Effet photovoltaïque : ce qu’il faut savoir

L’effet photovoltaïque, découvert en 1839, continue aujourd’hui à révolutionner le monde de l’énergie. Grâce à lui, nous pouvons produire de l’électricité propre et renouvelable à partir du soleil. Regardons en détail le fonctionnement de l’effet photovoltaïque ainsi que ses applications actuelles. Ce sujet peut sembler complexe au premier abord, mais nous allons tout vous expliquer simplement et clairement.

Origines de l’effet photovoltaïque

Le terme « photovoltaïque » est composé du nom de famille du physicien italien Allessandro Volta qui inventa la pile électrique en 1800, et du mot de grec ancien « photos » qui signifie lumière. Le nom de Volta est à l’origine de l’unité de mesure de la tension électrique, le volt.

Découvert en 1839 par le physicien français Edmond Becquerel, l’effet photovoltaïque représente la capacité de certains matériaux, en particulier les semi-conducteurs, à convertir directement les différentes composantes de la lumière solaire en électricité.

Cette découverte a ouvert la voie à de nombreuses perspectives dans le domaine de l’énergie solaire. Grâce à cela, il est possible de capturer l’énergie du soleil et de la transformer en électricité, permettant ainsi de réduire notre dépendance aux combustibles fossiles et de contribuer à la lutte contre le changement climatique.

À quoi sert l’effet photovoltaïque ?

L’effet photovoltaïque a lieu lorsque les cellules photovoltaïques sont exposés à la lumière. Pour cela, les cellules photovoltaïques sont fabriquées à partir de matériaux semi-conducteurs, habituellement composés de silicium pur avec l’ajout d’éléments chimiques spécifiques. Les panneaux solaires photovoltaïques utilisent l’effet photovoltaïque pour générer de l’électricité.

Comment est produit l’effet photovoltaïque ?

L’effet photovoltaïque débute lorsqu’un photon frappe l’électron externe d’un atome de silicium. Cet électron, appelé électron de valence, absorbe l’énergie du photon. Le photon, quant à lui, est la particule élémentaire qui transporte toutes les formes de rayonnement électromagnétique, y compris le rayonnement solaire.

Si l’énergie absorbée par l’électron dépasse l’énergie qui maintient l’électron lié au noyau de l’atome de silicium, l’électron est libéré de son orbite et devient mobile. En étant libre, l’électron peut traverser le matériau conducteur et générer un courant continu.

Tous les photons qui atteignent les cellules solaires ne sont pas convertis en électricité. Une partie du rayonnement est perdue par réflexion et transmission à travers la cellule.

Comment ça marche ?

Voici comment fonctionne un système photovoltaïque :

• La lumière solaire est composée de photons, porteurs d’énergie correspondant aux différentes longueurs d’onde du spectre solaire.
• Lorsqu’un photon entre en contact avec une cellule photovoltaïque, son énergie est transférée à un électron du matériau semi-conducteur, généralement du silicium, créant ainsi un électron-trou.
• Une cellule photovoltaïque compte deux couches de matériau semi-conducteur, l’une dopée pour conduire les charges négatives et l’autre pour les charges positives, créant un champ électrique permanent.
• La paire électron-trou créée sépare les charges positives et négatives, créant une différence de potentiel entre les deux couches de silicium.
• Les électrons circulent entre les couches, produisant ainsi un courant qui alimente le circuit électrique.

Effet photovoltaïque ou effet photoélectrique ?

En réalité, l’effet photovoltaïque est un type d’effet photoélectrique. L’effet photoélectrique correspond à l’émission d’électrons par une surface, généralement métallique, exposée à des rayons lumineux contenant des photons, qui sont des paquets d’énergie contenu dans la lumière. L’effet photovoltaïque génère de l’électricité à partir de cet effet photoélectrique.

Importance des photons dans l’effet photovoltaïque

Les photons des courtes longueurs d’onde (rayonnement ultraviolet) sont plus énergétiques que ceux des plus grandes longueurs d’onde (rayonnement infrarouge). Chaque matériau semi-conducteur possède une énergie minimale pour libérer les électrons de leurs atomes. Cette énergie correspond à des photons d’une certaine bande de fréquence allant des ultraviolets aux couleurs visibles, sauf le rouge qui a une énergie inférieure à 1,2 électron volt.

Pourquoi tous les photons ne se convertissent-ils pas en électricité ?

Certains photons n’atteignent pas l’objectif de séparation des électrons car ils perdent de l’énergie en traversant le matériau. Certains photons ont déjà perdu trop d’énergie pour déplacer les électrons lors de la collision. En outre, certains photons traversent la feuille semi-conductrice sans heurter les électrons, tandis que d’autres sont réfléchis. Dans ces cas, l’effet photovoltaïque ne se produit pas.

Atouts du photovoltaïque

L’effet photovoltaïque est actuellement la seule méthode pour produire de l’électricité sans utiliser une génératrice tournante. Il présente de nombreux avantages. Tout d’abord, son fonctionnement n’a pas d’impact négatif sur l’environnement. Les panneaux solaires ne perturbent pas le biotope, ne font pas de bruit et n’ont pas d’odeur car ils ne sont pas en mouvement. De plus, l’utilisation de l’énergie solaire est renouvelable et ne produit pas de gaz à effet de serre (GES).

Bien que la production et le transport des panneaux solaires puissent être polluants, cela est largement compensé par l’énergie propre qu’ils génèrent pendant des décennies. Le fonctionnement des capteurs photovoltaïques est également très fiable, car il y a peu de risques de panne en raison de l’absence de pièces en mouvement.

Les panneaux solaires sont fabriqués avec des matériaux très résistants et ont généralement une durée de vie d’une quarantaine d’années. Ils peuvent fonctionner n’importe où tant qu’ils sont correctement installés et ne sont pas trop ombragés. Enfin, il est maintenant possible de prédire avec précision la production réalisable d’énergie photovoltaïque, ce qui permet de calculer la rentabilité d’un projet.

Limites du photovoltaïque

L’effet photovoltaïque est lié à l’intensité de la lumière solaire : plus elle est forte, plus la production d’électricité d’une installation solaire est élevée. Ainsi, le climat de votre région peut influencer la quantité d’énergie produite (nombre de kWh) par an avec la même installation.

Cette technologie est complexe et le coût des panneaux solaires est élevé pour la plupart des gens. Cependant, c’est un investissement rentabilisé sur plusieurs années. Que vous optiez pour l’autoconsommation ou la revente totale de votre production électrique, votre projet solaire peut être rentabilisé en 10 à 15 ans.

L’effet photovoltaïque ne permet pas d’atteindre un rendement de 100 %. Seule une partie de la lumière qui entre dans le système est transformée en électricité, généralement entre 10 % et 25 %. Malgré cette limitation, les panneaux solaires sont très utiles pour produire de l’électricité verte et locale, réduire les coûts énergétiques et limiter l’utilisation des énergies fossiles.

En résumé, l’effet photovoltaïque permet de produire de l’électricité à partir de la lumière du soleil. Bien que la technologie solaire présente des limites telles que le coût initial élevé et la dépendance à l’intensité de la lumière du soleil, ses avantages sont indéniables.

L’effet photovoltaïque est donc une solution d’avenir pour répondre aux besoins en énergie de notre monde, tout en réduisant notre impact sur l’environnement. En investissant dans cette technologie dès maintenant, nous pouvons contribuer à un avenir plus durable et écologique pour notre planète. En somme, le photovoltaïque est une technologie essentielle pour la transition vers une société plus durable.