Comment fonctionne un panneau solaire ?

Un panneau solaire photovoltaïque transforme directement une partie de la lumière du Soleil en électricité. Il ne produit pas de chaleur pour faire fonctionner une turbine : son fonctionnement repose sur des cellules semi-conductrices, généralement fabriquées en silicium, qui convertissent l’énergie portée par les photons en courant électrique. Plusieurs cellules sont assemblées dans un même panneau afin d’obtenir une tension et une puissance adaptées à une installation domestique, professionnelle ou au réseau électrique.

Des cellules conçues pour séparer les charges électriques

Une cellule photovoltaïque est constituée de couches de silicium présentant des propriétés électriques différentes. Leur jonction forme un champ électrique interne. Dans le silicium, certains électrons peuvent absorber l’énergie lumineuse et passer à un état où ils sont mobiles. La lumière crée alors une paire de porteurs de charge : un électron libre et un « trou », qui correspond à l’absence laissée par cet électron. Le champ électrique de la jonction sépare ces deux porteurs et les dirige vers des régions opposées de la cellule. Cette séparation est essentielle, car elle permet de faire circuler les charges dans un circuit extérieur plutôt que de les laisser se recombiner à l’intérieur du matériau.

De la lumière au courant continu

Lorsque des photons possèdent une énergie suffisante et atteignent le silicium, ils peuvent libérer des électrons. Les électrons sont dirigés vers la zone de type n, tandis que les trous se déplacent vers la zone de type p. Des contacts métalliques recueillent ces charges et les conduisent dans un circuit extérieur. Le déplacement organisé des électrons produit alors un courant électrique continu, c’est-à-dire un courant dont le sens reste constant. Une cellule seule fournit une quantité limitée d’électricité ; les panneaux relient donc de nombreuses cellules entre elles, en série et parfois en parallèle, pour augmenter la tension ou l’intensité disponibles.

Le rôle de l’onduleur

L’électricité produite par les cellules est d’abord un courant continu. Dans une habitation et sur le réseau électrique, l’électricité distribuée est généralement utilisée sous forme de courant alternatif. Un onduleur transforme donc le courant continu fourni par le panneau en courant alternatif compatible avec les équipements électriques et, si nécessaire, avec le réseau. Il règle également le fonctionnement électrique de l’installation afin de tirer le meilleur parti de la lumière disponible. Dans certaines installations, une partie de l’électricité peut être consommée immédiatement, stockée dans une batterie ou injectée sur le réseau, selon l’équipement utilisé.

Une production variable

Un panneau photovoltaïque produit davantage lorsque la lumière reçue est importante, mais sa production varie selon l’heure, la saison, l’orientation, l’inclinaison et les ombres portées. Il peut produire par temps nuageux, car une partie de la lumière traverse les nuages, mais la puissance obtenue est alors généralement plus faible. La température, la propreté de la surface et les caractéristiques des cellules influencent également le résultat. Le rendement n’est jamais de 100 % : une partie de l’énergie lumineuse n’est pas absorbée, tandis qu’une autre est dissipée sous forme de chaleur ou perdue dans les composants électriques. Le principe reste toutefois le même : les cellules photovoltaïques convertissent la lumière en courant continu, puis l’onduleur le rend utilisable dans une installation électrique.