Comment fonctionnent les panneaux solaires

Comment fonctionnent les panneaux solaires ?

Des panneaux solaires couvrent les toits et les panneaux de signalisation et aident à alimenter les engins spatiaux. Comment fonctionnent réellement les panneaux solaires ?

[caption id="attachment_221" align="alignleft" width="442"] panneaux[/caption]

Selon l’Université du Minnesota Duluth, un panneau solaire génère de l’énergie en permettant aux photons, ou particules de lumière, de détacher des électrons des atomes (s’ouvre dans un nouvel onglet). En réalité, les panneaux solaires se composent de plusieurs cellules photovoltaïques, qui convertissent la lumière du soleil en électricité. Un panneau solaire se compose de plusieurs cellules reliées entre elles.

       

Chaque cellule photovoltaïque est constituée de deux couches de matériau semi-conducteur disposées sous la forme d’un sandwich. Selon l’Proceedings National Graduate Conference 2012 (ouvre dans un nouvel onglet), les cellules photovoltaïques sont souvent composées de silicium – le même matériau utilisé pour créer la microélectronique. Pour fonctionner, les cellules photovoltaïques doivent générer un champ électrique. Semblable à un champ magnétique, qui est créé lorsque des pôles opposés sont séparés, un champ électrique est créé lorsque des charges opposées sont séparées. Pour réaliser ce champ, les producteurs « dopent » le silicium avec d’autres substances, donnant à chaque tranche sandwich une charge électrique positive ou négative.

 

Selon l’American Chemical Society, ils ensemencent spécifiquement du phosphore dans la couche supérieure de silicium, ce qui ajoute des électrons supplémentaires avec une charge négative à cette couche. Pendant ce temps, le bore est ajouté à la couche inférieure, ce qui entraîne moins d’électrons et une charge positive. Il en résulte un champ électrique à la jonction entre les couches de silicium. Ensuite, lorsqu’un photon de la lumière du soleil fait tomber un électron libre de la jonction de silicium, le champ électrique chassera cet électron. Plusieurs autres composants cellulaires convertissent ces électrons en énergie utilisable. Selon l’Office de l’efficacité énergétique et des énergies renouvelables (EERE), des plaques conductrices métalliques sur les côtés de la cellule rassemblent les électrons et les envoient aux fils (s’ouvre dans un nouvel onglet). Les électrons peuvent alors circuler comme n’importe quelle autre source d’électricité.

Les chercheurs ont mis au point des cellules solaires ultraminces et flexibles qui ne mesurent que 1,3 micron d’épaisseur – environ 1/100e de la largeur d’un cheveu humain – et 20 fois plus légères qu’une feuille de papier de bureau. En fait, les cellules sont si légères qu’elles peuvent reposer au sommet d’une bulle de savon, et pourtant elles génèrent de l’énergie avec une efficacité comparable à celle des cellules solaires à base de verre, selon une étude de 2016 publiée dans la revue Organic Electronics (ouvre dans un nouvel onglet). De telles cellules solaires pourraient être utilisées dans l’architecture, la technologie aéronautique et même l’électronique portable.

D’autres types de technologies d’énergie solaire, telles que l’énergie solaire thermique et l’énergie solaire concentrée (CSP), fonctionnent différemment des panneaux solaires photovoltaïques, bien qu’elles captent toujours l’énergie du soleil pour produire de l’électricité ou chauffer de l’eau ou de l’air.

[caption id="attachment_222" align="alignleft" width="484"] photovoltaïque[/caption]

Grande étape solaire : un système super efficace établit un record

Un nouveau record mondial donne de l’optimisme pour l’avenir de l’énergie solaire. Des chercheurs australiens viennent de créer un système d’énergie solaire qui convertit plus de 40% de la lumière du soleil qui la frappe en électricité, la plus haute efficacité jamais documentée pour un système photovoltaïque disponible dans le commerce.

L’efficacité record a d’abord été obtenue lors de tests en plein air à Sydney, en Australie, puis sur un site d’essai extérieur géré par le National Renewable Energy Laboratory (NREL) à Golden, au Colorado, le principal centre de recherche américain pour les énergies renouvelables et l’efficacité énergétique.

Martin Green, professeur à l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) et directeur du Centre australien pour le photovoltaïque avancé, a supervisé la construction du nouveau système énergétique. Green et son équipage avaient déjà battu un record du monde d’efficacité énergétique solaire. En mai 2011, une équipe de l’Université de Nouvelle-Galles du Sud (UNSW) a construit une cellule solaire en silicium cristallin avec un rendement de 19,3%, dépassant le précédent record de cellules en silicium de 18,8%. Un mois plus tard, les chercheurs ont construit une cellule légèrement améliorée avec une efficacité de 19,4%. En 1989, Green et ses collègues ont développé un système photovoltaïque complet capable de convertir l’ensoleillement en électricité avec un rendement supérieur à 20%.

Selon un communiqué, pour doubler son précédent record d’efficacité du système photovoltaïque, l’équipe de l’UNSW a combiné des cellules solaires disponibles dans le commerce avec des filtres optiques qui collectent les longueurs d’onde de la lumière que la cellule solaire normale ne peut pas capturer. Cette technique, également connue sous le nom de concentrateur photovoltaïque (CPV), est une technologie émergente dans l’industrie solaire, généralement liée à des coûts de production élevés et à des applications avancées, telles que les voyages dans l’espace.

Cependant, Green et ses collègues ont construit leur système ultra-efficace en utilisant des composants disponibles dans le commerce par opposition aux cellules solaires produites en laboratoire. Cela a permis de réduire le coût du système.

L’efficacité des cellules solaires créées dans un laboratoire est considérablement supérieure aux 40% atteints par Green et son équipe. L’Institut Fraunhofer pour les systèmes d’énergie solaire ISE en Allemagne a rapporté plus tôt ce mois-ci qu’il a développé une cellule solaire capable de convertir 46% de la lumière du soleil qui la frappe en énergie.

Bien que le système d’énergie solaire UNSW ne soit pas aussi efficace que le système Fraunhofer, il sera probablement moins coûteux à fabriquer. Cette source d’énergie alternative est compatible avec les tours dites de puissance, qui sont des structures imposantes recouvertes de panneaux solaires. L’Organisation australienne de recherche scientifique et industrielle du Commonwealth (CSIRO) possède des bâtiments similaires à Newcastle. Les tours CSIRO utilisent des miroirs pour concentrer la lumière du soleil sur deux tours à panneaux solaires. Les panneaux convertissent l’énergie lumineuse en chaleur, qui est ensuite convertie en vapeur. Cette vapeur entraîne ensuite une turbine qui produit de l’électricité.

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