Comprendre le fonctionnement des panneaux solaires en quelques étapes simples

Les panneaux solaires, également appelés cellules photovoltaïques, sont des dispositifs conçus pour convertir l’énergie du soleil en électricité utilisable. Ils fonctionnent en utilisant les propriétés photovoltaïques des matériaux semi-conducteurs, tels que le silicium.

Le fonctionnement d’un panneau solaire débute lorsque les photons du soleil pénètrent les couches supérieures du panneau. Les photons excitent les électrons dans les matériaux semi-conducteurs, les libérant de leur orbite atomique. Les électrons sont alors attirés par des contacts électriques situés à chaque extrémité du panneau. Lorsque ces contacts sont reliés par un circuit électrique, ils créent un courant électrique continu.

Le courant électrique produit par les panneaux solaires est en courant continu (CC). Cependant, la plupart des appareils électroniques utilisent un courant alternatif (CA). Pour convertir le courant CC en courant CA, un onduleur est utilisé.

Les panneaux solaires peuvent être utilisés individuellement ou connectés à d’autres panneaux pour former un système de production d’énergie solaire, appelé système photovoltaïque. Les systèmes photovoltaïques peuvent alimenter les besoins énergétiques de votre maison ou de votre entreprise, tout en fournissant une source d’énergie renouvelable et durable.

Les panneaux solaires produisent de l’électricité en utilisant le silicium comme matériau de base. Après avoir éliminé ses impuretés, le silicium devient un support neutre pour la transmission des électrons. En raison de ses propriétés atomiques, le silicium est un choix idéal pour la fabrication de panneaux solaires.

Le silicium, matériau de base des panneaux solaires, est un élément chimique qui peut former des liaisons covalentes avec ses atomes voisins. Chaque atome de silicium est tétravalent, c’est-à-dire qu’il peut se lier à 4 atomes voisins, formant ainsi un tétraèdre. Dans un cristal de silicium pur, tous les électrons de valence participent aux liaisons chimiques, rendant le silicium dépourvu d’électrons de conduction. Par conséquent, contrairement aux métaux, aucun électron ne circule d’un atome de silicium à un autre.

Qu’est-ce que les électrons de valence ?

Les électrons de valence sont des électrons se trouvant sur la couche externe d’un atome. Ils sont impliqués dans les interactions avec d’autres atomes, formant des liaisons chimiques pour former des molécules et des matériaux solides. Les électrons de valence sont ceux qui sont les plus éloignés du noyau de l’atome et ont la plus grande liberté de mouvement. Les propriétés chimiques d’un élément sont en grande partie déterminées par le nombre d’électrons de valence qu’il possède.

Le rendement en électricité des panneaux solaires est amélioré grâce à un processus scientifique connu sous le nom de dopage. Cela consiste à ajouter des impuretés telles que des atomes de phosphore et de bore au silicium pur, ce qui augmente sa conductivité et en fait un semi-conducteur. Cette caractéristique permet une augmentation de la performance électrique en fonction de la température.

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

Lorsque des atomes de phosphore ayant 5 électrons de valence sont introduits dans le silicium pur, cela crée un défaut dans la structure cristalline appelé « impureté n-type ». Les électrons supplémentaires du phosphore peuvent librement se déplacer dans le matériau, ce qui augmente la conductivité électrique du silicium. Les régions du silicium dopées avec des atomes de phosphore sont considérées comme des semi-conducteurs n-type, car elles sont plus conductrices que le silicium pur, mais moins conductrices que les métaux.

Que se produit-il si l’on introduit des atomes de bore ayant 3 électrons de valence ?

Lorsqu’on introduit des atomes de bore ayant 3 électrons de valence dans le silicium pur, cela crée un déficit électronique appelé « trou » qui peut accueillir un électron supplémentaire. Cela rend la région dopée par le bore positivement chargée, et donc conductrice. Ce type de dopage est appelé dopage « p » et la région dopée est appelée « p-type ».

Lorsque les rayons du soleil frappent les panneaux solaires, des photons d’énergie sont envoyés sur la plaque négative du panneau, qui contient du silicium et du phosphore. Les électrons libres de cette plaque traversent la jonction et produisent de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Cependant, cette énergie est sous forme de courant continu et n’est pas utilisable pour les appareils électriques de la maison. Pour la rendre utilisable, l’onduleur de l’installation photovoltaïque la transforme en courant alternatif, qui est ensuite envoyé au réseau EDF après avoir franchi le compteur de production.

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