Le photovoltaïque : qu'est-ce-que c'est ?
On entend souvent parler de l’énergie solaire et de ces fameux panneaux solaires. Mais, il existe également un autre terme pour cette installation de plus en plus répandue : les panneaux photovoltaïques. Autant le mot “solaire” on le comprend, autant le mot “photovoltaïque” peut laisser sujet à quelques questions. C’est pour cela que Ventec Énergie va vous expliquer ce qu’est le photovoltaïque !
L’énergie solaire fait partie des énergies renouvelables. Elle permet de capter et de transformer les rayons ou la chaleur du soleil en énergie (éclairage, eau chaude sanitaire, électricité, chauffage…) Mais ce qu’il faut savoir, c’est qu’il existe 4 sortes d’énergies solaires différentes : l’énergie solaire photovoltaïque, thermique, aérovoltaïque et thermodynamique. Aujourd’hui, nous allons vous présenter celle qui est la plus connue et la plus répandue : l’énergie solaire photovoltaïque !
Le photovoltaïque ? Qu’est-ce-que c’est ?
L’énergie solaire photovoltaïque transforme les rayons du soleil et ainsi donc la luminosité, en électricité. Tout d’abord découvert dans un but scientifique en 1839 par un physicien Français, Alexandre-Edmond Becquerel, l’effet photovoltaïque s’est rapidement développé suite à la nécessité d’approvisionner en électricité solaire les satellites.
Le principe de fonctionnement du photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque puise sa source dans les rayonnements solaires et est produite grâce à une cellule photovoltaïque.
Les cellules photovoltaïques (qui sont placées dans les panneaux photovoltaïques) sont fabriquées avec des matériaux semi-conducteurs à partir de silicium. Ces matériaux émettent des électrons lorsqu’ils sont soumis à l’action de la lumière. Un photon (une particule) de lumière incidente va permettre de déplacer et d’éjecter ces électrons du matériau, ce qui va produire un courant électrique.
Ce processus ne nécessite pas d’effet thermodynamique intermédiaire. Ici, les rayons sont directement convertis en électricité grâce au phénomème photovoltaïque. Nul besoin d’une utilisation intermédiaire de la chaleur (contrairement au solaire thermodynamique).
‼️ À savoir : Une cellule photovoltaïque traditionnelle doit fonctionner entre un an et demi et cinq ans pour compenser l’énergie utilisée pour la fabriquer.
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Les 3 distinctions du terme photovoltaïque
Il faut savoir que le terme photovoltaïque désigne en fait, selon les cas, trois choses différentes et distinctes : le phénomène physique, l’effet photovoltaïque et la technologie associée. Nous allons voir ensemble ce qui différencie ces différents termes !
Le phénomène physique
Ici, il s’agit des propriétés physiques à proprement parlé du photovoltaïque.
Les cellules photovoltaïques sont constituées d’un semi-conducteur, souvent à base de silicium. Au sein de ce semi-conducteur, lorsque les rayonnements entrent en contact avec les cellules, des photons vont apparaître. Ces derniers vont arracher les électrons de leur place habituelle pour les expulser en dehors du semi-conducteur. Cette action va créer un trou d’électron. L’électron qui a été déplacé va se replacer dans un autre trou, et c’est ce mouvement qui permet de créer de l’énergie.
Aussi, ce qu’il faut savoir, c’est qu’une cellule photovoltaïque est composée de 2 couches. Et il existe une certaine tension entre ces deux couches, ce qui crée une différence de potentiel électrique.
Pour que le semi-conducteur puisse bien engendrer son rôle, il arrive de le doper avec d’autres éléments : soit un électron en plus (dopage N négatif) soit un électron en moins (dopage P positif). Dans le cas du photovoltaïque, la couche supérieure de la cellule est dopée N et la couche inférieure est dopée P.
L’effet photovoltaïque
L’effet photovoltaïque quant à lui, désigne l’émission d’un courant électrique par le biais d’un matériau semi-conducteur, qui a été soumis à l’action de la lumière. Cet effet est presque immédiat puisque la création des électrons après un éclairage se fait très rapidement.
La technologie associée
On y comprend que le photovoltaïque est une technologie qui permet de convertir l’énergie solaire en énergie électrique par l’intermédiaire de cellules photovoltaïques qui sont intégrées dans des panneaux photovoltaïques. Ces derniers permettent de capter la lumière pour la transformer en électricité qui dépendra notamment de la puissance du panneau, de la capacité d’ensoleillement et du rendement du panneau. Les panneaux photovoltaïques sont majoritairement installés sur une toiture de sorte à capter au mieux les rayons du soleil.
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La puissance maximale du photovoltaïque
La puissance maximale (capteurs bien orientés, bien inclinés, sans ombre) des installations photovoltaïques est exprimée en Watt crête (Wc).Il s’agit de la puissance maximale qu’elles peuvent produire sous un ensoleillement donné. Cette unité permet plusieurs choses :
- Comparer le rendement des matériaux photovoltaïques, dans les mêmes conditions ;
- Qualifier la taille d’une installation, indépendamment de ses conditions d’ensoleillement ;
- Comparer les gisements solaires et leur production électrique.
- Mesurer la production idéale d’un panneau
On dit qu’un panneau photovoltaïque est à sa puissance maximale selon ces conditions :
- Une irradiation solaire de l’ordre d’une puissance de 1 000 W/m2
- Une température des panneaux de 25°C ;
- Un rayonnement solaire traversant 1,5 fois l’épaisseur de la couche atmosphérique
- Le rayonnement arrive avec une inclinaison de 45° à travers un ciel parfaitement dégagé.
Néanmoins, un module photovoltaïque ne fonctionne que très rarement à sa puissance de crête, notamment à cause de la météo et des températures très changeantes.
Le facteur de charge du photovoltaïque
Le facteur de charge a pour mission de mesurer le rapport de l’énergie produite par une installation photovoltaïque à sa puissance crête (Wc) et l’énergie réellement produite (kWh). Il permet d’obtenir une indication importante sur la rentabilité d’une installation électrique.
On estime qu’en France, le facteur de charge solaire moyen est d’environ 14%. Toutefois, il peut plus ou moins varier d’une région à une autre suite aux différences d’ensoleillements. Selon EDF ENR, un panneau photovoltaïque produit 52% d’électricité en plus à Marseille qu’à Calais à conditions et puissance égales juste à cause de la météo qui diffère.
Un peu d'histoire
1839 : Antoine Becquerel publie un mémoire sur les effets électriques produits sous l’influence des rayons solaires relatif à une expérience menée par son fils Edmond avec une pile constituée par des électrodes de platine et de cuivre oxydé plongeant dans une solution électrolytique acide. Cette pile est capable de fournir un courant.
1877 : W. G. Adams et R. E. Day découvrent l’effet photovoltaïque du sélénium, et C. Fritts met au point le premier panneau photovoltaïque à base de cellules au sélénium.
1905 : Albert Einstein publie un article sur l’effet photoélectrique, ce pour quoi il obtient un prix Nobel en 1921.
1954 : D. M. Chapin, C. S. Fuller et G. L. Pearson, deux ingénieurs des Bell Telephone Laboratories (États-Unis), annoncent la mise au point d’une cellule dont le rendement de conversion énergétique atteint 6 %, marquant ainsi véritablement la naissance de l’électricité photovoltaïque.
1959 : les États-Unis mettent en orbite Vanguard, le premier satellite alimenté par des cellules photovoltaïques.
Années 1970 : les crises pétrolières renforcent l’intérêt et les crédits accordés à l’énergie photovoltaïque.
1978 : le premier mégawatt crête installé est atteint dès 1978.
De 2010 à 2016 : la puissance installée du parc photovoltaïque mondial a été multipliée par 6 entre fin 2010 (50 GW) et fin 2016 (305 GW).
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L'avenir du photovoltaïque
Très prisé, le photovoltaïque ne cessera de se développer dans les années à venir afin de respecter au mieux les enjeux environnementaux et économiques. C’est pour cette raison que cette industrie va notamment travailler sur le développement de techniques et de matériaux moins onéreux et nécessitant moins de matière. Les pistes qui sont actuellement menées sont le solaire à concentration, les panneaux à fine couche ou encore les matériaux organiques. Ces innovations futures sont une affaire à suivre.
Mais l’industrie du photovoltaïque ne s’arrêtera pas là. Elle souhaite également continuer ses recherches sur le stockage de l’électricité.
Les avantages de l’énergie solaire photovoltaïque
L’énergie solaire photovoltaïque est une énergie renouvelable, puisqu’elle utilise l’énergie du soleil. Il s’agit donc d’une énergie inépuisable et disponible, le tout, gratuitement. Le silicium (le matériau utilisé dans les panneaux solaires) est également très abondant.
C’est une énergie beaucoup moins polluante puisqu’elle n’émet pas de gaz à effet de serre (contrairement aux énergies fossiles qui sont responsables à 90% des émissions de GES). De plus, le silicium n’est pas toxique. Et dernier point, les panneaux sont recyclables à 95%
Les panneaux solaires ont une durée de vie de 20 à plus de 30 ans. D’ailleurs, saviez-vous que le premier panneau installé en Europe en 1982 fonctionne toujours !
Les panneaux solaires sont assez modulables. Il est possible de concevoir des installations de différentes tailles dans des environnements assez variés.
Les panneaux photovoltaïques peuvent être utilisés à des fins domestiques de petite échelle (par exemple sur des toitures) mais aussi à des fins de production énergétique industrielle à grande échelle (par exemple, la ferme solaire de Toul-Rosières en Lorraine).
Dans 5 ans, le kWh solaire sera près de 2 fois moins cher que le kWh réseaux. Aussi, il faut savoir que son coût a été divisé par 10 en 10 ans. En général, on estime des économies jusqu’à 600€ par an grâce à l’électricité des panneaux.
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Quelques chiffres
- En 2016, la capacité installée du parc mondial solaire photovoltaïque a dépassé 300 gigawatts (GW) installés, selon la PV Market Alliance.
- En 2014, le solaire a généré près de 197,1 TWh d’électricité dans le monde (0,8% de la production mondiale d’électricité) selon l’Irena
- La filière solaire a produit près de 14,3 TWh d’électricité en 2021 (+ 12,6 % par rapport à 2020).
- La production solaire a couvert 3 % de la consommation électrique française totale ( 2,8 % en 2020).
- Au premier semestre de 2022, la production d’électricité solaire représentait 3,8 % de la consommation électrique française.
- En France, nous comptons 208 000 autoconsommateurs, contre 1,6 millions en l’Allemagne, 850 000 pour le Royaume-Uni, 630 000 pour l’Italie et 480 000 pour la Belgique.
- Le prix du kWh est de 0,2349 €/kWh (installation < ou = à 3 kWc) et de 0,1996 €/kWh (une installation < à 9 kWc).
Nous espérons vous avoir apporté un peu de lumière sur le sujet de l’énergie solaire photovoltaïque ! S’il vous reste encore quelques questionnements, n’hésitez pas à nous contacter. Vous pouvez nous contacter par mail, par téléphone ou sur nos réseaux sociaux. Notre équipe se fera un plaisir de répondre à toutes vos questions.
