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CELLULE PHOTOVOLTAIQUE INTRODUCTION Le soleil est une source énergétique quasim

CELLULE PHOTOVOLTAIQUE INTRODUCTION Le soleil est une source énergétique quasiment illimitée, elle pourrait couvrir des milliers de nos besoins globales en énergie . C’est pourquoi, l’homme cherchait depuis longtemps à mettre à profit cette énergie importante et disponible sur l’ensemble de la planète en inventant les cellules photovoltaïques . L'énergie solaire photovoltaïque provient de la transformation directe d'une partie du rayonnement solaire en énergie électrique. Cette conversion d'énergie s'effectue par le biais d'une cellule photovoltaïque qui sont les constituants des panneaux solaires , et leurs principaux avantages et c’est peut-être un bon moyen contre la pollution qui est souvent la conséquence d’une production d’énergie. Nous nous sommes donc intéressés au fonctionnement de cellules , leurs fabrication , et le rendement qui est l’objectif de cet invention, ainsi des perspectives. SCHEMA GÉNÉRALISÉ SUR LA MÉTHODE DE TRAVAIL DU CELLULE CHAPITRE 1 GENERALITÉ DÉFINITION • Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), produit de l’électricité grâce à l’effet photovoltaïque qui est à l’origine du phénomène. La tension obtenue est fonction de la lumière incidente. La cellule photovoltaïque délivre une tension continue. Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si). Elles se présentent généralement sous la forme de fines plaques d’une dizaine de centimètres de côté, prises en sandwich entre deux contacts métalliques, pour une épaisseur de l’ordre du millimètre. Les cellules sont souvent réunies dans des modules solaires photovoltaïques ou panneaux solaires, en fonction de la puissance recherchée. HISTORIQUE • L’histoire de la cellule photovoltaïque est marquée par différents chercheurs qui découvrirent et étudièrent le phénomène photovoltaïque, mais aussi par des contextes historiques qui encouragèrent son développement. • Elle débute en 1839, lorsque le physicien français Antoine Becquerel découvre cet effet qui consiste à transformer une partie du rayonnement solaire en courant électrique par le biais d’une cellule électrolytique exposée au soleil. Elle se poursuit en 1921, par le biais de la remise du prix Nobel de Einstein pour ses travaux sur l’effet photovoltaïque. Et son intérêt se développe considérablement dans les années 1950 en parallèle avec celui de l’industrie spatiale. • La crise énergétique de 1970 marque, quant à elle, le début d’un réel intérêt pour l’utilisation de l’énergie solaire dans les entreprises et les foyers. La deuxième moitié du XXe siècle est marquée par les premières constructions et véhicules alimentés par des cellules photovoltaïques. Une prise de conscience du caractère épuisable des énergies fossiles a accentué l’envie de trouver une énergie alternative. L’INSTALLATION PHOTOVOLTAIQUE • Les panneaux photovoltaïques produisent un courant électrique continu. • Le régulateur optimise la charge et la décharge de la batterie suivant sa capacité et assure sa protection. • L’onduleur transforme le courant continu en alternatif pour alimenter les récepteur AC. • Les batteries sont chargées de jour pour pouvoir alimenter la nuit ou les jours de mauvais temps. • Des récepteurs DC spécifiques sont utilisables. Ces appareils sont particulièrement économes. CHAPITRE 2 PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT DU CELLULE PHOTOVOLTAIQUE PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT • Les cellules photovoltaïques exploitent l'effet photoélectrique pour produire du courant continu par absorption du rayonnement solaire. Cet effet permet aux cellules de convertir directement l’énergie lumineuse des photons en électricité par le biais d’un matériau semi-conducteur transportant les charges électriques. • Une cellule photovoltaïque est composée de deux types de matériaux semi- conducteurs, l’une présentant un excès d’électrons et l’autre un déficit d'électrons. Ces deux parties sont respectivement dites « dopées » de type n et de type p. Le dopage des cristaux de silicium consiste à leur ajouter d’autres atomes pour améliorer la conductivité du matériau. • PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT • Un atome de silicium compte 4 électrons périphériques. L ’une des couches de la cellule est dopée avec des atomes de phosphore qui, eux, comptent 5 électrons (soit 1 de plus que le silicium). On parle de dopage de type n comme négatif, car les électrons (de charge négative) sont excédentaires. L ’autre couche est dopée avec des atomes de bore qui ont 3 électrons (1 de moins que le silicium). On parle de dopage de type p comme positif en raison du déficit d’électrons ainsi créé. Lorsque la première est mise en contact avec la seconde, les électrons en excès dans le matériau n diffusent dans le matériau p. Lorsqu'un photon de la lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant les charges électriques. Les atomes, chargés positivement, vont alors dans la zone P et les électrons, chargés négativement, dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique, est ainsi créée. C'est ce qu'on appelle l'effet photovoltaïque A la surface, le contact électrique (électrode négative) est établi par la grille afin de permettre à la lumière du soleil de passer à travers les contacts et de pénétrer dans le silicium. THECHNIQUE DE FABRICATION • Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. On l'obtient par réduction à partir de silice, composé le plus abondant dans la croûte terrestre et notamment dans le sable ou le quartz. La première étape est la production de silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement, obtenu à partir de morceaux de quartz provenant de galets ou d'un gisement filonien (la technique de production industrielle ne permet pas de partir du sable). Le silicium de qualité photovoltaïque doit être purifié jusqu'à plus de 99,999%, ce qui s'obtient en transformant le silicium en un composé chimique qui sera distillé puis retransformé en silicium. • Le silicium est produit sous forme de barres nommées « lingots » de section ronde ou carrée. Ces lingots sont ensuite sciés en fines plaques mises au carré (si nécessaire) de 200 micromètres d'épaisseur qui sont appelées « wafers ». Après un traitement pour enrichir en éléments dopants (P, As, Sb ou B) et ainsi obtenir du silicium semi-conducteur de type P ou N, les wafers sont « métallisés » : des rubans de métal sont incrustés en surface et reliés à des contacts électriques. Une fois métallisés les wafers sont devenus des cellules photovoltaïques. • La production des cellules photovoltaïques nécessite de l'énergie, et on estime qu'un module photovoltaïque doit fonctionner environ deux à trois ans suivant sa technique de fabrication pour produire l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication (retour énergétique du module). THECHNIQUE DE FABRICATION • Les techniques de fabrication et les caractéristiques des principaux types de cellules sont décrits dans les trois paragraphes suivants. Il existe d'autres types de cellules actuellement à l'étude, mais leur utilisation est pratiquement négligeable. • Les matériaux et procédés de fabrication font l'objet de programmes de recherches ambitieux pour réduire les coûts de possession et de recyclage des cellules photovoltaïques. Les techniques couches minces sur substrats banalisés semblent recueillir les suffrages de l'industrie naissante. En 2006 et 2007, la croissance de la production mondiale de panneaux solaires a été freinée par manque de silicium, et les prix des cellules n'ont pas baissé autant qu'espéré . L'industrie cherche à faire baisser la quantité de silicium utilisé. Les cellules monocristallines sont passées de 300 microns d'épaisseur à 200 et on pense maintenant atteindre rapidement les 180 puis 150 microns, diminuant la quantité de silicium et d'énergie nécessaire, mais aussi les prix. • LES COMPOSANTES D’UNE CELLULES PHOTOVOLTAIQUE LES TYPES DES CELLULES Dans la famille des panneaux solaires, les modèles photovoltaïques sont ceux qu’il faut choisir si vous souhaitez produire de l’électricité. Ses cellules photovoltaïques recueillent les rayons du soleil et produisent ainsi une tension électrique. Le silicium est le matériau conducteur principalement utilisé pour fabriquer les panneaux solaires photovoltaïques. On distingue alors 3 types de cellules : • Les cellules à silicium monocristallin : ici, elles sont constituées d’un seul bloc de silicium. Elles disposent de cristaux orientés de manière uniforme, ce qui leur confère un bon rendement compris entre 15 et 20 %. Ces panneaux solaires sont généralement noirs. • Les cellules à silicium polycristallin : ils’agit de panneaux qui comprennent des cristaux multiples. Cela leur offre une capacité de production d’énergie satisfaisante, particulièrement dans les zones à bon ensoleillement où leur rendement de 12 à 15 % peut suffire. Les cellules affichent cette fois-ci des tons bleus. • Les cellules à silicium amorphes : le gaz de silicium est déposé sur une surface en verre, métal ou plastique pour créer des cellules très intéressantes pour les grandes surfaces. Si le rendement est de 6 à 8 %, il reste optimal même par temps nuageux, quand les températures s’emballent ou sur des toitures planes. • LES TYPES DES CELLULES CHAPITRE 3 L’AVENIRE DES CELLULES PHOTOVOLTAIQUE LES AVANTAGES DES CELLULES • Large variété de technologies pour s’adapter à tous les budgets et à toutes les situations géographiques. • Investissement vite rentabilisé (le coût de l’électricité ne cesse d’augmenter). • Production de tout ou partie de sa consommation d’électricité. • Revendre son électricité. • Économie d’énergie et même possibilité de gagner de l’argent en revendant sa production d’électricité. • Ils fonctionnent avec une énergie uploads/Industriel/ cellule-voltaquie.pdf