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RÉSUMÉ
Cet article traite de la technologie des panneaux photovoltaïques et de son évolution au fil des ans. Seront également abordés les différents types de panneaux existant sur le marché, leur fonctionnement ainsi que leur installation.
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Natacha BELLOIR : Conducteur d’opération - Ministère des Armées
INTRODUCTION
Découvert par Becquerel en 1839, l’effet photovoltaïque est le fondement de la production d’énergie solaire. Le principe est la conversion en électricité d’une partie du rayonnement du soleil, donc de l’énergie des photons.
Ce sont les progrès de l’industrie des semi-conducteurs qui ont permis le développement industriel de cette technique. Pour générer un courant électrique dans un semi-conducteur, il faut lui fournir une énergie supérieure à la valeur du gap, pour ainsi extraire des électrons de la bande de valence et les déplacer dans la bande de conduction. L’électron sortant laisse un trou vacant, qui est comblé par un autre électron, qui lui-même libère un autre trou : un courant est ainsi établi.
Actuellement, la technologie des cellules au silicium ou autres couches minces, ainsi que les techniques de dopage de ces matériaux, sont correctement maîtrisées et de plus en plus efficaces. Les recherches tentent d’optimiser le rendement, l’abaissement des coûts de fabrication de ces produits mais également l’impact environnemental.
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2. Principe des semi-conducteurs
2.1 Effet photovoltaïque
Les cellules solaires convertissent directement la lumière en électricité en utilisant certaines propriétés des matériaux semi-conducteurs.
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Traitement des photons
Lorsqu’une cellule est illuminée par un flux de photons, selon leur énergie, les photons sont soit :
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réfléchis (coefficient de réflexion du matériau) ;
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absorbés (coefficient d’absorption) ;
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transmis.
Seuls les photons absorbés sont utiles à la génération d’énergie photovoltaïque (figure 3).
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Photons absorbés
Les lois de la mécanique quantique montrent que, dans un matériau, les différents niveaux d’énergie sont proches et se groupent en bandes d’énergie. À l’intérieur de ces bandes, il existe une continuité des niveaux d’énergie, mais entre bandes il existe une bande interdite.
Les photons absorbés sont ceux dont l’énergie est supérieure à la largeur de la bande interdite du matériau.
Le niveau d’énergie d’un électron est l’énergie qu’il faudrait lui fournir pour l’extraire du matériau.
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Équilibre thermodynamique
Le modèle des bandes d’énergie est utilisé pour décrire les solides à l’équilibre thermodynamique et prévoir leur comportement électrique. On désigne par « équilibre thermodynamique » une absence de transfert d’énergie entre deux systèmes.
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Bande de valence
La bande correspondant aux électrons de la couche extérieure est appelée « bande de valence » ; elle permet la liaison des atomes entre eux. L’énergie maximale de la bande de valence est Ev.
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Bande...
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Principe des semi-conducteurs
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
NORMES
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Installations électriques à basse tension – Règles - PR NF C15-100 -
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Installations électriques à basse tension – Guide pratique – Installations photovoltaïques sans stockage et raccordées au réseau public de distribution - UTE C15-712-1 -
-
Installations électriques à basse tension – Guide pratique – Installations photovoltaïques autonomes non raccordées au réseau public de distribution avec stockage par batterie - UTE C15-712-2 -
-
Installations photovoltaïques avec dispositif de stockage et raccordées à un réseau public de distribution - XP C15-712-3 -
-
Transformation directe de l’énergie solaire en énergie électrique – Paramètres descriptifs d’un système photovoltaïque sur site - UTE C57-300 - (Mai 1987)
-
Modules photovoltaïques (PV) au silicium cristallin pour application terrestre – Qualification de la conception et homologation - NF EN 61215 -
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Modules...
ANNEXES
DUAL SUN – Fabricant de panneaux solaires français
SUN POWER – Fabricant de panneaux solaire américain
QCELLS – Fabricant de panneaux solaire allemand
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