I- Principe des panneaux photovoltaïques:
Les panneaux photovoltaïques ou photoélectriques permettent la synthèse de l'énergie solaire en électricité.
Pour cela, ils utilisent des cellules photovoltaïques constituées de matériaux semi-conducteurs, qui peuvent
libérer leurs électrons sous l'action d'une énergie (ici l'énergie
lumineuse). C'est la libération de ces électrons qui sous l'action des photons, permettent la production d'un
courant électrique. Le courant, qui se crée par le déplacement des électrons,
est continu. Il est recueilli par des fils métalliques très fins connectés les uns aux autres et est ensuite acheminé jusqu'à la cellule photovoltaïque suivante. Ainsi, le courant s'additionne en passant de cellule en cellule jusqu'à atteindre les bornes de connexion du panneau.
Aujourd'hui on peut observer deux grands types de technologies photovoltaïques:
- La technologie cristalline
Cette technologie est construite à partir de silicium hautement pur produit dans des blocs et découpé en disques ultra fins. Par la suite, ce silicium pur va être enrichi en éléments dopants (P, As, Sb ou B) , afin de pouvoir le transformer en semi-conducteur de type P ou N. Ces cellules seront ensuite connectées en série les unes aux autres et recouvertes par des couches de traitement anti-réfléchissant dans le but d'accroître l’absorption lumineuse. Enfin elles seront recouvertes par le verre de protection du module, pour éviter un vieillissement trop prématuré dû aux effets environnementaux.
Le silicium peut exister en trois formes ( monocristallin, polycristallin ou en ruban ) qui correspondent à trois technologies cristallines qui se différencient par leur rendement et leur coût.
La technologie cristalline représente aujourd'hui environ 80% de la part de marché du photovoltaïque.
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Schéma représentant le fonctionnement d'une
cellule photovoltaïque
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2. Les technologies à couches minces
Ces technologies sont plus récentes que les précédentes, et n'utilisent pas de tranches de silicium brut. En effet, elles sont constituées d'un substrat (verre, métal, plastique…) sur lequel on dépose une fine couche uniforme, composée d'un ou de plusieurs matériaux qui sont réduits en poudre et qui sont: le cuivre, l'indium, le gallium, le tellure, le germanium et/ou le sélénium. Cette technique effectuée sous vide, permet un investissement en énergie et en matériaux considérablement plus faible pour la fabrication. Effectivement, alors qu’on se sert de panneaux d'environ 250 µm dans la technique cristalline, les résistances de l’absorbeur dans la technique à couches minces ne font que quelques micromètres. Cependant, une inquiétude concernant les ressources en matières premières est présente. En effet, ces nouvelles techniques utilisent des métaux rares comme l'indium dont la production mondiale est de 25 tonnes par an et le prix d'avril 2007 de 1 000 dollars le kg ; le tellure dont la production mondiale est de 250 tonnes par an ; le gallium d'une production de 55 tonnes par an ; le germanium d'une production de 90 tonnes l'an. Même si les quantités de ces matières premières nécessaires à la fabrication des cellules solaires sont infinitésimales, un développement massif mondial des panneaux solaires photovoltaïques en couches minces sans silicium pourrait amener, à terme, à un épuisement de ces énergies.
Pourtant, la technologie des panneaux à couches minces est de plus en plus présente et sa part de marché croît à une vitesse incroyable, puisqu'elle représente aujourd'hui environ 20% alors qu'en 2005 elle n'était que de 5,8%.
Tableau représentant le rendement des différentes technologie photovoltaïque:
II- Liens avec la photosynthèse des plantes
Les panneaux solaires ne sont pas une réelle innovation de l'Homme. En effet, le fait de capter l'énergie provenant du Soleil est utilisé depuis toujours par les plantes utilisant la photosynthèse. Ce processus bioénergétique complexe permet aux organismes dit autotrophes de fabriquer de la matière organique à partir de matières inorganiques. Ainsi, en présence de lumière visible, le dioxyde de carbone (CO2) et l'eau (H20) sont transformés en glucose et en dioxygène (O2).
La photosynthèse est effectuée grâce à des cellules qui sont situées sur la face supérieur de la feuille. Le processus a plus précisément lieu dans des organites cellulaires spéciaux : les chloroplastes, au niveau des membranes des thylakoïdes où se situent les photosystèmes I et II et les cytochromes.
Une des phase essentiel de ce procédé est la photolyse de l'eau qui se produit dans les thylakoïdes.
Voici un schéma bilan illustrant nos propos :
Le document ci-contre représente la phase photochimique de la photosynthèse (PS). Nous constatons que cette dernière est le résultat du transfert d'électron entre des couples oxydo-réducteurs.
