DT n°03 – Janvier 2000

www.energies-solidaires.org

Trous (+)

Electrons (-)

Zone type « n »

Zone type « p »

photons

Courant électrique

Circuit extérieur

Grille collective

de courant

Couche anti-reflet

Fonctionnement de la cellule photovoltaïque

L’effet photovoltaïque

Découvert en 1839 par le physicien A. Becquerel, l’effet photovoltaïque a été peu utilisé jusqu’au début

des années 60 où il a connu un développement important du fait de ses applications spatiales.

L’électricité photovoltaïque, qui est aujourd’hui largement répandue notamment dans le domaine de

l’électrification rurale, est obtenue par transformation directe de l’énergie lumineuse à travers un

matériau semi-conducteur appelé cellule photovoltaïque ou photopile.

En fait, la photopile est composée de matériaux semi-conducteurs dopés P (manque d’électrons) et N

(excès d’électrons) dont la jonction de type P-N permet aux électrons excédentaires de la zone N de

traverser la jonction et d’occuper les trous de la zone P. Ainsi, lorsque la lumière frappe la surface (dopée

N) d’une cellule photovoltaïque, les photons constituant cette lumière communiquent leur énergie aux

atomes du matériau en libérant les électrons des atomes qui génèrent ainsi des charges N (les électrons)

et des charges P (les trous). Or le déplacement d’électrons (créé par l’énergie des photons) est synonyme

de production d’électricité.

Pour une photopile, la production d’électricité est liée à la production d’électrons (et de trous) par les

photons de la lumière qui éclaire le dispositif. Plus de photons frappent la cellule, plus la quantité

d’électricité produite est importante. Pour un éclairement donné, cette quantité dépend du rendement de

conversion de la photopile (énergie produite/énergie reçue) ; c’est pourquoi le silicium (dopé P et N) qui

présente le meilleur rendement théorique de conversion est très utilisé dans la fabrication des cellules.

DOSSIER THEMATIQUE - Courrier ES n°03 – Janvier 2000

Effet photovoltaïque et fonctionnement

des installations solaires isolées

DT n°03 – Janvier 2000

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Le fonctionnement d’un système photovoltaïque en site isolé

Le système photovoltaïque de base est constitué d’un module photovoltaïque, d’un régulateur, d’une

batterie, d’un récepteur « courant continu » et d’un onduleur si il existe un récepteur « courant alternatif ».

Le module photovoltaïque est composé de plusieurs photopiles produisant environ 0.5 volt connectées

entre elles afin de fournir au récepteur extérieur une tension et une puissance adéquate. Ces ensembles

de photopiles sont ensuite encapsulés dans des modules étanches qui les préservent de l’humidité et des

chocs. Les modules sont ensuite interconnectés afin de constituer un champ de panneaux solaires dont

l’importance est dictée par la puissance appelée par les différentes applications et leur temps d’utilisation.

Nous verrons dans un prochain courrier les règles qui régissent le bon dimensionnement des systèmes

photovoltaïques.

La batterie est très utile en raison de la non concomitance entre la période d’ensoleillement et la période

de consommation d’électricité. Il est en effet indispensable dans ce cas de stocker l’énergie produite afin

de la restituer lors des journées sans ensoleillement ou la nuit. Ce stockage est effectué le plus souvent

au moyen de batteries au plomb dont le nombre est fixé par les applications et le nombre de jour

d’autonomie désiré.

Le régulateur permet d’effectuer une régulation de la charge et de la décharge. Il protège ainsi les

batteries des surcharges et des décharges excessives et prolonge ainsi la durée de vie de la batterie qui

peut alors dépasser 5 à 7 ans.

Ainsi, quand l’énergie produite est supérieure à l’énergie consommée, l’excédent d’électricité est stocké

dans la batterie jusqu’à ce que la limite de charge de la batterie soit atteinte. Inversement, quand l’énergie

produite est inférieure à l’énergie consommée, la batterie fournit la quantité d’électricité supplémentaire

nécessaire pour faire fonctionner les applications (la nuit, elle fournit donc la totalité de l’électricité)

jusqu’à ce que la limite de décharge de la batterie soit atteinte.

Pour plus d’informations, contactez nous :

Association Energies Solidaires

Parc des Vignes – 27 rue Panhard Levassor

78570 Chanteloup-les-Vignes

01 39 70 23 06 – contact@energies-solidaires.org

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