Comment fonctionne un panneau solaire photovoltaïque ?

Un panneau solaire photovoltaïque transforme directement une partie de la lumière du Soleil en électricité. Il ne fonctionne donc pas en récupérant principalement la chaleur, mais en exploitant les propriétés électriques de matériaux semi-conducteurs, le plus souvent le silicium. Un panneau est constitué de plusieurs cellules photovoltaïques reliées entre elles, afin de produire une tension et un courant adaptés à l’usage prévu.

Des cellules en silicium

Le silicium est un semi-conducteur : selon les conditions, il peut laisser circuler les charges électriques. Pour fabriquer une cellule photovoltaïque, il est préparé de manière à former deux zones aux propriétés électriques différentes. Leur contact constitue une jonction qui crée un champ électrique interne. Ce champ joue un rôle essentiel, car il permet de séparer les charges électriques produites lorsque la lumière atteint la cellule et d’orienter leur déplacement.

Des photons aux charges électriques

La lumière solaire est composée de photons, qui transportent de l’énergie. Lorsqu’ils pénètrent dans le silicium, certains photons transmettent leur énergie à des électrons. Ces derniers peuvent alors se libérer de leur état initial, laissant derrière eux des charges positives appelées « trous ». Le champ électrique de la jonction sépare les électrons et les trous, ce qui évite qu’ils se recombinent immédiatement. Les électrons sont dirigés vers une partie de la cellule et les trous vers l’autre, créant une différence de potentiel.

La production d’un courant continu

Des contacts conducteurs placés sur la cellule permettent de récupérer les charges et de les faire circuler dans un circuit extérieur. Ce déplacement constitue un courant électrique continu : les électrons circulent dans une direction donnée. Comme une seule cellule fournit une quantité limitée d’électricité, plusieurs cellules sont connectées au sein d’un panneau. La puissance produite dépend notamment de l’intensité de la lumière reçue, de la surface des cellules et de leurs caractéristiques électriques. La production diminue donc lorsque l’ensoleillement est faible, et elle s’interrompt la nuit.

Du panneau aux appareils électriques

L’électricité fournie directement par les cellules est continue, alors que les installations électriques courantes utilisent généralement du courant alternatif. Un onduleur convertit donc le courant continu produit par le panneau en courant alternatif utilisable par les appareils ou injectable dans le réseau. Dans une installation autonome, l’électricité peut aussi alimenter une batterie par l’intermédiaire d’un dispositif de gestion adapté, afin d’être utilisée plus tard. Le panneau produit ainsi l’électricité à partir de la lumière, tandis que l’onduleur, les câbles et éventuellement la batterie assurent son adaptation, son transport ou son stockage.