{"id":34452,"date":"2026-02-28T07:13:42","date_gmt":"2026-02-28T01:43:42","guid":{"rendered":"http:\/\/microtexindia.com\/systeme-solaire-photovoltaique\/"},"modified":"2021-12-22T07:12:11","modified_gmt":"2021-12-22T01:42:11","slug":"systeme-solaire-photovoltaique","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/microtexindia.com\/fr\/systeme-solaire-photovoltaique\/","title":{"rendered":"Qu’est-ce qu’un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque ?"},"content":{"rendered":"\t\t
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Comment fonctionne le syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque ?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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L’ampleur de l’\u00e9nergie thermique du soleil en fait une source d’\u00e9nergie tr\u00e8s attrayante. Cette \u00e9nergie peut \u00eatre directement convertie en \u00e9lectricit\u00e9 \u00e0 courant continu et en \u00e9nergie thermique. L’\u00e9nergie solaire est une source d’\u00e9nergie renouvelable propre, abondante et in\u00e9puisable disponible sur la terre. Les panneaux solaires ou les syst\u00e8mes solaires photovolta\u00efques utilisant des panneaux (panneaux SPV) sont dispos\u00e9s sur des toits ou dans des fermes solaires de mani\u00e8re \u00e0 ce que le rayonnement solaire tombe sur les panneaux solaires photovolta\u00efques pour faciliter une r\u00e9action qui convertit le rayonnement lumineux du soleil en \u00e9lectricit\u00e9.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L’\u00e9nergie solaire peut \u00eatre utilis\u00e9e pour alimenter un seul b\u00e2timent ou \u00eatre utilis\u00e9e \u00e0 l’\u00e9chelle industrielle. Lorsqu’elle est utilis\u00e9e \u00e0 petite \u00e9chelle, l’\u00e9lectricit\u00e9 suppl\u00e9mentaire peut \u00eatre stock\u00e9e dans une batterie ou inject\u00e9e dans le r\u00e9seau \u00e9lectrique. L’\u00e9nergie solaire <\/a>est illimit\u00e9e et la seule limite est notre capacit\u00e9 \u00e0 la convertir en \u00e9lectricit\u00e9 de mani\u00e8re rentable. De minuscules panneaux solaires photovolta\u00efques alimentent des calculatrices, des jouets et des cabines t\u00e9l\u00e9phoniques.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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D\u00e9finition d'un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque convertit l’\u00e9nergie solaire en \u00e9nergie \u00e9lectrique tout comme une batterie convertit l’\u00e9nergie chimique en \u00e9nergie \u00e9lectrique ou un moteur automobile convertit l’\u00e9nergie chimique en \u00e9nergie m\u00e9canique ou un moteur \u00e9lectrique (dans un v\u00e9hicule \u00e9lectrique<\/a>, VE) convertit l’\u00e9nergie \u00e9lectrique en \u00e9nergie m\u00e9canique. Une cellule SPV convertit l’\u00e9nergie solaire en \u00e9nergie \u00e9lectrique. Une cellule solaire ne produit pas d’\u00e9lectricit\u00e9 en utilisant la chaleur du soleil, mais les rayons lumineux incidents interagissent avec les mat\u00e9riaux semi-conducteurs pour produire de l’\u00e9lectricit\u00e9.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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L’\u00e9lectricit\u00e9 peut \u00eatre d\u00e9finie comme le flux d’\u00e9lectrons. Comment les syst\u00e8mes solaires photovolta\u00efques cr\u00e9ent-ils ce flux ? En g\u00e9n\u00e9ral, il faut fournir de l’\u00e9nergie pour \u00e9loigner les \u00e9lectrons du noyau des atomes. Les \u00e9lectrons de valence (c’est-\u00e0-dire ceux qui se trouvent dans l’enveloppe ext\u00e9rieure de l’atome) ont les niveaux d’\u00e9nergie les plus \u00e9lev\u00e9s des \u00e9lectrons qui sont encore li\u00e9s \u00e0 leurs atomes parents (car ils sont tr\u00e8s \u00e9loign\u00e9s du noyau, par rapport aux \u00e9lectrons de l’enveloppe int\u00e9rieure). Une \u00e9nergie suppl\u00e9mentaire est n\u00e9cessaire pour retirer compl\u00e8tement un \u00e9lectron de l’atome. Les \u00e9lectrons libres ont donc des niveaux d’\u00e9nergie plus \u00e9lev\u00e9s que les \u00e9lectrons de valence.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La figure ci-dessus repr\u00e9sente un diagramme de bande d’\u00e9nergie, qui montre deux niveaux d’\u00e9nergie, une bande de valence et une bande de conduction. Les \u00e9lectrons de valence sont situ\u00e9s dans la bande de valence et les \u00e9lectrons libres dans la bande de conduction sup\u00e9rieure. Dans les semi-conducteurs, il existe un vide entre les bandes de valence et de conduction. Il faut donc fournir de l’\u00e9nergie pour que les \u00e9lectrons de valence passent dans la bande de conduction. Cela signifie que de l’\u00e9nergie doit \u00eatre fournie pour retirer les \u00e9lectrons de valence de leurs atomes parents et les transformer en \u00e9lectrons libres.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Que sont les syst\u00e8mes solaires photovolta\u00efques ?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Lorsque le silicium pur est \u00e0 la temp\u00e9rature de 0 K (0 degr\u00e9 Kelvin = – 273\u00b0C), toutes les positions des enveloppes \u00e9lectroniques externes sont occup\u00e9es, en raison des liaisons covalentes entre les atomes, et il n’y a pas d’\u00e9lectrons libres. La bande de valence est donc compl\u00e8tement pleine et la bande de conduction est compl\u00e8tement vide. Bien que les \u00e9lectrons de valence aient l’\u00e9nergie la plus \u00e9lev\u00e9e, ils n\u00e9cessitent le moins d’\u00e9nergie pour \u00eatre retir\u00e9s de l’atome (\u00e9nergie d’ionisation). Ceci peut \u00eatre illustr\u00e9 par l’exemple d’un atome de plomb. Ici, l’\u00e9nergie d’ionisation (d’un atome gazeux) du premier \u00e9lectron enlev\u00e9 est de 716 kJ\/mol et celle requise pour le second \u00e9lectron est de 1450 kJ\/mol. Les valeurs \u00e9quivalentes pour Si sont 786 et 1577 kJ\/mol.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Chaque \u00e9lectron se d\u00e9pla\u00e7ant vers la bande de conduction laisse un site vacant(appel\u00e9 trou)<\/strong> dans la liaison de valence. Ce processus est appel\u00e9 la g\u00e9n\u00e9ration de paires \u00e9lectron-trou<\/strong>. Un trou dans un cristal de silicium peut, comme un \u00e9lectron libre, se d\u00e9placer dans le cristal. Le moyen par lequel le trou se d\u00e9place est le suivant : Un \u00e9lectron d’une liaison proche d’un trou peut facilement sauter dans le trou, laissant derri\u00e8re lui une liaison incompl\u00e8te, c’est-\u00e0-dire un nouveau trou. Cela se produit rapidement et fr\u00e9quemment – les \u00e9lectrons des liaisons proches changent de position avec les trous, envoyant des trous de mani\u00e8re al\u00e9atoire et erratique dans tout le solide ; plus la temp\u00e9rature du mat\u00e9riau est \u00e9lev\u00e9e, plus les \u00e9lectrons et les trous sont agit\u00e9s et plus ils se d\u00e9placent.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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La g\u00e9n\u00e9ration d’\u00e9lectrons et de trous par la lumi\u00e8re est le processus central de l’effet photovolta\u00efque global, mais elle ne produit pas elle-m\u00eame un courant. S’il n’y avait pas d’autre m\u00e9canisme impliqu\u00e9 dans une cellule solaire, les \u00e9lectrons et les trous g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par la lumi\u00e8re erreraient au hasard dans le cristal pendant un certain temps, puis perdraient leur \u00e9nergie par voie thermique en retournant en position de valence. Pour exploiter les \u00e9lectrons et les trous afin de produire une force \u00e9lectrique et un courant, un autre m\u00e9canisme est n\u00e9cessaire : une barri\u00e8re \u00ab\u00a0potentielle\u00a0\u00bb int\u00e9gr\u00e9e*. Une cellule photovolta\u00efque est constitu\u00e9e de deux fines tranches de<\/strong> silicium prises en sandwich et fix\u00e9es \u00e0 des fils m\u00e9talliques.<\/strong><\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Lors de la fabrication des lingots, le silicium est pr\u00e9-dop\u00e9<\/strong> avant d’\u00eatre d\u00e9coup\u00e9 en tranches et exp\u00e9di\u00e9. Le dopage n’est rien d’autre que l’ajout d’impuret\u00e9s<\/strong> dans la tranche de silicium cristallin pour la rendre conductrice d’\u00e9lectricit\u00e9. Le silicium poss\u00e8de 4 \u00e9lectrons dans la coquille ext\u00e9rieure. Ces<\/strong> mat\u00e9riaux de dopage positifs (de type p)<\/strong> sont invariablement du bore, qui poss\u00e8de 3 \u00e9lectrons (trivalent) ; il est appel\u00e9 porteur positif. (Accepteur) Dopant.<\/strong> Le dopant n\u00e9gatif (de type n)<\/strong> est le phosphore<\/strong>, qui poss\u00e8de 5 \u00e9lectrons (pentavalent) ; il est appel\u00e9 le dopant<\/strong>porteur n\u00e9gatif (donneur)<\/strong>.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Une cellule photovolta\u00efque contient une couche barri\u00e8re<\/strong> qui est constitu\u00e9e par des charges \u00e9lectriques oppos\u00e9es se faisant face de part et d’autre d’une ligne de s\u00e9paration. Cette barri\u00e8re de potentiel s\u00e9pare s\u00e9lectivement les \u00e9lectrons et les trous g\u00e9n\u00e9r\u00e9s par la lumi\u00e8re, envoyant plus d’\u00e9lectrons d’un c\u00f4t\u00e9 de la cellule, et plus de trous de l’autre. Ainsi s\u00e9par\u00e9s, les \u00e9lectrons et les trous sont moins susceptibles de se rejoindre et de perdre leur \u00e9nergie \u00e9lectrique. Cette s\u00e9paration des charges cr\u00e9e une diff\u00e9rence de tension entre les deux extr\u00e9mit\u00e9s de la cellule, qui peut \u00eatre utilis\u00e9e pour g\u00e9n\u00e9rer un courant \u00e9lectrique dans un circuit externe.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Lorsqu’une cellule photovolta\u00efque est expos\u00e9e \u00e0 la lumi\u00e8re du soleil, des paquets d’\u00e9nergie lumineuse, appel\u00e9s photons, peuvent faire sortir de leur orbite certains des \u00e9lectrons de la couche P inf\u00e9rieure, en passant par le champ \u00e9lectrique \u00e9tabli \u00e0 la jonction P-N, pour les faire passer dans la couche N. La couche N, avec son surplus d’\u00e9lectrons, d\u00e9veloppe un flux d’\u00e9lectrons en exc\u00e8s, qui produit une force \u00e9lectrique pour repousser les \u00e9lectrons suppl\u00e9mentaires. Ces \u00e9lectrons en exc\u00e8s sont \u00e0 leur tour repouss\u00e9s dans le fil m\u00e9tallique vers la couche P inf\u00e9rieure, qui a perdu une partie de ses \u00e9lectrons. Ainsi, le courant \u00e9lectrique continuera \u00e0 circuler jusqu’\u00e0 ce que les rayons du soleil soient incidents sur les panneaux.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque ne peut avoir qu'une faible efficacit\u00e9 \u00e9nerg\u00e9tique.<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Les cellules des syst\u00e8mes solaires photovolta\u00efques actuels ne convertissent qu’environ 10 \u00e0 14 % de l’\u00e9nergie radiante en \u00e9nergie \u00e9lectrique. Les centrales \u00e0 combustible fossile, quant \u00e0 elles, convertissent de 30 \u00e0 40 % de l’\u00e9nergie chimique de leur combustible en \u00e9nergie \u00e9lectrique. Le rendement de conversion des sources d’\u00e9nergie \u00e9lectrochimiques est beaucoup plus \u00e9lev\u00e9, jusqu’\u00e0 90 \u00e0 95<\/strong> %.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Qu'est-ce que le rendement de conversion d'un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque ? <\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Rendement d’un dispositif = \u00e9nergie utile produite \/ \u00e9nergie absorb\u00e9e<\/p>\n

Dans le cas d’un syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque, le rendement est d’environ 15 %, ce qui signifie que si nous disposons d’une surface de cellule de 1m2<\/sup> pour chaque 100W\/m2<\/sup> de rayonnement incident, seuls 15 W seront fournis au circuit. <\/p>\n

Rendement de la cellule SPV = 15 W\/m2\/<\/sup> 100 W\/m2<\/sup> = 15 %.<\/p>\n

Dans le cas des batteries au plomb, nous pouvons distinguer deux types de rendement, le rendement coulombien (ou Ah ou amp\u00e8re-heure) et le rendement \u00e9nerg\u00e9tique (ou Wh ou wattheure). Pendant un processus de charge qui convertit l’\u00e9nergie \u00e9lectrique en \u00e9nergie chimique, le rendement Ah est d’environ 90 % et le rendement \u00e9nerg\u00e9tique d’environ 75 %. <\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Principe de fonctionnement du syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Fabrication de cellules pour syst\u00e8mes solaires photovolta\u00efques<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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La mati\u00e8re premi\u00e8re est le quartz (sable) qui est la deuxi\u00e8me mati\u00e8re la plus abondante. Le quartz est un min\u00e9ral largement r\u00e9pandu. Il existe de nombreuses vari\u00e9t\u00e9s qui se composent principalement de silice ou de dioxyde de silicium (SiO2) avec de petites fractions d’impuret\u00e9s comme le lithium, le sodium, le potassium et le titane.
Le processus de fabrication d’une cellule solaire \u00e0 partir d’une tranche de silicium implique trois types d’industries
a.) Industries produisant des cellules solaires \u00e0 partir de quartz
b.) Les industries produisant des plaquettes de silicium \u00e0 partir de quartz et d’acier inoxydable.
c.) Industries produisant des cellules solaires \u00e0 partir de plaquettes de silicium<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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Comment sont fabriqu\u00e9es les plaquettes de silicium dans le syst\u00e8me solaire photovolta\u00efque ?<\/h2>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t
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Dans un premier temps, le silicium pur<\/strong> est produit par r\u00e9duction et purification<\/strong> du dioxyde de silicium impur dans le quartz. Le proc\u00e9d\u00e9 Czochralski (Cz):<\/strong> L’industrie photovolta\u00efque utilise actuellement deux voies principales pour convertir les mati\u00e8res premi\u00e8res de polysilicium en plaquettes finies : la voie monocristalline utilisant le proc\u00e9d\u00e9 Czochralski (Cz) et la voie multicristalline utilisant le proc\u00e9d\u00e9 de solidification directionnelle (DS)<\/strong>. Les principales diff\u00e9rences entre ces deux approches r\u00e9sident dans la mani\u00e8re dont le polysilicium est fondu, dans la mani\u00e8re dont il est form\u00e9 en lingot, dans la taille du lingot et dans la mani\u00e8re dont les lingots sont fa\u00e7onn\u00e9s en briques pour le d\u00e9coupage des plaquettes.<\/p>\n\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t

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