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RÉSUMÉ
La production d'électricité d'origine photovoltaïque, basée sur la conversion de la lumière du soleil, est en pleine expansion depuis deux décennies. Les dispositifs photovoltaïques et leur usage en tant que générateur de courant sont présentés, avec des explications théoriques concernant l'énergie solaire. Et en conclusion, une question pratique : quel est le dimensionnement d'une installation photovoltaïque fournissant les besoins en énergie électrique d'une famille de quatre personnes ? On prendra en compte les données d'ensoleillement de la région d'habitation.
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Abdelilah SLAOUI : Directeur de recherche CNRS - Laboratoire des sciences de l’ingénieur, de l’informatique et de l’imagerie (ICUBE), CNRS et Université de Strasbourg, Illkirch-Graffenstaden, France
INTRODUCTION
La production d’électricité d’origine photovoltaïque, basée sur la conversion de la lumière du Soleil, est en pleine expansion depuis plus de deux décennies. Sa part dans le bouquet énergétique mondial de 2050 sera certainement importante compte tenu de la demande croissante de sources d’électricité décarboné et de la disponibilité et gratuité de la source partout sur le globe.
Ce premier article, consacré à la production d’électricité par conversion de la lumière du Soleil à l’aide de cellules solaires, permet de donner au lecteur un minimum de connaissances des principes de la conversion photovoltaïque, incluant des notions relatives à l’énergie transmise par le Soleil, ainsi que quelques éléments de physique des semi-conducteurs et des principaux mécanismes de transport des charges électriques. La connaissance des caractéristiques électriques fondamentales (tension, courant et rendement de conversion) du dispositif photovoltaïque et son usage en tant que générateur de courant (convertisseur lumière-électricité) sont nécessaires pour une évaluation rapide du dimensionnement d’une installation photovoltaïque.
Dans l’article [BE 8 579] les différentes filières d’élaboration du dispositif photovoltaïque de la cellule la plus conventionnelle et la plus utilisée (à base de silicium massif) aux couches minces inorganiques sont abordées. Les potentialités d’autres matériaux semi-conducteurs binaires ou ternaires et organiques sont détaillées dans d’autres articles des Techniques de l’Ingénieur (par exemple [NM 5 205] pour le photovoltaïque organique et [RE 250] pour les cellules photovoltaïques à base de pérovskites hybrides).
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VERSIONS
- Version archivée 1 de janv. 2007 par Jean-Claude MULLER
- Version archivée 2 de janv. 2013 par Abdelilah SLAOUI
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5. Conclusion
L’énergie solaire photovoltaïque se positionne aujourd’hui comme un pilier essentiel de la transition énergétique mondiale. Face aux enjeux climatiques pressants, elle offre une alternative viable et durable aux combustibles fossiles, dont l’impact environnemental ne cesse de croître. En effet, les rayonnements solaires constituent une source d’énergie inépuisable et propre, capable de répondre à une part significative des besoins énergétiques mondiaux.
En dépit d’une maturité certaine, surtout avec les modules à base de silicium, de nombreuses évolutions technologiques sont en cours ou en développement dans les laboratoires et les entreprises. On peut citer les cellules à haut rendement en silicium présentant de nouvelles structures (comme les cellules TOPCon ou hétérojonction) permettant de produire plus d’électricité avec la même surface, ou à venir les cellules tandem qui superposent deux matériaux (pérovskite sur silicium) pour capter plus de lumière, avec des rendements potentiels supérieurs à 33 % (contre ~ 25 % aujourd’hui).
On peut également parier sur un développement plus important des cellules et modules à base de matériaux pérovskites qui sont moins chers et plus légers que le silicium, et également un développement de modules à base de matériaux organiques (polymère ou petites molécules) qui ont l’avantage d’être flexibles et semi-transparents, utiles pour des applications spécifiques (objets connectés, surfaces vitrées).
D’un point de vue applicatif, ces technologies photovoltaïques ont connu des avancées spectaculaires ces dernières années, rendant leur déploiement plus accessible et économique que jamais. Les entreprises industrielles et les collectivités locales jouent un rôle crucial dans cette dynamique en intégrant ces solutions innovantes au sein de leurs infrastructures. Par exemple, les toits solaires installés sur des bâtiments municipaux ou industriels permettent non seulement d’alimenter en énergie propre ces structures mais aussi de revendre le surplus électrique produit aux réseaux locaux. On verra également se déployer ces cellules/modules photovoltaïques pour des usages plus quotidiens : abribus, voitures, sacs, capteurs autonomes…Tout cela génère non seulement des économies substantielles mais participe également à l’effort collectif pour réduire notre empreinte carbone.
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - RICAUD (A.) - Photopiles solaires « De la physique de la conversion photovoltaïque aux filières, matériaux et procédés ». - Presses Polytechniques et Universitaires Romandes, Lausanne (1997).
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(2) - KITTEL (C.) - Physique de l’état solide. - Dunod Université, Paris (1994).
-
(3) - SUCHET (D.), JOHNSON (E.) - L’énergie solaire photovoltaïque. - EDP Sciences (2023).
-
(4) - LABOURET (A.) et al - Cellules solaires. - 5e éd, les bases de l’énergie photovoltaïque, ESTF (2010).
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(5) - LABOURET (A.) et al - Installations photovoltaïques : conception et dimensionnement d’installations raccordées au réseau. - Dunod, 2012.
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(6) - YANG (J.), YUAN...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Le solaire photovoltaïque en France : réalité, potentiel et défis ; https://celluleenergie.cnrs.fr/guide-solaire-pv-nouvelle-edition-2025/
Tout comprendre : l’énergie photovoltaïque https://librairie.ademe.fr/energies/9414-tout-comprendre-l-electricite-photovoltaique.html
Le photovoltaïque, une source d’énergie renouvelable compétitive https://agirpourlatransition.ademe.fr/collectivites/conseils/energies/photovoltaique
Photovoltaics https://www.energy.gov/cmei/systems/photovoltaics
Record mondial par Trina Solar https://www.pv-magazine.fr/2025/01/07/trina-solar-etablit-un-record-mondial-avec-2544-de-rendement-pour-un-module-solaire/
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