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Comment fonctionne un panneau solaire

Guide écrit par :
Jean-François, Bricoleur & développeur informatique, Les Yvelines

Jean-François, Bricoleur & développeur informatique, Les Yvelines

58 guides
Les panneaux solaires récupèrent l’énergie offerte par le soleil et la transforment en électricité. Cellule photovoltaïque, atome, matériaux semi-conducteurs, électron, dopage et jonction PN : les explications pour comprendre le fonctionnement d’un panneau solaire et la transformation du courant continu en alternatif.

Caractéristiques importantes

  • Composition
  • Cellule photovoltaïque
  • Atomes et électrons
  • Courant continu et courant alternatif

Prix

de 13,00 € à 1 625,00 €

Composition d’un panneau solaire





Un panneau solaire produit de l’électricité grâce à de nombreuses cellules photovoltaïques montées en série et/ou en parallèle. Chacune produit environ 0,5 Volts (V).

Sur le dessus, une vitre en verre laisse passer la lumière et l’énergie qu’elle transporte. Au-dessous, un panneau rigide protège l’ensemble. Le tout est tenu par un châssis rigide qui protège le panneau des chocs.
 
Si vous regardez un panneau solaire, vous le reconnaîtrez aisément car les cellules forment une sorte de quadrillage, et le matériau dont elles sont faites renvoie des reflets bleus ou gris. Un câble en sortie de châssis délivre un courant continu à tension constante.

Panneau solaire et production d’électricité : la physique des atomes


Sans trop rentrer dans les détails, nous pouvons vous faire sentir ce qui se déroule dans les couches composant un panneau solaire. Pour bien comprendre, il faut vous rappeler qu’un atome se compose d’un noyau autour duquel gravitent des électrons organisés en couche. Les propriétés physiques de l’atome dépendent du nombre d’électrons de cette couche externe.

Par propriétés physiques, on entend sa capacité à se combiner à d’autres atomes pour former des molécules, des cristaux, se transformer en ion. Si l’on arrache des électrons à ces atomes et qu’on les met en mouvement, on peut créer un courant.

La cellule photovoltaïque : des matériaux semi-conducteurs

Une cellule photovoltaïque est conçue à partir de matériaux semi-conducteurs que l’on retrouve dans de nombreux composants électroniques. Pour fabriquer ces semi-conducteurs, il faut d’abord choisir une famille d’atome présentant 4 électrons sur leur couche externe : on parle d’atomes tétravalents. Ils ont la faculté de se regrouper ensemble de manière organisée pour former un cristal.

L’idée générale pour fabriquer des matériaux semi-conducteurs est d’introduire des impuretés bien choisie dans cette structure, on parle alors de dopage. Si on insère dans ce cristal des atomes ayant trois électrons sur leur couche externe, il va y avoir un déficit d’électrons. Un électron étant chargé négativement, cela va résulter en une charge positive, on parle de dopage P. A l’inverse, si on introduit des atomes portant 5 électrons sur leur couche externe, il y a un excès d’électron, le cristal est donc chargé négativement et on parle de dopage N.

Si on colle une plaque de matériau dopé N à une plaque de matériau dopé P, on crée ce que l’on appelle une jonction PN
. A cette jonction, les charges négatives d’un côté et positives de l’autre créent un champ électrique.

Fonctionnement d’une cellule photovoltaïque


La cellule consiste en une jonction PN avec une grille métallique sur le dessus et un collecteur conducteur au dos. Les photos de la lumière frappent le semi-conducteur dopé N. Ces photons transmettent leur énergie à des électrons qui se libèrent ainsi de l’attraction du noyau autour duquel ils gravitent

Le champ électrique de la jonction PN repousse ces électrons vers la grille métallique. Ces électrons circulent ensuite à travers le circuit auquel est connecté le panneau, pour retourner par le contact arrière dans le semi-conducteur où ils sont de nouveau attirés par un noyau.

Transformation du courant continu en alternatif : le rôle de l’onduleur




L’intensité, la tension et donc la puissance dépendent du nombre de cellules montées à la fois en série et en parallèle. La tension en sortie d’un panneau est continue, ce qui peut convenir pour recharger une batterie ou alimenter un camping-car. Pour utiliser ce courant dans une maison ou le revendre à un opérateur, il faut y relier un onduleur, qui transforme un courant continu en courant alternatif 220V et 50Hz
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Jean-François, Bricoleur & développeur informatique, Les Yvelines 58 guides écrits

Jean-François, Bricoleur & développeur informatique, Les Yvelines
Intéressé depuis l'enfance par le travail manuel et la technique, toujours fasciné par le bricolage et le travail du bois, j'ai profité de l'achat d'un appartement pour avoir un terrain de jeu grandeur nature. Au programme, de l'électricité, bien sûr dans le respect des normes, et quelques déplacements de cloisons ; mais aussi de la décoration avec l'aide de Madame, des meubles sur mesure et des astuces pour optimiser les mètres carrés tout en restant original. Avec l'arrivée de petit bonhomme, je me suis lancé dans la confection de petits meubles pour lui !

Faute de place, je n'ai pas d'atelier fixe et certains des outils dont je rêve n'ont pas encore rejoint ma collection. Ne vous inquiétez pas, j'en connais déjà beaucoup et j'ai un profil technique qui me permettra j'espère de vous guider dans vos choix !

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