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Cet article abordera les points suivants :

  • Qu’est-ce qu’un panneau solaire photovoltaïque?
  • Quels sont les différents types de cellules solaires photovoltaïques?
  • Quels sont les matériaux nécessaires pour leur fabrication?
  • Quelles sont les différentes étapes de fabrication?
  • Quel est le meilleur type de panneaux solaire photovoltaïque?

Qu’est-ce qu’un panneau solaire photovoltaïque?

Un panneau solaire photovoltaïque est un équipement électronique composé de plusieurs dizaines de cellules semi-conductrices qui utilise le rayonnement solaire pour produire de l’électricité. Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules du panneau, ses photons sont absorbés par le matériau semi-conducteur de la cellule et un courant électrique est généré.

Étant donné que les cellules individuelles ne produisent que très peu d’énergie, les cellules sont assemblées en série et en parallèle pour former un panneau. Les connections en série augmentent la tension pour un même courant alors que les connections en parallèle augmentent le courant pour une même tension. Sachant que la puissance est le produit du courant par la tension, la puissance d’un panneau est proportionnelle à la quantité de cellules qu’il contient. Plus un panneau solaire est puissant, plus grande est la quantité d’énergie qu’il peut produire. De manière générale, les panneaux solaires comportent de 60 à 72 cellules, quoique certains panneaux ont jusqu’à 144 cellules.

Quels sont les différents types de cellules solaires photovoltaïques?

Il existe trois types de cellules photovoltaïques : les cellules amorphes, les cellules monocristallines et les cellules polycristallines. L’image ci-dessous montre ces trois différents types de cellules (amorphe à gauche, monocristallin au centre et polycristallin à droite).

  • Les cellules amorphes sont composées d’une très fine couche de silicium sur un matériau amorphe (généralement du verre, de l’acier ou du plastique).  Elles sont de couleur gris foncé et de forme rectangulaire. Leur rendement varie de 5 à 10% et leur durée de vie est d’une dizaine d’années. Elles sont les cellules les moins dispendieuses à produire.
  • Les cellules monocristallines sont composées d’un seul cristal de silicium. Elles sont de forme octogonale et de couleur noire. Leur rendement varie entre 15 et 24% et leur durée de vie est de 30 ans. Elles sont les cellules les plus dispendieuses à produire.
  • Les cellules polycristallines sont composées de plusieurs fragments de silicium fondus ensemble. Elles sont de forme carrée et de couleur bleu. Leur rendement varie entre 14 et 20% et leur durée de vie est de 30 ans.  Leur coût de fabrication est inférieur à celui des cellules monocristallines, mais supérieur à celui des cellules polycristallines. Elles sont les cellules les plus populaire dû à leur bon rapport qualité-prix.

Les différences au niveau du rendement s’expliquent principalement par le niveau de pureté cristalline des cellules. Plus une cellule a un niveau de pureté élevé, meilleure est son interaction avec le rayonnement solaire et donc son rendement. L’épaisseur de la cellule a aussi un impact sur le rendement, ce dernier étant proportionnel à l’épaisseur de la cellule.

Quels sont les matériaux nécessaires pour leur fabrication?

La très grande majorité des cellules photovoltaïques sont fabriquées à base de silicium. Ce composant est utilisé grâce à son faible coût d’extraction ainsi que ses propriétés semi-conductrices. Le silicium n’existe pas à l’état libre, mais plutôt sous différentes formes de minéraux tels que le sable ou le quartz. Il est très abondant, pour ne pas dire presqu’illimitée.

Quartz - Wikipedia

L’extraction du silicium du quartz est effectuée par carboréduction, soit l’extraction de métaux de leurs oxydes en présence de coke sous très haute température dans four à arc électrique. Les très hautes températures (allant jusqu’à 2000°C) permettent à certaines réactions chimiques d’avoir lieu, notamment la réduction de la silice (SiO2 + C ⟶ Si + CO2) et l’élimination de l’oxygène.

Le silicium obtenu à partir de ce procédé est de qualité métallurgique, soit pur à 99.99 %. C’est lorsqu’il aura atteint cette purété qu’il sera utilisé pour l’élaboration de cellules photovoltaïques. Cela dit, le tableau ci-dessous montre les éléments et leur quantité nécessaire pour produire une tonne de sillicium.

ÉlémentQuantité nécessaire (kg)
Quartz2900
Coke de pétrole740
Charbon bitumineux590
Copeaux de bois1580
Énergie électrique (kWh)12 000

Le tableau ci-dessous de l’USGS (United States Geological Survey) montre quant à lui les dix principaux producteurs de silicium en 2017.

PaysProduction annuelle (milliers de tonnes)
États-Unis700
République Tchèque450
Danemark440
Chine420
Argentine200
Pérou120
Japon100
Mexique90
Corée du Sud70
Russie70

Quelles sont les différentes étapes de fabrication?

1. Tirage du lingot : La première étape de fabrication d’un panneau solaire consiste à produire des lingots de silicium purs à 99.99 %. Pour ce faire, le silicium est cuit dans un four à arc électrique à une température pendant plusieurs heures.

2. Sciage du lingot : Une fois refroidis, les lingots sont coupés en tranches, qui ont l’épaisseur d’une feuille de papier. Ces tranches sont communément appelés « wafers ». Les wafers reçoivent ensuite un traitement anti-reflet afin de limiter la quantité de lumières qu’ils réfléchissent (et par le fait même la quantité de lumière qu’ils absorbent).

3. Diffusion du phosphore : Pour que le wafer devienne une cellule photovoltaïque, des impuretés doivent être ajoutées. Ces impuretés sont ainsi appelées parce qu’elles acceptent ou donnent un électron pour se lier avec le semi-conducteur des cellules (le sillicium) et ainsi générer du courant.

Sur la couche supérieure de la cellule, l’impureté ajoutée est un élément qui possède plus d’électrons que le silicium (généralement du Phosphore). Cette couche est de type N et est chargée négativement.

Surla couche inférieure de la cellule, l’impureté ajoutée est un élément qui possède moins d’électrons que le silicium (généralement du Bore). Cette couche est de type P et est chargée positivement.

Pour qu’il y ait conduction, une jonction PN doit être crée. Une fois la jonction crée, le wafer est une cellule photovoltaïque, avec une face négative et une autre face positive.

4. Métallisation par sérigraphie : Une pâte à base d’argent est imprimée avant d’être recuite à haute température à la surface des cellules photovoltaïques, le but étant de pouvoir recueillir le courant électrique qu’elles produisent.

5. Interconnections des chapelets : L’ensemble des cellules du panneau solaire sont soudées les unes les autres, en série ou en parallèle.

6. L’encapsulation : Les cellules du panneau solaire sont encapsulées entre une feuille de verre et un polymère pour les protéger des rayons U.V, de l’humidité et pour les isoler électriquement.

7. L’encadrement : Cette étape consiste à encadrer le panneau solaire dans un cadre fait en aluminium afin de lui donner une rigidité mécanique. Le choix de l’aluminium se justifie par son faible poids, son prix bon marché et sa robustesse. Le module est finalement soumis à des tests mécaniques, optiques et électriques avant d’être mis sur le marché.

Quel est le meilleur type de panneaux solaire photovoltaïque?

Pour résumé, les panneaux solaires monocristallins ont des cellules solaires fabriquées à partir d’un seul cristal de silicium alors que les panneaux solaires polycristallins ont des cellules solaires fabriquées à partir de plusieurs fragments de cristaux de silicium fondus ensemble. Les panneaux solaires amorphes quant à eux sont composés d’une fine couche de silicium sur un matériau amorphe.

Cette différence de fabrication fait en sorte que la réponse spectrale des panneaux solaires monocristallins est la plus élevée, ce qui leur procure un meilleur rendement. Bien qu’ils soient plus dispendieux, le fait qu’ils puissent produire plus d’énergie contrebalance leur surcout, surtout sachant que leur durée de vie est d’au moins 25 ans. De plus, leur couleur noire est plus discrète et s’agence mieux avec un toit en bardeaux conventionnel. Bref, les panneaux solaires monocristallins sont définitivement le meilleur type de panneau solaire.  Néanmoins, pour ceux ayant un budget plus limité, les panneaux solaires polycristallins sont tout de même un bon choix.

Cela dit, n’hésitez pas à nous contacter pour obtenir davantage d’information, il nous fera plaisir de vous aider. Nos systèmes d’énergie solaire abordables, fiables et clés en main vous satisferont pleinement. Donnez-nous la chance de vous impressionner et de partager notre expertise solaire avec vous.