Le solaire, comment ça marche ?

L'électricité photovoltaïque

L'effet photovoltaïque permet de convertir l'énergie solaire (photons) en énergie électrique (mouvement des électrons), c'est ce que l'on appelle l'effet photoélectrique.

Grâce à ce phénomène, l'effet photovoltaïque va être en fait le transport d'électrons à l'intérieur d'un matériau dit semi-conducteur. Les semi-conducteurs sont des éléments appartenants à la quatrième colonne du tableau de classification périodique de Mendeleiev, qui sont sous certaines conditions, conducteurs et que l'on peut améliorer par un dopage.

Le dopage est l'opération qui consiste, soit à diminuer le nombre d'électrons dans le matériau, soit à l'augmenter. Pour cela on va substituer à l'intérieur du cristal, un atome du semi-conducteur respectivement par un atome de la colonne III ou V du tableau. Ainsi on définit deux types de dopage, le dopage P (déficitaire en électrons) et N(excédentaire en électrons).

Pour le dopage P, une des quatre liaisons faites entre les atomes du semi-conducteur et le dopant, se trouve constituée de la mise en commun d'un seul électron SEULEMENT au lieu de deux. Un trou est créé. Pour le dopage N, c'est l'inverse, une des liaisons est constituée de la mise en commun de 3 électrons au lieu de deux. Il y aura donc un électron excédentaire qui pourra se déplacer au sein du cristal.

Lorsque la couche dopée N et la couche dopée P sont mises en contact, les électrons en excès dans la première diffusent dans la seconde. La zone initialement dopée N devient chargée positivement, et la zone initialement dopée P chargée négativement. Il se crée donc entre elles un champ électrique qui tend à repousser les électrons dans la zone N et les trous vers la zone P. Il y a donc recombinaison des charges au niveau de la surface de contact et création d'une différence de potentiel, c'est une barrière de potentiel. Une jonction (dite P-N) a été formée.

Le matériau le plus utilisé comme semi-conducteur, est le Silicium (Si). Il est peu cher et abondant sur terre. Il existe différentes formes de ce matériau (Silicium amorphe, monocristallin, polycristallin,..), possédant chacun leurs propriétés. Cela peut-être le prix ou le rendement selon la variation de l'ensoleillement. On forme ainsi de petites plaquettes de Silicium dopées N et P et équipées de collecteurs, que l'on appelle cellules photovoltaïques. Ces cellules forment un module ou un laminé selon le cas, donnant ainsi un panneau solaire photovoltaïque. On les utilise pour électrifier toutes sortes d'utilisations. A la maison, pour la consommation des appareils électriques ou pour le chauffage, en industrie, aussi. En outre, un des avantages du solaire est sa mobilité, et peut-être utilisé dans des endroits reculés et isolés.

Historique

Antiquité : Les Grecs attachaient énormément d'importance à la manière d'allumer la flamme olympique. Seuls les rayons du soleil pouvaient en garantir la pureté. Ils avaient conçu un skaphia, ancêtre du miroir parabolique, pour réfléchir les rayons solaires qui dégageaient une intense chaleur provoquant une flamme.
- 250 : Archimède eut l'idée de concentrer les rayons solaires et incendier les voiles des bateaux romains attaquant Syracuse .
-100 : Héron d'Alexandrie construisit une machine solaire permettant le pompage de l'eau.
1767 : les capteurs solaires sont inventés par un physicien Suisse, Saussure qui atteint 160°C
XVII ème siècle : Lavoisier (France) créa un four solaire qui monte à 1755°C.
1839 : Le physicien français Edmond Beckerel découvre l’effet photovoltaïque.
1875 : Werner Von Siemens expose devant l’Académie des Sciences de Berlin un article sur l’effet photovoltaïque dans les semi-conducteurs. Mais jusqu’à la Seconde Guerre Mondiale, le phénomène reste encore une curiosité de laboratoire.
1954 : Trois chercheurs américains, Chapin, Pearson et Prince, mettent au point une cellule photovoltaïque à haut rendement au moment où l’industrie spatiale naissante cherche des solutions nouvelles pour alimenter ses satellites.
1958 : Une cellule avec un rendement de 9 % est mise au point. Les premiers satellites alimentés par des cellules solaires sont envoyés dans l’espace.
1973 : La première maison alimentée par des cellules photovoltaïques est construite à l'université de Delaware.
1983 : La première voiture alimentée par énergie photovoltaïque parcourt une distance de 4 000 km en Australie

Helios, Dieux du soleil dans l'antiquité grecque