Les installations photovoltaïques fonctionnent grâce à un élément essentiel : la cellule photovoltaïque. Une cellule photovoltaïque a la capacité de transformer la lumière solaire en énergie électrique. Focus sur le rendement, le fonctionnement d’une cellule photovoltaïque et les différents types existants.
La cellule photovoltaïque : rendement
Le rendement d’un module ou d’une cellule photovoltaïque indique l’efficacité de fonctionnement de cette cellule. Il est exprimé par le rapport entre l’électricité produite par la cellule et l’électricité incidente. Le rendement des cellules est exprimé en pourcentage et le rendement général des panneaux solaires en dépend.
Rendement cellule (%) = Puissance produite / Puissance incidente
Le rendement est mesuré en laboratoire dans des conditions de test idéales (Standard Test Conditions ou STC). Mais le rendement réel varie, car ces conditions ne sont pas toujours réunies en réalité. En théorie, ce rendement peut atteindre 33 %, mais en pratique, il dépasse rarement les 24 %.
De plus, plusieurs facteurs influencent le rendement des cellules solaires dont l’ensoleillement, la température et le matériau de fabrication. Il existe d’autres facteurs d’influence : orientation, inclinaison des panneaux photovoltaïques, de même que la zone géographique et la présence ou non d’ombrages.
La cellule photovoltaïque : caractéristiques et fonctionnement
Les principaux constituants des panneaux solaires sont les cellules photovoltaïques. Il s’agit de matériaux électroniques qui transforment les rayons solaires en électricité. Ces cellules sont extrêmement fines. Un panneau solaire est formé de 60 à 72 cellules photovoltaïques.
La cellule solaire est fabriquée à base de matériaux semi-conducteurs, pouvant permettre aux électrons de produire du courant tout en servant d’isolant électrique. Le silicium est utilisé en majorité. En effet, il est très abondant, facile à trouver et extraire et facilement recyclable.
Hormis le silicium, d’autres matériaux sont moins fréquemment utilisés pour fabriquer les cellules photovoltaïques. Parmi ceux-ci figurent :
- le séléniure de cuivre d’indium et de gallium ;
- la pérovskite ;
- le tellurure cadmium ;
- le séléniure de cuivre-indium.
Le semi-conducteur utilisé pour fabriquer la cellule réagit aux rayons de soleil et libère les électrons qui constituent la lumière. Ces électrons se déplacent dans le semi-conducteur et produisent l’électricité. Selon le semi-conducteur, l’efficacité de la cellule est plus ou moins élevée.
Les types de cellules photovoltaïques
Il existe trois principaux types de cellules solaires : les cellules photovoltaïques monocristallines, les cellules photovoltaïques polycristallines et les cellules à couches minces.
- les cellules solaires monocristallines sont constituées d’un unique cristal de silicium. Elles ont une couleur très foncée due à la très grande concentration en silicium. Leur production est délicate et elles coûtent relativement cher. Leur rendement est d’environ 20 % et est supérieur au rendement des cellules polycristallines ;
- les cellules solaires polycristallines présentent une teinte bleutée non homogène. Elles sont constituées de cristaux orientés dans différentes directions. Elles sont les plus utilisées en raison de leur coût de production réduit. Elles ont cependant un rendement inférieur à celui des cellules monocristallines (15 % environ) ;
- les cellules en silicium amorphe à couches minces sont généralement de couleur grise ou marron. Elles sont plus fines que les cellules cristallines et leur rendement n’est que de 5 à 7 %.
En somme, le rendement des panneaux photovoltaïques dépend de celui de leur constituant principal : la cellule photovoltaïque. La cellule photovoltaïque a une efficacité variant selon son matériau de fabrication, entre autres.
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