Fonctionnement du photovoltaïque
Certains matériaux comme le silicium ont la capacité de transformer directement la lumière du soleil en électricité. C’est ce qu’on appelle l’effet photovoltaïque. Il est utilisé dans la conception des panneaux solaires qui permettent aujourd’hui à certains bâtiments de produire de l’électricité.
Découvert au XIXe siècle, l’effet photovoltaïque désigne la capacité que possèdent certains matériaux, appelés semi-conducteurs, à convertir directement la lumière du soleil en électricité.
Diverses technologies permettent aujourd’hui d’optimiser cet effet pour produire de l’électricité localement via des capteurs solaires. Cette énergie peut être consommée sur place dans le cas de sites isolés ou injectée dans le réseau public de distribution de l’électricité.
L’effet photovoltaïque
Les cellules photovoltaïques sont constituées d’un matériau semi-conducteur, généralement du silicium, qui comporte deux zones de dopage de manière à séparer les charges électriques positives et négatives générées par les photons incidents.
Les cellules sont connectées en série pour constituer des modules qui sont eux-mêmes interconnectés afin d’atteindre des tensions suffisamment élevées.
Lorsque les photons heurtent la surface des matériaux semi-conducteurs, ils transfèrent leur énergie aux électrons de la matière. Ces derniers se mettent ainsi en mouvement créant le courant électrique. Le courant ainsi obtenu est proportionnel à la quantité de lumière reçue.
Le courant continu sera alors transformé en courant alternatif par un onduleur pour pouvoir être injecté par la suite sur le réseau public.
Performance d’une installation photovoltaïque
Le rendement d’une installation dépend principalement de trois facteurs :
- L'ensoleillement de la région d’habitation ;
- L'effet masque (zones d'ombre sur le toit) ;
- L'orientation et la pente de la toiture.
Système photovoltaïque raccordé au réseau
- Le système photovoltaïque intégré produit du courant continu à partir du rayonnement du soleil.
- L’onduleur transforme le courant continu en courant alternatif. L’onduleur est protégé avant et après par un boîtier de sécurité.
- Le compteur électrique de revente comptabilise l’électricité produite par les panneaux et renvoyée dans le réseau électrique.
- L’électricité consommée dans la maison est fournie par le réseau via le compteur d’achat habituel.
La quasi-totalité des systèmes photovoltaïques sont aujourd’hui installés sur des sites raccordés au réseau électrique. En injectant l’électricité qu’ils produisent dans le réseau, ils contribuent à augmenter la part des énergies renouvelables dans notre mix énergétique . L’objectif que nous nous sommes fixé au niveau européen est de porter cette part à 20% en 2020.
Cette solution permet d’éviter l’écueil du stockage de l’électricité. Cependant, le coût de production de l’électricité photovoltaïque reste élevé par rapport aux énergies conventionnelles. C’est pourquoi les états européens ont mis en place des tarifs de rachat attractifs pour soutenir le développement de la filière
. Les tarifs français favorisent particulièrement l’intégration des éléments photovoltaïques au bâti.
Système photovoltaïque en site isolé
Certains sites ne sont pas ou ne peuvent pas être reliés au réseau public de distribution, car il est techniquement trop complexe d’étendre le réseau jusqu’à eux (en zone montagneuse, par exemple) ou parce que le coût d’une telle opération n’est pas justifié. Ces sites peuvent alors être électrifiés par l’énergie solaire photovoltaïque en association avec des batteries de stockage.
Les différentes technologies de panneaux photovoltaïques
Une cellule photovoltaïque est composée d'une ou de deux couches de matériau semi-conducteur. Le silicium, élément le plus abondant après l'oxygène sur Terre, est le semi-conducteur le plus fréquemment utilisé.
Les cellules en silicium cristallin sont fabriquées en découpant de fines tranches dans un unique cristal de silicium (cellule en monocristallin ) ou dans un bloc de cristaux de silicium (cellule multicristalline ).
La technologie des couches minces consiste à déposer de très fines couches d'un matériau photosensible sur un support à bas coût tel que le verre, l'acier inoxydable ou le plastique (module en couche mince ).
Le terme « photovoltaïque » est formé à partir du grec ancien « photos » (φωτoς : lumière, clarté) et du nom du physicien italien (Allessandro Volta) qui inventa la pile électrique en 1800 et donna son nom à l’unité de mesure de la tension électrique, le volt.
L’effet photovoltaïque a été découvert en 1839 par le Français Alexandre-Edmond Becquerel.
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