Dans un cristal de silicium pur chaque atome est entouré de quatre atomes voisins. Tous les électrons de valence du silicium participent aux liaisons chimiques, il n'y a donc pas d'électrons de conduction dans le silicium pur, contrairement aux métaux. Sur la couche externe d’un atome de silicium, dans le silicium pur, aucun électron ne circule d’un atome à un autre.

C'est là que la science entre en scène.

Pour le rendre plus ou moins conducteur on dope le silicium pur en y introduisant d’autres atomes, aussi appelés impuretés (atome de phosphore et atome de bore). Sa conductivité augmentant avec la température c'est un semi-conducteur.

Que se produit-il si on introduit des atomes de phosphore ayant 5 électrons de valence ?


Les 4 électrons de l'atome de phosphore forment des liaisons avec l'atome de silicium, il en reste donc un qui pourra assurer la conduction.
C'est un dopage de type (N), N comme négatif car la conduction se fera par les électrons supplémentaires.


Que se produit-il si on introduit des atomes de bore ayant 3 électrons de valence ?
Les 3 électrons de l'atome de bore forment des liaisons avec l'atome de silicium, il y a donc "manque" d’un électron qu'on appelle trou positif. Des électrons de valence peuvent venir occuper ces trous, en libérant eux- mêmes des places. C'est un dopage de type (P) P comme positif car la conduction se fera par les trous.

Les deux plaques qui constituent un panneau solaire sont donc dopées différemment afin que l’électricité puisse circuler. La surface de séparation de ces deux plaques s’appel la jonction, elle sera constituée de fils conducteurs.

shema de cellule photovoltaique
Avec les deux plaques en place, il est maintenant temps de s’intéresser à l’aspect solaire de notre panneau solaire. La lumière naturelle du soleil envoie de nombreuses particules d'énergie différentes, mais celui que nous intéresse le plus est le photon. Par les rayons solaires, les photons bombardent la plaque négative, silicium/ phosphore, du panneau solaire.

Les électrons libres de la plaque négative, silicium/ phosphore, traversent la jonction vers la plaque positive, silicium/ bore, de l’électricité est produite, c’est l’effet photovoltaïque !

L'énergie produite est un courant continu qui n'est cependant pas utilisable par les appareils électriques de votre maison.
L'onduleur de votre installation photovoltaique transformera ce courant continu en courant alternatif.
Une fois transformé, le courant alternatif passe par le compteur de production et est envoyé vers le réseau EDF.