Que ce soit sur une calculatrice à énergie solaire ou une station spatiale internationale, les panneaux solaires génèrent de l’électricité en utilisant les mêmes principes électroniques que les batteries chimiques ou les prises de courant standard. Avec les panneaux solaires, il s’agit de la libre circulation des électrons dans un circuit.
Petit retour sur les banc de l’école
Pour comprendre comment ces panneaux génèrent de l’énergie électrique, il pourrait être utile de revenir rapidement en classe de chimie au lycée. L’élément de base des panneaux solaires est le même élément qui a contribué à créer la révolution informatique – le silicium pur. Lorsque le silicium est débarrassé de toutes ses impuretés, il constitue une plate-forme neutre idéale pour la transmission des électrons. Le silicium possède également des propriétés au niveau atomique qui le rendent encore plus attractif pour la création de panneaux solaires.
Les atomes de silicium ont de la place pour huit électrons dans leurs bandes extérieures, mais n’en transportent que quatre dans leur état naturel. Cela signifie qu’il y a de la place pour quatre autres électrons. Si un atome de silicium est en contact avec un autre atome de silicium, chacun reçoit les quatre électrons de l’autre. Cela crée une liaison forte, mais il n’y a pas de charge positive ou négative car les huit électrons répondent aux besoins des atomes. Les atomes de silicium peuvent se combiner pendant des années pour former un gros morceau de silicium pur. Ce matériau est utilisé pour former les plaques des panneaux.
Voici où la science entre dans l’action du panneau solaire.
Deux plaques de silicium pur ne produiraient pas d’électricité dans les panneaux solaires, car elles n’auraient aucune charge positive ou négative. Les panneaux solaires sont créés en combinant le silicium avec d’autres éléments ayant des charges positives ou négatives.
Le phosphore, par exemple, a cinq électrons à offrir aux autres atomes. Si le silicium et le phosphore sont combinés chimiquement, le résultat est huit électrons stables avec un électron libre supplémentaire pour la course. Il ne peut pas partir, car il est lié aux autres atomes de phosphore, mais le silicium n’en a pas besoin. Par conséquent, cette nouvelle plaque de silicium / phosphore est considérée comme chargée négativement.
Pour que l’électricité circule, une charge positive doit également être créée.
Ceci est réalisé en combinant le silicium avec un élément tel que le bore, qui n’a que trois électrons à offrir. Une plaque de silicium / bore a encore une place pour un autre électron. Cela signifie que la plaque a une charge positive. Les deux plaques sont intercalées dans les panneaux, séparées par des fils conducteurs.
Avec les deux plaques en place, il est maintenant temps d’introduire l’aspect «solaire» des panneaux solaires. La lumière naturelle du soleil émet de nombreuses particules d’énergie différentes, mais celle qui nous intéresse le plus s’appelle un photon. Un photon agit essentiellement comme un marteau en mouvement. Lorsque les plaques négatives des cellules solaires sont dirigées à un angle approprié par rapport au soleil, les photons bombardent les atomes de silicium / phosphore.
Finalement, le 9ème électron, qui veut de toute façon être libre, est éliminé de la bague extérieure.
Cet électron ne reste pas longtemps libre, car la plaque positive silicium / bore le tire dans la tache ouverte de sa propre bande externe. Comme les photons du soleil coupent plus d’électrons, de l’électricité est générée. L’électricité produite par une cellule solaire n’est pas très impressionnante, mais lorsque tous les fils conducteurs retirent les électrons libres des plaques, il ya suffisamment d’électricité pour alimenter des moteurs à faible ampérage ou d’autres composants électroniques. Tous les électrons qui ne sont pas utilisés ou perdus dans l’air sont renvoyés sur la plaque négative et tout le processus recommence.
L’un des principaux problèmes liés à l’utilisation de panneaux solaires est la faible quantité d’électricité produite par rapport à leur taille. Une calculatrice pourrait ne nécessiter qu’une seule cellule solaire, mais une voiture à énergie solaire en aurait besoin de plusieurs milliers. Si l’angle des panneaux est légèrement modifié, l’efficacité peut chuter de 50%. Pour plus dínformation, consultez le site bourgis-couvreur.com
Un stockage pour une redistribution ultérieure
Une partie de l’énergie des panneaux solaires peut être stockée dans des batteries chimiques, mais il n’y a généralement pas beaucoup d’excès d’énergie au départ. La même lumière solaire qui fournit des photons fournit également des ondes ultraviolettes et infrarouges plus destructrices, qui provoquent la dégradation physique des panneaux. Les panneaux doivent également être exposés à des conditions météorologiques destructives, qui peuvent également affecter sérieusement l’efficacité.
De nombreuses sources qualifient également les panneaux solaires de cellules photovoltaïques, ce qui fait référence à l’importance de la lumière (photos) dans la génération de la tension électrique. Le défi pour les futurs scientifiques sera de créer des panneaux plus efficaces, suffisamment petits pour des applications pratiques et suffisamment puissants pour créer un excès d’énergie lors de périodes où la lumière du soleil n’est pas disponible.
Voir aussi le dossier sur l’installation panneaux solaires Lyon.