Comment fonctionne l'énergie photovoltaïque ?

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Le principe de fonctionnement du photovoltaïque est de transformer en électricité la lumière du soleil, énergie gratuite, non polluante et inépuisable.

L'énergie solaire est la fraction de l'énergie du rayonnement solaire qui apporte l'énergie thermique et la lumière parvenant sur la surface de la Terre, après filtrage par l'atmosphère terrestre.

Sur Terre, l'énergie solaire est à l'origine du cycle de l'eau, du vent et de la photosynthèse réalisée par le règne végétal, dont dépend le règne animal via les chaînes alimentaires. Le Soleil est à l'origine de la plupart des énergies sur Terre à l'exception de l'énergie nucléaire et de la géothermie profonde.

 Centrale solaire en Californie (SEGS - Kramer Junction). Alan Radecki Akradecki CC BY-SA 3.0

1) Panneaux photovoltaïques : de la lumière à l'électricité : Un panneau photovoltaïque est composé de plusieurs couches superposées. La lumière du soleil qui frappe la première couche provoque un excès d'électrons qui se déplacent vers la deuxième couche semi-conductrice, puis vers la troisième qui manque d'électrons. C'est ce mouvement qui crée de l'électricité.

2) Panneaux à couches minces : Certains panneaux sont composés d'un empilement de plusieurs couches minces, du gaz (hydrogène, argon, hélium...) étant emprisonné entre les couches. La première est en verre, puis on trouve une couche conductrice, puis une couche P, une couche de silicium, une couche n, et enfin des couches conductrices et de connexion.

3) Panneaux à cellules photovoltaïques : D'autres panneaux photovoltaïques sont constitués de cellules à base de silicium cristallin, avec deux types de cellule, « monocristallin » ou « polycristallin », les premières ayant un meilleur rendement et les secondes étant moins chères et d'une meilleure longévité.

4) Autres composants : Pour compléter l'installation, il sera nécessaire d'ajouter un onduleur, qui transforme le courant continu en courant alternatif, et éventuellement d'autres appareils en fonction de l'objectif visé. En effet, l'électricité produite peut soit être utilisée directement, soit stockée sur des batteries et être restituée au fur et à mesure des besoins.

L'énergie solaire vient de la fusion nucléaire qui se produit au centre du Soleil. Elle se propage dans le Système solaire et dans l'Univers sous la forme d'un rayonnement électromagnétique de photons. (Photo Rayonnement solaire direct. Lykaestria CC BY-SA 3.0) L'énergie solaire reçue en un point du globe dépend de : - l'énergie solaire envoyée par le Soleil (fluctuations décennales, saisonnières, et ponctuelles). - la nébulosité (nuages, brouillards, etc.), qui est importante à l'équateur et plus faible en milieu intertropical. - la latitude, la saison et l'heure, qui influent sur la hauteur du Soleil et donc sur l'énergie reçue au sol par unité de surface, ainsi que sur la nébulosité en fonction du climat local. Globalement la Terre reçoit en permanence une puissance de 170 millions de gigawatt (soit 170 millions de milliards ou 1,7×1017 joules par seconde), dont 122 sont absorbés alors que le reste est réfléchi. L'énergie totale absorbée sur une année est donc de 3 850 zettajoules (1021 joules, ZJ) ; par comparaison, la photosynthèse capte 3 ZJ4, le vent contient 2,2 ZJ5, et l'ensemble des usages humains de l'énergie, 0,5 ZJ6 dont 0,06 ZJ sous forme d'électricité. Les zones désertiques situées sous les latitudes tropicales où la nébulosité est faible, sont les plus favorables à l'énergie solaire. Celles qui sont relativement proches de zones de consommation importantes dans les pays développés disposant de la technique requise pour capter l'énergie solaire, voient des réalisations de plus en plus importantes, comme dans le désert des Mojaves (Californie et Arizona) où se trouvent les plus grandes centrales solaires thermodynamiques au monde, notamment la centrale solaire SEGS d'une puissance totale de 354 MW8 et celle de Solana d'une puissance de 280 MW.

D'autres sources d'énergies dépendent indirectement du Soleil ! Les sources d'énergie issues indirectement de l'énergie solaire sont notamment : - l'énergie hydraulique, dérivée de l'énergie cinétique de l'eau dont le cycle dépend du Soleil, - l'énergie marémotrice issue principalement de l'effet des forces de gravitation de la Lune et plus faiblement de celle du Soleil et dépendant d'autres paramètres tels que la géographie des côtes. - Il y a également l'énergie éolienne provenant de l'énergie cinétique du vent lié au Soleil, à la rotation de la Terre et à l'effet Coriolis, -  l'énergie hydrolienne et l'énergie des vagues liées aux mouvements des océans et des cours d'eau, - le bois énergie et l'énergie de la biomasse ainsi que la géothermie de très basse température, provenant des couches superficielles du sol réchauffées par le Soleil. - On peut ajouter les énergies fossiles provenant de matières organiques créées par photosynthèse (charbon, pétrole, gaz naturel…), - auxquelles s'ajoute l'énergie biochimique de la matière organique vivante.

Futura Sciences août 2012 - Wikipedia