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L'effet photovoltaïque est la conversion directe de l'énergie solaire en électricité.
Les utilisateurs de systèmes photovoltaïques apprécient leur fonctionnement silencieux, à faible entretien, non polluant, sûr et fiable ainsi que le degré d'indépendance qu'ils
procurent.
Définition:
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soleil n. m.
1. Le Soleil : l'astre qui produit la lumière du jour. La distance de la Terre au Soleil. (V. Soleil.) || Par ext. Un soleil :
un astre rayonnant d'une lumière propre, au centre d'un système. 2. Le disque lumineux du Soleil, l'aspect de cet astre pour un observateur terrestre. Le soleil se lève à l'est et se couche à
l'ouest. -- Le soleil de minuit: le Soleil, visible à l'horizon vers minuit, l'été, dans les régions polaires. 3. Rayonnement, chaleur, lumière du Soleil. Il fait soleil, du soleil, (Québec)
beau soleil. Se protéger du soleil. S'exposer au soleil. Syn. (France rég.) cagnard et souléou. -- Coup de soleil: brûlure causée par les rayons du soleil. || Loc. Une place au soleil: une place en
vue, une bonne situation. -- Il n'y a rien de nouveau sous le soleil: tout est un perpétuel recommencement. -- Le soleil luit, brille pour tout le monde: il est des avantages dont tout le monde peut
jouir. 4. Cercle entouré de rayons divergents, représentant le soleil. 5. Grande fleur à pétales jaune d'or, appelée aussi hélianthe. Syn. tournesol. 6. SPORT Grand tour exécuté
le corps droit et les bras tendus, à la barre fixe. -1-
photovoltaïque adj.
TECH Effet photovoltaïque: apparition d'une différence de potentiel entre deux couches d'une plaquette de semi-conducteur dont les
conductibilités sont opposées, ou entre un semi-conducteur et un métal, sous l'effet d'un flux lumineux. -- Cellule photovoltaïque: générateur, appelé aussi photopile, qui utilise l'effet
photovoltaïque. -1-
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Quelques chiffres
Le rayon du Soleil est égal à 695 000 km (109 fois le rayon terrestre), son volume vaut 1 300 000 fois celui de la Terre (soit 1 048
X 10 15), mais, en raison de sa faible densité
(1,4), sa masse est seulement 333 000 fois supérieure à celle de la Terre. La température superficielle du Soleil est estimée à 5 750°C (degré Celsius). -2- La distance moyenne de la Terre au Soleil est voisine de 150 millions de kilomètres et le rayonnement solaire met environ 8 minutes pour nous parvenir.
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Un peu de mythologie
Rê, Amon ou
Aton des Égyptiens,
Hélios des Grecs,
Inti des Incas,
Belen des Celtes,
Mithra des Zoroastriens
et bien d'autres noms pour ce dieu universel. -3-
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Dans l'univers religieux de l'Égypte ancienne, le Soleil représente l'élément central, autour duquel tout s'organise. Les Égyptiens
se sont tout particulièrement attachés à décrire la navigation nocturne du disque solaire : chaque nuit, le Soleil dans sa barque doit affronter des épreuves et vaincre des forces hostiles, notamment l'attaque du serpent géant
Apopis. L'aube équivaut, pour le Soleil, à une renaissance. Sa lumière dissipe les angoisses de la nuit.
Dans la mythologie grecque, dans un monde où n'existent que Chaos et Désir, un premier couple se forme : le Ciel étoilé
et la Terre donnent naissance aux Titans. Mais le dieu du Ciel les refoule dans l'obscurité de la nuit. Deux Titans engendrent Hélios, le Soleil, cocher merveilleux. Son char attelé de chevaux ailés le conduit chaque jour de
l'Orient aux limites du monde, sur les rives du fleuve Océan. Là il s'embarque pour la nuit sur une grande coque qui le ramène à la prochaine aurore.
Capable de vaincre chaque jour les ténèbres, le Soleil est symbole de
pouvoir. Ainsi Akhenaton, vers 1350 avant J.-C., voulut rassembler le peuple d'Égypte sous le signe de la lumière universelle dispensée par Aton, le disque solaire.
Trois mille ans plus tard, après bien d'autres empereurs
romains ou Moghols, Louis XIV fera appel à cette même symbolique universelle pour se parer du titre de Roi-Soleil. Ainsi apparaissait-il souvent vêtu à l'image du Soleil lors des fêtes somptueuses qu'il donnait dans les jardins
du château de Versailles. -3-
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Un peu d'histoire
Le terme « photovoltaïque », souvent abrégé par les lettres PV, a été formé à partir des mots « photo »,
un mot grec signifiant lumière, et « Volta », le nom du physicien italien Alessandro Volta, qui a inventé la pile électrochimique en 1800. -4-
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Jusqu'à la Seconde guerre mondiale, cent ans après qu'Alexandre-Edmond Becquerel
eut présenté à l'académie des sciences un « mémoire sur les effets électriques produits sous l'influence des rayons solaires », le phénomène photoélectrique restait encore une curiosité de laboratoire. Tout au plus la mise en évidence par W. G. Adams et R. E. Day en 1877 de l'effet photovoltaïque du sélénium servait-elle à la réalisation de posemètres pour la photographie. -3-
Tout change brutalement en 1954 quand trois chercheurs américains, Chapin, Fuller et Pearson, mettent au point une cellule
photovoltaïque à haut rendement (6%) qui permet de transformer directement l'énergie solaire en électricité (voir principe de fonctionnement plus loin), et cela juste au moment où l'industrie spatiale naissante cherche des
solutions nouvelles pour alimenter ses satellites. Tous les grands laboratoires s'intéressent à cette nouvelle technologie spatiale et, en 1960, M. Rodot et H. Valdman réalisent la première cellule française au CNRS (Centre
national de la recherche scientifique). -3-
Quelques années plus tard, en 1973, dans le bouillonnement d'idées qu'engendre la crise pétrolière, toutes les filières de
substitution aux énergies fossiles sont envisagées. Parmi les énergies renouvelables, la production directe d'électricité à partir du Soleil par effet photovoltaïque figure en bonne place. On dispose en effet à cette époque de
photopiles au silicium monocristallin de bon rendement (14%) et de grande fiabilité. -3-
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Principe de fonctionnement
Les cellules photovoltaïques ou photopiles sont fabriquées, comme les transistors ou les puces des
ordinateurs, à partir de matériaux semi-conducteurs. Ces matériaux ont des propriétés de conduction électrique intermédiaires entre celles des métaux et des isolants, et surtout ils ont la propriété
de convertir la lumière qu'ils reçoivent en charges électriques. -3-
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Leur courbe d'absorption optique s'étend des courtes longueurs d'onde jusqu'à une longueur d'onde limite, caractéristique du
semi-conducteur considéré (1,1µm pour le silicium). -3-
On peut
représenter ces cellules comme des diodes plates sensibles à la lumière. Une photopile au silicium par exemple, est constituée par une jonction d'une couche de silicium de type négatif n (avec des électrons en excès) et d'une
lame de silicium de type positif p (avec un défaut d'électrons ou un excès de trous). Quand un photon de lumière solaire d'énergie suffisante (^ <1,1µm) interagit avec un atome, il excite un électron et l'arrache de sa
structure électronique. Cet électron, entraîné dans le champ électrique de la jonction, produit un photo-courant que l'on peut mesurer en mettant la cellule en court-circuit. Lorsque la cellule débite sur une charge résistive,
une différence de potentiel apparaît à ses bornes : la région n est polarisée négativement par rapport à la base p. -3-
En résumé, les cellules photovoltaïques sont constituées de matériaux semi-conducteurs spéciaux qui permettent aux électrons, qui sont excités lorsque le matériel
est exposé à la lumière du Soleil, d'être libérés de leurs atomes. Une fois libérés, ils se déplacent dans le matériau et forment un courant électrique. Le courant circule dans une seule direction (comme aux bornes d'une pile)
et c'est pourquoi on dit que cette électricité est à courant continu (c.c.). -4-
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Les systèmes photovoltaïques
Les systèmes photovoltaïques ne contiennent aucune pièce mobile. Ils sont fiables, requièrent peu d'entretien, sont silencieux et ne
produisent aucune émission de polluants. Ce sont des systèmes modulaires : les éléments de base (modules de cellules solaires) sont vendus dans un vaste éventail de capacités d'alimentation électrique qui vont d'une fraction de
watt (par exemple les montres et les calculettes à pile solaire) à plus de 300 watts. L'interconnexion des modules permet d'obtenir la puissance qu'exige votre application. Certaines centrales PV de démonstration produisent une
puissance allant jusqu'à plusieurs mégawatts, bien que la plupart des systèmes installés soient de dimension beaucoup plus modeste.
L'énergie produite par les modules photovoltaïques peut être utilisée immédiatement ou
emmagasinée dans les accumulateurs (batteries), pour être consommée plus tard. Généralement, le surplus d'énergie produit par les systèmes PV autonomes durant les périodes d'ensoleillement est emmagasiné dans les accumulateurs.
Ces derniers fournissent ensuite l'électricité nécessaire pendant la nuit ou lorsqu'il n'y a pas suffisamment de rayonnement solaire. Dans ces systèmes, la puissance électrique du champ de modules et la capacité des
accumulateurs sont soigneusement déterminés afin d'obtenir un rendement optimal. -4- (Voir fiche de dimensionnement). (À suivre)
Références:
-1- http://www.francophonie.hachette-livre.fr/, soleil, photovoltaïque, site visité le 8 décembre 2003.
-2- Jean Dubois, 1989, Dictionnaire de la langue française, Collection Larousse, Paris, Lexis, page 1754.
-3- Dessus, Benjamin et Pharabod, François, 1996, 2002, L'énergie solaire, Collection Que sais-je?, Paris, puf, page 4-6,46,47,49,50.
-4- Ressources naturelles Canada, 2002, Les systèmes photovoltaïques Guide de l'acheteur, Collection Énergies renouvelables, Canada, page 3,4.
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