Climat et EcologiePanneaux solaires : comment cela fonctionne ?

Panneaux solaires : comment cela fonctionne ?

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De plus en plus de personnes sont sensibles à l’environnement. Et aujourd’hui j’ai à cœur de vous expliquer les principes de base de l’énergie solaire qui est selon moi une des clefs majeur dans le changement écologique positif à notre planète.

Les différentes technologies solaires photovoltaïques

Au-delà du gain pour l’environnement, l’installation de panneaux photovoltaïques est un gain pour votre porte monnaie. Le site devispanneausolaire.com vous explique le gain que vous pouvez réaliser chaque année grâce à l’énergie solaire.

Le secteur photovoltaïque utilise actuellement trois technologies principales.

La plus courante, et de loin, utilise un matériau surabondant, appelé silicium.

La deuxième, la technologie des couches minces, implique le dépôt d’une combinaison de divers matériaux en couches ultrafines sur un substrat.

Et la troisième, le photovoltaïque concentré : il concentre la lumière du soleil jusqu’à 1 000 fois son intensité normale sur les cellules.

Les différents types de technologies photovoltaïques

Le procédé au silicium

La technologie du silicium repose sur un matériau semi-conducteur, le silicium, qui peut être produit à partir d’une ressource naturelle quasi inépuisable, le quartz, présent dans le granit, le sable et le grès. Les panneaux solaires fabriqués à partir de cellules présentent également l’avantage majeur de pouvoir être utilisés aussi bien dans de grandes fermes solaires que dans de petits systèmes autonomes. L’industrie maîtrise depuis longtemps les technologies au silicium.

Il n’est donc pas surprenant que la technologie au silicium représente aujourd’hui 90 % du marché mondial.

Souvent, on s’intéresse à l’écologie, on veut installer des panneaux solaires et on abandonne car l’investissement initial est trop élevé. Ce sont des idées reçues, l’Etat souhaite mettre cette technologie et il a mis à disposition des aides que vous pouvez retrouvez sur ce site.

Amélioration de l’empreinte carbone

Une fois en place, les systèmes photovoltaïques produisent de l’électricité sans émettre de dioxyde de carbone. Cependant, la production de panneaux photovoltaïques consomme de l’énergie et émet donc des gaz à effet de serre. Un système photovoltaïque doit fonctionner pendant un à deux ans et demi pour produire la quantité d’énergie utilisée pour fabriquer l’équipement. Les processus à haute température utilisés pour traiter les cellules en sont la cause. Les chercheurs étudient les moyens de réduire les besoins en chaleur et de rendre les plaquettes plus fines. La technologie des couches minces pourrait améliorer l’empreinte carbone des processus de fabrication.

Il existe deux variantes du processus de fabrication du silicium :

La première comprend des plaquettes de silicium monocristallin, découpées à partir d’un bloc (« lingot ») de silicium monocristallin très pur. Bien que le procédé industriel soit compliqué et coûteux, cette solution permet d’obtenir des cellules avec un rendement de 20% (rapport entre la production électrique d’une cellule et l’énergie incidente sous forme de lumière solaire). Le record de production à l’échelle commerciale, à partir d’un panneau de 125 x 125 millimètres carrés, est détenu par SunPower, avec 24,2%. Avec cette solution, le circuit électrique est également placé à l’arrière de la cellule, ce qui augmente ses performances. Ces panneaux, utilisés sur l’avion solaire Solar Impulse, ne présentent pas les surfaces rainurées caractéristiques des autres types de panneaux.

Le deuxième procédé concerne les cellules de silicium polycristallin. Le silicium polycristallin est moins pur et moins cher, mais son rendement est d’environ 15 %. Les entreprises chinoises sont à la tête de ce segment. Le coût inférieur de la cellule a favorisé sa forte croissance au niveau mondial, mais le rendement de conversion de l’énergie est, bien entendu, un facteur décisif dans le calcul final déterminant la viabilité financière des systèmes photovoltaïques

Le découpage de plaquettes à partir de lingots de silicium gaspille environ 30% du matériau. Les chercheurs ont développé une approche basée sur des films minces d’environ 2 microns d’épaisseur, déposés sur un verre ou un substrat flexible. Les empilements de films minces permettent d’exploiter les propriétés des différents matériaux qu’ils contiennent, notamment la capacité de chacun à utiliser une longueur d’onde lumineuse légèrement différente.

Il existe deux types de couches minces :

Le premier utilise le tellurure de cadmium, moins cher que le silicium mais peu abondant et potentiellement nuisible à l’environnement. L’entreprise américaine First Solar est le leader mondial de cette technologie.

La seconde utilise un alliage de cuivre, d’indium et de sélénium (CIS), auquel on ajoute parfois du gallium (CIGS). Ces deux techniques permettent une très bonne absorption de la lumière. Toutefois, les réserves de gallium sont limitées et l’indium est déjà largement utilisé par les fabricants d’écrans plats. L’entreprise japonaise Solar Frontier occupe le créneau du CIGS.

Photovoltaïque organique

Les chercheurs travaillent sur la possibilité d’utiliser des polymères organiques dans la technologie des couches minces. Les polymères organiques sont des plastiques fabriqués à partir de ressources renouvelables telles que les plantes, les algues ou les matières animales. Comme leur coefficient d’absorption de la lumière est très élevé, les constituants organiques peuvent être étalés en couches assez fines sur des substrats flexibles. Cette technologie doit relever deux défis principaux : augmenter le rendement des cellules et prolonger leur durée de vie (environ 1 000 heures).

Le solaire photovoltaïque concentré

Une autre façon d’augmenter la puissance des cellules photovoltaïques consiste à concentrer la lumière du soleil sur celles-ci à l’aide d’un miroir parabolique ou d’une lentille de Fresnel. Il est possible d’obtenir des concentrations très élevées, jusqu’à 1 024 fois l’intensité de la lumière solaire. Cette technique peut potentiellement atteindre des taux de rendement de 30%, mais la mise en place est compliquée. D’une part, la chaleur résiduelle doit être canalisée pour éviter d’endommager le verre.

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