Physique photovoltaïque

Pages: 7 (1508 mots) Publié le: 16 février 2012
Cette première partie a pour but d’expliquer le fonctionnement d’un des plusieurs type de panneaux solaires. Il existe plusieurs types de panneaux solaires, comme les panneaux solaires thermiques, photovoltaïque.
Nous allons nous intéresser ici aux panneaux photovoltaïques. Qui consiste à convertir l’énergie solaire en électricité, grâce à une cellule photovoltaïque, qui est un composantélectronique, et qui lorsqu’il est exposé à la lumière, il génère une tension électrique continue.

1) Le fonctionnement du photovoltaïque

Un panneau photovoltaïque est constitué de plusieurs cellules photovoltaïques de silicium. Chaque cellule délivre environ 0.5 à 0.6 volts. Et qui assemblées permettent de créer des modules photovoltaïques de tension 12V.
Le fonctionnement d’une cellulephotovoltaïque au silicium regroupe trois phénomènes physiques :
- L’absorption de la lumière dans le matériau,
- Le transfert de l'énergie lumineuse aux électrons
- La collecte des charges.

L'absorption de la lumière :

Pour absorber les photons de lumières contenus dans les ondes électromagnétiques, les matériaux du panneau se doivent d’être de couleur noir, en effet le noir est la couleur quiabsorbe le plus la lumière. Tous les matériaux utilisés sont fait pour absorber le maximum d’énergie solaire et éviter d’en perdre. Par exemple, pour protéger les panneaux photovoltaïques on utilise le verre, car celui-ci pour laisser passer la lumière et chaque couche des panneaux de la même façon, pour optimiser l’absorbance d’énergie solaire et donc de produire plus d’électricité.
Doncl’utilisation des panneaux photovoltaïques est limitée, il nécessite un ensoleillement, on verra par la suite que son rendement varie en fonction de ce facteur.

Le transfert d'énergie des photons aux électrons :

Afin de passer de l’énergie lumineuse à l’énergie électrique, on passe par l’utilisation d’électrons de charge : 1.6 x 10^-19 C.
En effet, les électrons vont absorber l’énergie des photons,quand le photon arrive il créé une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant les charges électriques. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque. Les électrons sont alors indépendants du noyau de l’atome.
Pour calculer l’énergie d’un photon, qui dépend d’un rayonnement plus ou moins faible, on utilise une relation très simple : E = h x f. Car la fréquence du rayonnement estproportionnelle à cette énergie. Intervient ici la constante de Planck qui relie ces deux grandeurs (h).
h= 6.6261 x 10^-34 Joule/seconde.
L’effet observé ici est l’émission d’électrons pas un métal quand il est exposé à des radiations lumineuses. Les électrons libérés produisent alors un courant électrique.

La collecte des charges :

- Les semi-conducteurs :
La conductivité électriquedésigne la capacité d'un corps à conduire un courant électrique lorsqu'une tension lui est appliquée.
On peut classer les matériaux selon trois types:
- Les isolants, comme le verre qui ne conduisent pas le courant
- les conducteurs, principalement les métaux, qui conduisent le courant
- les semi-conducteurs dont la conductance varie en fonction de facteurs
Un matériau semi-conducteur est unmatériau à l'état solide ou liquide, qui conduit l'électricité à température ambiante, mais moins aisément qu'un métal conducteur.
Exemples de semi-conducteurs:
Silicium
Germanium
Arséniure de gallium
Aux basses températures, les semi-conducteurs purs se conduisent comme des isolants.
Aux hautes températures, ou en présence d'impuretés ou de lumière, la conductivité des semi-conducteurs s'accroîtfortement, pouvant même devenir comparable à celle des métaux. Le courant passe donc.
L'accroissement de la conductivité en fonction de la température, de la lumière ou des impuretés s'explique par une augmentation du nombre des électrons de conduction, qui transportent le courant électrique. Dans un semi-conducteur pur tel que le silicium (le plus fréquemment utilisé), les électrons...
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