Les cellules solaires assument la tâche principale d’un système photovoltaïque: Ils convertissent l’énergie rayonnante incidente en énergie électrique. Avec cette production d’électricité respectueuse de l’environnement, vous pouvez produire votre propre électricité. Mais comment fonctionnent les cellules solaires, combien coûte un système PV et où trouve-t-on des financements ? Nous répondons à toutes ces questions dans notre article.
Sommaire
Comment sont construites les cellules solaires ?
Avant d’expliquer le fonctionnement d’une cellule solaire, vous devez connaître la structure d’une cellule solaire : Une cellule solaire se compose de trois couches :
- une couche supérieure
- une couche inférieure
- entre les deux se trouve la couche limite.
Les trois couches sont en silicium. La couche supérieure est enrichie en atomes de phosphore, la couche inférieure en atomes de bore.
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Comment fonctionne une cellule solaire ?
Une cellule solaire tire parti des propriétés particulières d’un semi-conducteur. Pour des raisons d’économie et de disponibilité, le silicium est utilisé comme semi-conducteur pour la plupart des cellules solaires.
Avec leur capacité à conduire l’électricité, les semi-conducteurs se situent quelque part entre les métaux et les isolants :
- Les métaux ont des électrons en mouvement libre ; dans les isolants tels que les plastiques ou le verre, les électrons sont étroitement liés.
- Dans un semi-conducteur, la conductivité dépend de la température. Ils se comportent fondamentalement comme des isolants : leurs électrons sont liés et ne peuvent pas se déplacer librement. Cependant, la particularité de la liaison électronique dans les semi-conducteurs est que leurs électrons peuvent être libérés de leur liaison par l’action d’une petite quantité d’énergie. Ainsi, si une énergie d’une certaine intensité agit sur le silicium semi-conducteur, des électrons sont libérés. Ainsi, lorsqu’il est exposé à l’énergie solaire, le silicium conduit l’électricité.
C’est précisément ce principe de semi-conducteur qui est utilisé dans la technologie des cellules solaires. Dans une cellule solaire au silicium, la couche supérieure de silicium est enrichie en électrons. Cela se fait en ajoutant des atomes de phosphore chargés négativement. Un déficit en électrons est créé dans la couche inférieure de silicium par l’ajout d’atomes de bore chargés positivement. Une zone de transition neutre se forme entre les deux couches, dans laquelle les électrons en excès de la couche supérieure se lient de manière lâche aux sites vacants des atomes de bore en excès (accepteurs d’électrons).
La couche supérieure est chargée négativement, la couche inférieure est chargée positivement. Au milieu, les électrons sont faiblement liés aux accepteurs d’électrons. Un champ électrique se forme entre les deux couches. Si des photons, ou des particules légères, agissent sur cette cellule solaire au silicium, les connexions électroniques dans la zone de transition neutre se dissolvent en raison de l’effet énergétique des photons. Les électrons négatifs libérés montent en fonction du champ électrique, les accepteurs d’électrons dopés positivement descendent. Tant que des porteurs de charge libres sont créés dans la zone de transition sous l’action des photons et que ceux-ci se déplacent en direction des points de contact adjacents, le courant circule dans le circuit créé à l’extérieur de la cellule solaire entre les points de contact positif et négatif.
Comment fonctionne exactement une cellule solaire – expliqué simplement
Pour décrire le principe de fonctionnement d’une cellule solaire en termes simples, voici un bref aperçu : pour produire de l’électricité avec une cellule solaire, il faut de la lumière solaire.
- Dès que la lumière du soleil atteint la cellule solaire, les électrons de bore migrent à travers la couche limite. Les électrons chargés négativement se rassemblent d’un côté et les protons chargés positivement de l’autre. Cela crée un pôle négatif et un pôle positif, comme dans une batterie.
- Pour permettre à l’électricité de circuler, des plaques d’argent ou d’aluminium sont fixées en haut et en bas des cellules solaires et reliées entre elles par un câble.
- Le courant erre également lorsque peu de lumière du soleil frappe le panneau solaire. Plus le rayonnement solaire est fort, plus les électrons migrent et plus le courant peut circuler.
Solaire thermique ou photovoltaïque ?
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Différents types de panneaux solaires avec leurs efficacités
Dans le cas des cellules solaires à base de silicium, une distinction est faite le long de la structure cristalline du semi-conducteur de silicium. Selon la structure cristalline du silicium utilisé, ces cellules solaires ont différents degrés d’efficacité. Par souci de simplicité, nous distinguons ici les trois types de cellules solaires les plus courants avec leurs différents niveaux d’efficacité*.
| type de cellules solaires | fabrication et construction | Efficacité |
| Cellules solaires en silicium monocristallin | Il est fabriqué à partir de monocristaux purs. Les brins ronds d’environ 30 cm d’épaisseur sont équarris et coupés en tranches très fines (wafers). Les cellules solaires monocristallines se reconnaissent à leur couleur pure bleu foncé à noirâtre. | environ 19 à 24 pour cent |
| Cellules solaires en silicium polycristallin | Les cellules solaires polycristallines sont fabriquées à partir de blocs de plusieurs cristaux de silicium différents. Ceux-ci sont transformés en brins carrés, à partir desquels de fines tranches peuvent ensuite être coupées. Les panneaux solaires à cellules polycristallines se reconnaissent à leur structure cristalline typique. Ces cellules solaires ont des rendements inférieurs à ceux du monocristallin, mais sont moins chères. | environ 16 à 20 pour cent |
| Cellules solaires amorphes ou cellules à couches minces | Les cellules solaires à couches minces consistent en une fine couche semi-conductrice qui est déposée par vaporisation sur un matériau de support (verre, plastique, feuille métallique). Le résultat est des cellules solaires légères et flexibles. La production est moins chère, mais l’efficacité est pire. Les performances des cellules (dégradation) diminuent plus rapidement qu’avec les autres espèces. | environ 6 à 10 pour cent |
* L’efficacité d’une cellule solaire indique la quantité d’énergie disponible qui est convertie en énergie solaire par la cellule photovoltaïque, le module ou le système. L’efficacité des différentes cellules solaires varie considérablement.
De nombreuses cellules solaires deviennent des modules solaires
Les cellules solaires ne sont pas installées individuellement sur un toit. Plusieurs cellules solaires deviennent une seule panneau solaire interconnectés. Selon la conception, un module solaire se compose de 36 à 72 cellules solaires individuelles de 6 pouces chacune. Avec les modules standards actuels, un module se compose de 60 ou 72 cellules solaires. A titre d’exemple, on voit une composition de 8*9 cellules solaires sur le module polycristallin suivant à gauche :
L’électricité des modules solaires est ensuite utilisée pour onduleur transmis. De là, il est soit injecté dans le réseau électrique public pour un tarif de rachat, soit utilisé directement dans le ménage ou temporairement dans le ménage stockage d’énergie solaire en stock pour usage personnel.
Coûts d’acquisition des cellules solaires
Les coûts d’acquisition d’un système photovoltaïque dépendent de divers facteurs. De combien d’espace disposez-vous pour installer le système ? Combien de personnes vivent dans votre foyer et quelle est votre consommation électrique ? Quel type de cellules solaires choisirez-vous : silicium monocristallin, polycristallin ou amorphe ? Ce ne sont là que quelques-uns des facteurs de coût à discuter avec un professionnel.
L’expérience a montré qu’environ 85% des coûts d’acquisition d’un système photovoltaïque sont constitués de coûts matériels et 15% de coûts d’installation.
Exemple de calcul du coût des cellules solaires
Pour une simple approximation des coûts, on peut supposer qu’un ménage moyen peut couvrir ses besoins annuels en électricité avec un système d’une capacité de 5 kilowatts crête (kWc). Pour les cellules solaires polycristallines, il faut compter avec une surface de cellules solaires de 6 mètres carrés et un prix d’environ 1 500 euros le kWc. Dans cet exemple de calcul, vous avez besoin d’un système photovoltaïque d’environ 30 mètres carrés, pour lequel vous devez calculer des coûts de matériel d’environ 7 500 euros. Les frais d’installation, d’entretien annuel et d’exploitation doivent être facturés en sus. Pour les petits systèmes jusqu’à 10 kWc, comme ceux souvent utilisés dans les maisons unifamiliales, vous pouvez assumer des coûts photovoltaïques compris entre 1 300 et 1 700 euros par kWc. Plus l’installation photovoltaïque est grande, plus les coûts par kWc sont bas.
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Financement des cellules solaires
Dans le cadre de la transition énergétique, le gouvernement fédéral a annoncé l’objectif d’augmenter la part des énergies renouvelables dans l’ensemble de l’approvisionnement électrique allemand à environ 60 % d’ici 2035. Afin d’atteindre ces objectifs, depuis 1991, un tarif de rachat payé pour l’électricité produite à partir de sources renouvelables.
Le tarif de rachat est fort Loi sur les énergies renouvelables (EEG) créé de manière dégressive. Il est de plus en plus intéressant pour les ménages qui possèdent des systèmes photovoltaïques d’utiliser eux-mêmes l’électricité produite.
En plus du tarif de rachat, il existe d’autres programmes de financement. La KfW-Förderbank accorde un prêt photovoltaïque avec des subventions de remboursement via le programme 270. De nombreux États fédéraux et municipalités ont leurs propres programmes pour Financement photovoltaïque mis en œuvre.
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Si vous souhaitez avoir un aperçu précis des subventions possibles lors de l’achat d’un système photovoltaïque, utilisez le Informations sur les subventions de Efficacité Maison en ligne ! Commencer les informations sur le financement |
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