Création de centrales solaires: comprendre les panneaux solaires et leurs technologies

Les centrales photovoltaïques connaissent un essor considérable en tant que source d'énergie renouvelable. Dans cet article, nous explorerons en détail les différents types de panneaux solaires utilisés dans les centrales solaires. Nous examinerons leur composition, ainsi que leurs avantages et leurs inconvénients. À la fin de cet article, vous serez en mesure de choisir le type de panneaux solaires le plus adapté à votre projet de centrale solaire.

Compositions des panneaux solaires

Comment sont fabriqués les panneaux solaires?

Le processus de fabrication des panneaux solaires commence par l'extraction du quartz, une roche métamorphique contenant du dioxyde de silicium (SiO₂).

On fait fondre ce quartz à environ 2000°C en présence de charbon pour obtenir du silicium métallurgique, dont la pureté dépasse 99%. À partir de ce silicium, les fabricants créent du polysilicium ultra-pur, dont la pureté est supérieure à 99,999%. Pour ce faire, ils transforment le silicium métallurgique en une vapeur de silane, qu'ils solidifient ensuite grâce au procédé Siemens.

On fait fondre ce polysilicium dans un creuset chauffé à 1400°C pour former des lingots de monocristaux, qui peuvent mesurer jusqu'à 5 mètres de hauteur. Ensuite, ces lingots sont découpés en fines plaquettes (wafer) de silicium, d'une épaisseur comprise entre 100 et 200 microns, à l'aide de scies diamantées. Ces plaquettes servent de base pour fabriquer des cellules solaires, en déposant plusieurs couches de silicium et en les connectant électriquement.

On assemble les cellules solaires pour former des panneaux photovoltaïques. Ces panneaux regroupent des cellules, du verre, un cadre en aluminium et des câbles électriques, offrant une efficacité de conversion énergétique d'environ 20%.

Ce processus illustre la transformation du quartz brut en panneaux solaires capables de capter et de transformer l'énergie solaire en électricité.

La structure de la cellule photovoltaïque

La structure d'une cellule solaire repose sur un assemblage précis de plusieurs couches, chacune jouant un rôle essentiel dans la conversion de l'énergie solaire en électricité. Une couche supérieure de verre transparent, souvent de haute qualité, protège la cellule. Elle assure également la rigidité mécanique et préserve les composants internes. Juste en dessous, un encapsulant en polymère EVA (Éthylène Vinyl Acétate) entoure la couche active. Cela permet de la protéger et garantit une bonne adhésion avec le verre.

Ensuite, la couche anti-reflet, généralement composée de nitrure de silicium (Si₃N₄), réduit les réflexions de la lumière en surface. Cela maximise l'absorption de l'énergie lumineuse. Le contact métallique avant, sous forme de grille en argent ou en cuivre, capte les charges (électrons) générées dans la cellule.

On fabrique la couche active en silicium, qui absorbe la lumière solaire et génère les charges électriques nécessaires à la production d'électricité. Cette couche comprend plusieurs strates de silicium, chacune ayant des propriétés spécifiques de dopage pour faciliter le flux des charges.

Sous cette couche active se trouve un support, qui peut être un substrat en verre ou un film polymère comme le Tedlar, selon la technologie utilisée. Enfin, un contact métallique arrière, soit sous forme de grille, soit sous forme de plaque pleine, complète la cellule et assure la collecte des charges à l’arrière.

Chaque composant de cette structure contribue à maximiser l'efficacité de la cellule solaire. Cela permet d'optimiser à la fois la captation de la lumière et la transformation de l’énergie solaire en électricité. Vous pouvez trouver un schéma récapitulatif juste en dessous:

Types de panneaux solaires utilisés dans les centrales

Les panneaux solaires en silicium cristallin

Les panneaux solaires en silicium cristallin sont les plus utilisés dans les centrales solaires. Ils sont disponibles en deux versions principales :

• Monocristallins : réputés pour leur efficacité supérieure (15-20%) et leur apparence homogène. Ils sont idéaux dans les espaces restreints où une performance élevée est nécessaire.
• Polycristallins : plus abordables, ils fonctionnent mieux dans les environnements chauds, mais avec une efficacité légèrement inférieure aux monocristallins.

Avantages : Haut rendement énergétique, bon rapport qualité/prix.
Inconvénients : Nécessitent une orientation et une inclinaison précises pour optimiser la production.

Les panneaux solaires à couche mince

On fabrique les panneaux à couche mince en déposant une fine couche de matériau photosensible, tel que du tellurure de cadmium ou du silicium amorphe, sur un substrat. Ce substrat est souvent en verre ou en métal.

Avantages : Moins coûteux, flexibles et adaptés aux installations sur des surfaces courbes ou difficiles d'accès.
Inconvénients : Efficacité plus faible (10-15%) nécessitant plus d'espace pour générer la même quantité d'énergie qu'un panneau en silicium cristallin.

Panneaux solaires à concentration (CPV)

Les panneaux solaires à concentration utilisent des lentilles ou des miroirs pour concentrer la lumière solaire. Cela permet de focaliser la lumière sur une petite surface de cellules solaires à haute efficacité. Ces systèmes peuvent atteindre une efficacité de 40%.

Avantages : Très haute efficacité, idéal pour les grandes centrales solaires.
Inconvénients : Coût élevé de fabrication, installation complexe nécessitant une orientation et un suivi précis du soleil.