Comment faire des panneaux solaires à partir de photopiles

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Comme nous l’avons vu une photopile est une cellule photovoltaïque en silicium.

Mais sa taille réduite fait, qu’exposée à la lumière du soleil, elle donne une tension électrique de 0,5 à 0,6 volt sous 1 000 W/m2.

Cette tension est trop faible pour être directement utilisable dans la pratique.

C’est pour cela qu’il convient de raccorder en série des cellules pour constituer un module, appelé plus simplement un panneau solaire.

Construire un panneau solaire en silicium cristallin

On place les cellules élémentaires entre deux supports (généralement en verre) après les avoir reliées entre elles en série par des fils conducteurs extra-plats.

A l’aide d’une résine d’assemblage pour joindre les deux supports, au cours d’une opération dite « d’encapsulation », essentielle pour la protection contre les intempéries, on constitue un panneau solaire prêt à l’emploi.

Le montage final consiste souvent en la réalisation d’un cadre support en aluminium.

En théorie, il faut 36 cellules pour faire un panneau de 12 V continu (0,5 V x 36 = 18 V moins les pertes).

Dans la pratique, les panneaux de 12 V comportent de 32 à 44 cellules en fonction de la valeur exacte de la tension de chaque cellule.

Typiquement, un panneau solaire de 0,5 m2, avec 36 cellules de 100 cm2, produit 60 Wc sous 15 V lorsqu’il est exposé à 1 000 W/m2.

On remarquera qu’une cellule en silicium cristallin est assez fragile et nécessite systématiquement une encapsulation de protection.

Cela va de pair avec son usage exclusivement en milieu extérieur.

Le silicium polycristallinLe silicium polycristallin

Construire un panneau solaire en silicium amorphe

A l’inverse, un panneau en silicium amorphe, qu’il soit rigide ou souple, peut être employé en milieu extérieur comme en milieu intérieur.

Il fonctionnera donc sous éclairage naturel (soleil) mais aussi sous éclairage artificiel (néons) avec un rendement deux fois moins important que le silicium cristallin.

Sa fabrication est donc, nous l’avons vu dans un autre chapitre, très différente, avec une technologie d’enduction simultanée par des gaz, des couches de silicium et des dopants.

La mise en série des cellules est réalisée au cours de la fabrication même des couches de ces cellules.

Par un astucieux découpage au laser des différentes couches, l’électrode (-) de la cellule est mise en contact avec l’électrode (+) de la suivante.

Cette technique présente l’avantage de pouvoir être réalisée même sur de très petits formats.

Les photogénérateurs en silicium amorphe sont donc susceptibles de générer à moindre coût des tensions de 3,6 V ou 12 V sur de petites surfaces de quelques centimètres carrés.

La couleur brun foncé typique des capteurs en silicium amorpheLa couleur brun foncé typique des capteurs en silicium amorphe

Remarques

Pour comprendre un peu mieux la construction des panneaux solaires qui ne sont pas assemblés par hasard, mais pour répondre à des lois physiques et électriques élémentaires, il nous faut rappeler quelques notions d’électricité :

  • La Tension : c’est la différence de potentiel entre les deux bornes d’une source électrique. Elle définit la qualité du courant électrique et s’exprime en volts (V). L’Intensité : c’est la quantité d’électricité qui circule dans un conducteur électrique. Elle s’exprime en Ampère (A).
  • La Puissance : c’est le produit de la Tension (U) par l’Intensité (I). P = U x I et s’exprime en Watts (W).
  • Le Watt crête (Wc) : c’est la puissance nominale que délivre un panneau photovoltaïque dans les conditions optimales (une puissance d’ensoleillement de 1 000 W/m2, les rayons perpendiculaires au capteur, la température des cellules à 25° C).
  • Un montage en série : c’est un branchement électrique où la borne (+) de la cellule est branché à la borne (-) de la cellule suivante. Ainsi les tensions de chaque cellule s’additionnent.
  • Le courant continu : c’est un courant électrique dont tous les électrons circulent dans le même sens.

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