Quel est le principe de fonctionnement d'un panneau solaire ?

Un panneau photovoltaïque transforme directement une partie de la lumière solaire en électricité grâce à l’effet photovoltaïque. Il est constitué de nombreuses cellules photovoltaïques, généralement fabriquées à partir de silicium, un matériau semi-conducteur. Lorsque la lumière atteint ces cellules, l’énergie transportée par les photons peut mettre des électrons en mouvement et produire un courant électrique continu. Cette électricité peut ensuite être consommée, stockée ou convertie pour alimenter une installation électrique.

La conversion de la lumière en courant

Dans une cellule photovoltaïque, le silicium est traité de manière à former deux zones aux propriétés électriques différentes, appelées zones de type N et de type

. Leur contact constitue une jonction qui crée un champ électrique interne. Quand un photon possède une énergie suffisante et est absorbé par le silicium, il peut libérer un électron. Cette interaction forme une paire composée d’un électron libre et d’un « trou », c’est-à-dire une absence d’électron dans la structure du matériau. Le champ électrique de la jonction sépare ces charges et les oriente vers des parties différentes de la cellule. Des contacts métalliques les recueillent alors, ce qui fait circuler les électrons dans un circuit extérieur et produit un courant continu.

Le rôle des cellules dans un panneau

Une cellule photovoltaïque produit une tension et un courant limités. Pour obtenir une puissance adaptée aux usages courants, de nombreuses cellules sont reliées entre elles à l’intérieur d’un module, puis plusieurs modules peuvent être associés dans une installation. Les cellules sont notamment connectées en série afin d’augmenter la tension disponible. Le panneau comprend aussi des éléments de protection, comme une surface transparente et résistante ainsi que des couches d’encapsulation qui protègent les cellules contre l’humidité et les contraintes mécaniques. La quantité d’électricité produite dépend de l’intensité de la lumière reçue, de l’orientation du panneau, de son inclinaison et de sa température. Une ombre portée sur une partie des cellules peut également réduire la production.

Du courant continu à l’électricité utilisable

L’électricité produite par les cellules est un courant continu. Or, les installations domestiques et le réseau électrique utilisent généralement du courant alternatif. Un onduleur convertit donc le courant continu fourni par les panneaux en courant alternatif compatible avec les appareils électriques et, lorsque l’installation y est raccordée, avec le réseau. Dans un système équipé d’une batterie, une partie de l’électricité peut être stockée pour être utilisée plus tard, notamment lorsque les panneaux ne reçoivent plus de lumière. Sans batterie, l’électricité produite est consommée au moment de sa production ou peut être injectée dans le réseau selon le fonctionnement de l’installation.