es panneaux solaires sont des sources d’énergie respectueuses de l’environnement. Ils sont également connus sous le nom de systèmes photovoltaïques. Ils convertissent l’énergie du soleil en électricité. Parce que le soleil brille sur nous presque toute la journée, nous pourrions utiliser ses photons, récoltant son énergie, tant que nous avons suffisamment de panneaux solaires pour alimenter les appareils de nos maisons : ampoules, moniteurs, téléviseurs, réfrigérateurs et tous les appareils électroniques.
Étant une méthode écologique d’approvisionnement en énergie, le panneau solaire est respectueux de la nature. Il y a des années, on doutait de leur efficacité, mais ces jours-ci, ils ont disparu. Les sources d’énergie solaire, à savoir les panneaux solaires et les systèmes photovoltaïques similaires, sont l’avenir !
Et le futur c’est AUJOURD’HUI ! Du moins pour ceux d’entre nous qui sont intelligents et avant-gardistes, qui savent dans quoi investir et combien.
Pour convertir les rayons du soleil en courant, des diodes pn au silicium sont utilisées, réalisant des transitions électroniques des particules.
La première génération de diodes était monocouche, en silicium. Mais dans la deuxième génération, les cellules photovoltaïques reposent sur des diodes pn avec un grand nombre de couches.
Au fur et à mesure que la science progresse, de plus en plus de matériaux à haute conductivité sont découverts, qui sont utilisés pour développer des systèmes solaires. Parmi eux, le graphène, dérivé du carbone et supraconducteur extrêmement léger et résistant, sera certainement utilisé dans un futur proche pour le développement de capteurs solaires.
Les panneaux solairesde troisième génération disposent de batteries polymères, photoélectrochimiques ou autres servant d’accumulateurs dans lesquels l’énergie convertie est « enregistrée ».
Un peu d’histoire sur le fonctionne un panneau solaire
Comme vous le savez, la batterie solaire n’est pas la première invention à utiliser l’énergie globale du Soleil comme alternative à l’énergie électrique. Les premières tentatives d’utilisation de la lumière solaire ont été des centrales électriques terminales, plus communément appelées « collecteurs ». Le principe de leur fonctionnement est de chauffer de l’eau jusqu’à 100 ° C à l’aide de la lumière du soleil, ce qui conduit à la génération d’électricité. Le fonctionnement des capteurs consistait en une transformation d’énergie en plusieurs étapes : accumulation de lumière solaire, ébullition de liquide, formation de vapeur, mouvement d’une machine à vapeur et conversion d’énergie thermique en énergie mécanique.
Contrairement au collecteur, la cellule solaire transforme directement la sortie du Soleil en énergie électrique . Il convient également de noter une caractéristique de la batterie solaire telle que l’utilisation de la lumière et non de la chaleur, ce qui vous permet de générer de l’électricité même en hiver.
À ce jour, le principe de fonctionnement de ces appareils repose sur la transformation de l’action des rayons en électricWité (effet photoélectrique) à l’aide de semi-conducteurs spéciaux, dont toute la batterie est constituée.
Les pionniers de l’effet photoélectrique sont trois éminents physiciens. Le phénomène même d’un tel processus a été décrit par un physicien d’origine française – Alexandre Edmond Becquerel en 1839. De plus, en 1873, le premier semi-conducteur réalisant l’action de l’effet photoélectrique a été découvert par l’ingénieur électricien anglais Willoughby Smith. Et le principe de fonctionnement, le schéma de la batterie solaire ont été décrits plus en détail et les lois des découvreurs précédents ont été confirmées en 1905 par le célèbre lauréat du prix Nobel Albert Einstein.
Définition et bases de la transformation d’énergie
Un dispositif de cellule solaire se compose d’une plaque équipée d’un circuit de semi-conducteurs connectés (cellules photoélectriques). Les cellules photovoltaïques remplissent la fonction de convertir la lumière du soleil en courant électrique. Par conséquent, afin de comprendre le principe de fonctionnement de cet appareil, il est nécessaire d’étudier ses bases, à savoir les photocellules.
Les photocellules sont des semi-conducteurs qui convertissent l’action de quanta de rayonnement électromagnétique, capables de se déplacer uniquement à la vitesse de la lumière, en énergie électrique. Le processus de cette transformation s’appelle l’effet photoélectrique, qui se produit sous l’influence de la lumière du soleil sur les structures de la cellule photoélectrique. La particularité de la structure consiste en l’hétérogénéité, qui est créée à l’aide d’alliages de différents matériaux et impuretés afin de modifier ses propriétés du point de vue de la physique et de la chimie.
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Ces mêmes impuretés créent des jonctions négatives et positives (pn), qui sont à la base du fonctionnement de deux semi-conducteurs et de la conduction entre eux. En plus de cette méthode, qui forme l’hétérogénéité de la structure de la cellule photoélectrique, les éléments suivants sont également utilisés :
- association de semi-conducteurs avec des largeurs de bande interdite différentes ;
- modifier la composition chimique de la cellule photoélectrique pour former une structure à espacement gradué ;
- une combinaison des méthodes ci-dessus.
La conversion d’énergie dépend directement des propriétés physiques et électriques de la structure et de la conductivité électrique des semi-conducteurs (photoconductivité). Une cellule photoélectrique se compose de différents types d’ électrons et de leurs couches. Le type négatif agit comme l’électrode sur laquelle la charge apparaît et, par conséquent, l’anode (récepteur) de cette charge est du type positif. L’accumulation d’énergie solaire se produit de cette manière : les électrons émergeant de la couche négative sous l’influence de la lumière solaire reçoivent des anodes. Quittant la couche d’électrons positifs, ils retournent à leur place d’origine. Les actions suivantes sont répétées. Au vu de ce que l’énergie du Soleil reste à l’intérieur de l’appareil.
Classification des panneaux solaire
Selon le matériau et la méthode de production, on distingue les types de cellules solaires suivants : silicium et film.
Les batteries au silicium sont des appareils dont la principale matière active est le silicium. Le silicium se caractérise par des performances élevées par rapport aux autres matériaux utilisés pour créer ces dispositifs, il est donc très demandé. Selon leur structure, les dispositifs au silicium sont divisés en trois sous-types :
Les appareils à film sont divisés en types suivants :
- basé sur la technologie des films au tellurure de cadmium ;
- basé sur un alliage de cuivre, d’indium et de sélénium, l’efficacité de tels dispositifs est de 16 à 20%;
- appareils à film polymère constitués de cellules solaires organiques, leur efficacité est de 5 à 6%.
Le schéma de câblage du panneau solaire consiste à calculer la charge et à régler le contrôleur de charge. le circuit le plus simple peut être vu dans l’exemple d’une lampe de jardin. De telles lampes de jardin se généralisent progressivement en raison de l’éclairage lumineux des chemins, des pelouses et des parcelles privées. En hiver, la lumière des lampes de jardin à énergie solaire est moins brillante qu’à d’autres moments. Un circuit dans ce cas est constitué d’un élément photosensible, d’une batterie rechargeable, d’une batterie solaire.
À ce jour, des développements sont en cours pour produire des champs de panneaux solaires à grande échelle en Antarctique. Ces centrales accumuleront de l’énergie pendant la journée polaire semi-annuelle, qui se produit dans les territoires du nord – en été, et dans le sud – en hiver. L’énergie solaire est une alternative intéressante au courant électrique, son champ d’application est donc large. Des batteries alimentées par la lumière du soleil sont même utilisées pour fabriquer des vaisseaux spatiaux.
Aujourd’hui, tout le monde parle du concept d’ énergie alternative . Ce n’est plus un secret pour personne que les réserves de pétrole, de gaz et d’autres types de carburants sur Terre ne sont pas illimitées, alors les scientifiques et les ingénieurs continuent de chercher des moyens d’utiliser efficacement les ressources renouvelables pour obtenir l’électricité dont tout le monde a tant besoin. Ces dernières années, les cellules solaires ont cessé d’être exotiques, utilisées uniquement dans les vaisseaux spatiaux, elles se sont généralisées pour alimenter les bâtiments, les voitures, l’ alimentation autonome des appareils électroménagers peu profonds et de l’électronique. Le Soleil étant une énorme source d’énergie accessible à tous, il est utile de savoir comment convertir la lumière en électricité ou comment fonctionne une batterie solaire.
Le principe de fonctionnement de la batterie solaire
Ce dispositif, également appelé panneau solaire, consiste en un ensemble de convertisseurs photovoltaïques connectés d’une certaine manière, qui comprennent deux couches de semi-conducteurs avec différents types de conductivité – p et n. Le silicium avec certaines impuretés est le plus souvent utilisé comme substance ayant de telles propriétés. Lorsque du phosphore y est ajouté, un excès d’électrons (charges négatives) apparaît dans la structure résultante et un semi-conducteur de type n se forme, et lorsque le bore est mélangé, un semi-conducteur de type p se forme, caractérisé par l’absence d’électrons ou la présence de trous. Si vous placez ces couches entre deux électrodes, comme indiqué sur la photo, et laissez la lumière atteindre la partie supérieure, vous obtenez un convertisseur photoélectrique.
Lorsque l’élément est éclairé, il absorbe une partie de l’énergie incidente, ce qui entraîne une génération supplémentaire de trous et d’électrons. Le champ électrique qui existe dans une jonction pn C’est-à-dire que les premiers se déplacent vers la région p et les seconds vers la région n. Dans ce cas, des charges positives s’accumulent sur l’électrode inférieure et des charges négatives s’accumulent sur la supérieure, c’est-à-dire une différence de potentiel se produit – tension constante U. De cette manière, le convertisseur photoélectrique fonctionne comme une source de force électromotrice (EMF) – une petite batterie. Si une charge y est connectée, un courant I apparaîtra dans le circuit, dont la valeur dépendra du type de cellule photoélectrique, de sa taille, de l’intensité du rayonnement solaire et de la résistance des consommateurs connectés. La FEM de la batterie diminue avec l’augmentation de la température d’environ 0,4 %/°C. Par conséquent, pour un fonctionnement efficace et à long terme, le panneau doit être refroidi à l’aide de ventilateurs ou de systèmes d’eau.
Le paramètre le plus important de la source d’énergie solaire est la puissance P=UI. Naturellement, le courant et la tension obtenus à la suite du fonctionnement d’une cellule photoélectrique sont faibles, ils sont donc combinés d’une certaine manière dans la batterie pour augmenter les indicateurs indiqués. Si les convertisseurs sont connectés en série, la tension de sortie totale sera proportionnelle à leur nombre. La connexion parallèle d’éléments individuels entraîne une augmentation du courant. En combinant les deux types de connexions d’une certaine manière, comme le montre la photo, les paramètres de sortie nécessaires de la batterie sont obtenus, et donc sa puissance.
Lorsque la batterie est allumée, toute l’énergie du rayonnement solaire n’est pas convertie en électricité – une partie est réfléchie et également utilisée pour chauffer les éléments. La plupart des panneaux photovoltaïques produits dans le commerce ont un rendement de 9 à 24 %. Il est également important de savoir comment fonctionne le panneau solaire dans des conditions où certains éléments sont obscurcis. Dans ce cas, les convertisseurs non exposés au soleil deviendront consommateurs d’énergie et s’échaufferont. Pour cette raison, les réseaux de cellules photoélectriques sont shuntés avec des diodes à faible résistance qui empêchent le courant de traverser les composants de la batterie assombris. Ensuite, le panneau fonctionnera avec moins de puissance.
Conversion de l’énergie reçue à l’aide de panneaux solaires
Les cellules photovoltaïques génèrent une tension continue, mais de nombreux types d’équipements sont alimentés en courant alternatif, ce qui nécessite la disponibilité de convertisseurs adaptés. De plus, les panneaux solaires produisent de l’électricité pendant la journée et sa consommation a lieu 24 heures sur 24. Des composants supplémentaires sont donc nécessaires pour stocker et distribuer l’énergie. Prenons un exemple de système d’alimentation de bâtiment utilisant des sources solaires – une petite centrale solaire dont la structure est illustrée sur la photo.
Ce système peut fonctionner dans des bâtiments où il y a un réseau électrique, et la batterie solaire est utilisée pour économiser la consommation d’énergie de celle-ci et également comme source de secours lorsque la principale est éteinte. Principe général Le fonctionnement du système est le suivant : la tension continue générée par les convertisseurs photovoltaïques est envoyée à l’onduleur, qui la convertit en courant alternatif, et aux batteries, qui, étant chargées sous le contrôle d’un contrôleur spécial, accumulent de l’énergie .
Dans ce cas, les appareils de la maison sont divisés en redondants – ceux pour lesquels une panne de courant peut entraîner des conséquences indésirables (réfrigérateur, systèmes de vidéosurveillance, alarmes), et non réservés – tout le reste. Lorsque le réseau est éteint, l’onduleur alimente les dispositifs de secours à partir de la batterie solaire, et s’il n’y a pas assez d’énergie de celle-ci, alors à partir des batteries. Lorsque le réseau est connecté, l’électricité générée par le panneau est principalement utilisée pour les recharger. Et lorsque cela n’est plus nécessaire, l’onduleur convertit la tension continue en courant alternatif, qui alimente la charge. Cela permet d’économiser la consommation de la source principale.
Les batteries solaires peuvent être utilisées sans l’équipement supplémentaire en question pour alimenter ou charger des équipements électroniques portables alimentés en tension constante , par exemple des calculatrices, des lecteurs, des lampes de poche, des appareils mobiles.
En plus de l’électricité, la chaleur peut être générée directement à partir de l’énergie lumineuse. Des capteurs solaires sont utilisés pour cela. Étant donné qu’il existe aujourd’hui des tendances pour réduire le prix des convertisseurs photovoltaïques et augmenter leur efficacité, en général, l’énergie solaire est une direction de perspective qui permet de manière silencieuse et écologique d’ obtenir gratuitement de l’électricité , ainsi que de la chaleur pour le chauffage et l’eau chaude.
Il semble que ce n’est que récemment que la batterie solaire a été fortement associée aux vaisseaux spatiaux , aux stations orbitales et aux rovers lunaires. Et maintenant, dans chaque calculatrice se trouve un appareil qui peut extraire l’électricité de la lumière. De plus, dans les pays riches en soleil avec des étés chauds et des hivers doux (les scientifiques les appellent « pays à forte insolation »), comme l’Italie, l’Espagne, le Portugal, les États du sud des États-Unis, etc. L’énergie solaire est un élément important pour économiser l’électricité et les coûts de chauffage. De plus, cette économie se produit à la fois par l’initiative privée des citoyens et sous la forme de réglementations étatiques obligatoires, comme en Espagne.
Les tentatives de faire fonctionner l’énergie du soleil pour elles-mêmes ont été faites par l’humanité depuis longtemps, donc selon la légende, Archimède a brûlé la flotte romaine, ordonnant de concentrer de nombreux miroirs (dans une autre version, des boucliers polis pour un éclat) la lumière du soleil sur les voiles des galères des navires romains. Mais des résultats notables de la tentative de maîtriser l’énergie du soleil n’ont été donnés qu’au siècle dernier. Quelles sont les façons d’utiliser l’énergie solaire?
Comment obtenir de l’électricité
Le moyen le plus évident est de convertir l’énergie lumineuse du soleil en chaleur. À proprement parler, cela ne peut même pas être appelé une transformation, puisque la lumière et la chaleur sont de même nature et ne diffèrent que par la fréquence, il serait plus correct de parler de collecte de chaleur. Pour collecter la chaleur solaire, les appareils qui s’appellent ainsi – (« collecteur » signifie littéralement collecteur). Le principe de leur fonctionnement est extrêmement simple – le liquide de refroidissement (eau, moins souvent air) est chauffé dans un radiateur en matériau absorbant la chaleur. De tels dispositifs sont largement utilisés pour fournir de l’eau chaude aux maisons privées.
Une autre façon intéressante que la nature nous dit d’utiliser l’énergie du luminaire le plus proche. Au cours de millions d’années d’évolution, les plantes ont appris à convertir l’énergie du soleil en énergie de liaisons chimiques, synthétisant un composé complexe, le glucose, à partir de substances simples. Quiconque n’a pas sauté la botanique à l’école aura, bien sûr, deviné de quoi nous parlonspour la photosynthèse. Mais tout le monde n’a pas pensé à l’essence énergétique de ce processus, qui consiste précisément dans l’accumulation d’énergie solaire et son utilisation ultérieure (y compris en hiver) à des fins « personnelles ». Autrement dit, nous parlons de bioénergie. Un vrai, pas celui dont parlent les sorciers de la maison. La méthode d’utilisation de l’énergie solaire selon ce principe d’action attend toujours son application dans les technologies artificielles.
Comme mentionné ci-dessus, la façon la plus simple d’utiliser l’énergie solaire à des fins personnelles est de collecter de l’énergie thermique. Cependant, « le plus facile » ne signifie pas toujours « le meilleur ». Le fait est que l’énergie thermique est, pourrait-on dire, un « produit périssable ». Essayez de « stocker » la chaleur ou de la transférer sur de longues distances. Très probablement, les coûts couvriront tous les avantages possibles. La forme d’énergie la plus pratique à stocker et à transporter est l’électricité. Il peut également sans problèmes particuliers être collecté dans des batteries ou transporté par fil jusqu’à l’endroit où il fonctionnera, avec des pertes minimales. De là découle la troisième manière, la plus répandue, d’utiliser la lumière du soleil – la convertir en énergie électrique.
Comment ça fonctionne
La conversion de la lumière solaire s’effectue dans des batteries (c’est-à-dire des groupes connectés en série) de cellules photovoltaïques, qui ont appris le nom de « batteries solaires ». Comment fonctionnent les panneaux solaires ?
Le cœur de la cellule solaire est un cristal de silicium. Avec le silicium (plus précisément, ses oxydes) que nous rencontrons tous les jours – c’est le sable que nous connaissons. Ainsi, on peut dire que le cristal de silicium est un grain de sable géant cultivé en laboratoire. Les cristaux sont coupés en cubes et coupés en platine de deux cents microns d’épaisseur (environ trois à quatre l’épaisseur d’un cheveu humain).
Une fine couche de phosphore est déposée sur une tranche de silicium d’un côté et une fine couche de bore de l’autre côté. Là où le silicium entre en contact avec le bore, un excès d’électrons libres apparaît, et là où le silicium entre en contact avec le phosphore, au contraire, les électrons sont rares, ce que l’on appelle des « trous » apparaissent. La combinaison d’environnements riches en électrons et déficients en électrons est appelée la transition physique pn . Des photons de lumière bombardent la surface de la plaque et éjectent les électrons de phosphore en excès vers les électrons de bore manquants. Le mouvement ordonné des électrons est le courant électrique. Il ne reste plus qu’à « l’assembler » en faisant passer des rails métalliques à travers la plaque. C’est essentiellement la façon dont une cellule photoélectrique au silicium est disposée.
La puissance d’une plaque photocellule est assez modeste, elle ne suffit que pour le fonctionnement de l’ampoule de la lampe de poche. Les éléments individuels sont donc assemblés en systèmes de batterie. Il est théoriquement possible d’assembler une batterie de n’importe quelle puissance à partir des éléments. La batterie est placée sur une base métallique renforcée pour augmenter la résistance et recouverte de verre. Il est important que la batterie solaire convertisse non seulement la partie visible mais aussi la partie ultraviolette du spectre solaire en électricité, de sorte que le verre recouvrant la batterie doit transmettre les rayons ultraviolets.
Un avantage important de la batterie solaire est qu’elle utilise la lumière et non la chaleur. Par conséquent, contrairement au collecteur, la batterie solaire peut fonctionner en hiver tant que les nuages ne couvrent pas la lumière du soleil. Il existe des projets de construction d’immenses champs de panneaux solaires dans l’Arctique et l’Antarctique, qui accumuleront de l’énergie pendant la journée polaire semestrielle, qui se produit au nord en été et au sud en hiver, c’est-à-dire deux centrales solaires géantes ne sera jamais inactif en même temps.
Tout cela est dans un futur lointain, et vous pouvez déjà profiter dès aujourd’hui des propriétés de la batterie solaire en équipant votre maison d’une centrale solaire miniature. Il est bien sûr peu probable qu’une telle station satisfasse pleinement les besoins en électricité du ménage, mais elle deviendra sans aucun doute un facteur sensible pour économiser le budget familial.
Nous écrivons souvent sur différents types d’ énergie alternative, y compris le solaire. Cet article débute une série d’articles sur les principes de fonctionnement de divers appareils fonctionnant aux énergies renouvelables. Et la première chose que nous allons examiner, ce sont les panneaux solaires. l’énergie solaire est depuis peu utilisée partout : pour l’éclairage naturel des pièces, le chauffage de l’eau, le séchage et parfois même la cuisine. Cependant, l’utilisation la plus importante de l’énergie solaire est probablement la production d’électricité. Et l’élément principal d’une telle génération est une batterie solaire !
La structure des panneaux solaires
Une batterie solaire est constituée de cellules solaires connectées en série et en parallèle. Toutes les photocellules sont situées sur un cadre en matériaux non conducteurs. Cette configuration permet d’assembler des panneaux solaires avec les caractéristiques requises (courant et tension). De plus, il permet de remplacer les photocellules endommagées par un simple remplacement.
Principe de fonctionnement
Le principe de fonctionnement des cellules solaires qui composent la batterie solaire est basé sur l’effet photovoltaïque. Cet effet a été observé par Alexandre Edmond Becquerel en 1839. Par la suite, les travaux d’Einstein dans le domaine de l’effet photoélectrique ont permis de décrire quantitativement le phénomène. Les expériences de Becquerel ont montré que l’énergie rayonnante du soleil pouvait être transformée en électricité à l’aide de semi-conducteurs spéciaux, appelés plus tard cellules photoélectriques.
En général, cette méthode de production d’électricité devrait être la plus efficace puisqu’il s’agit d’un seul étage. Comparé à d’autres technologies pour convertir l’énergie solaire par une transition thermodynamique (rayons -> chauffage de l’eau -> vapeur -> rotation de la turbine -> électricité), moins d’énergie est perdue dans les transitions.
La structure de la photocellule
Une cellule photoélectrique à base de semi-conducteurs est constituée de deux couches de conductivités différentes. Des contacts de différents côtés sont soudés aux couches, qui sont utilisées pour se connecter à un circuit externe. Le rôle de la cathode est joué par une couche de conductivité n (conductivité électronique), le rôle de l’anode est joué par une couche p (conductivité des trous).
Le courant dans la couche n est créé par le mouvement des électrons, qui sont « assommés » lorsque la lumière les frappe en raison de l’effet photoélectrique. Le courant dans la couche p est créé par un « mouvement de trou ». Un « trou » est un atome qui a perdu un électron, donc le saut d’électrons de « trou » à « trou » crée un « mouvement » de trous, bien que dans l’espace les « trous » eux-mêmes ne bougent certainement pas.
Une jonction pn est créée à la jonction des couches conductrices n et p. Il s’avère qu’un type de diode peut créer une différence de potentiel due à l’entrée de rayons lumineux.
Mécanisme d’action physique
Lorsque les rayons lumineux frappent la couche n, des électrons libres se forment en raison de l’effet photoélectrique. De plus, ils reçoivent une énergie supplémentaire et sont capables de « sauter » la barrière de potentiel de la jonction pn. La concentration d’électrons et de trous change et une différence de potentiel se forme. Si vous fermez le circuit extérieur, le courant commencera à le traverser.
La différence de potentiel (et, par conséquent, l’EMF) que la cellule photoélectrique peut créer dépend de nombreux facteurs : l’intensité du rayonnement solaire, la surface de la cellule photoélectrique, l’efficacité de la construction, la température (pendant le chauffage, la conductivité chute) .
De quoi sont faites les photocellules ?
La première photocellule au monde est apparue en 1883 dans le laboratoire de Charles Fritts. Il est fait de sélénium recouvert d’or. Hélas, un tel ensemble de matériaux a montré de faibles résultats – environ 1% d’efficacité.
La révolution dans l’utilisation des cellules solaires s’est produite lorsque la première cellule au silicium a été créée dans les entrailles du Bell Telephone Laboratory. L’entreprise avait besoin d’une source d’électricité pour un central téléphonique , et on peut dire qu’elle a été la première entreprise à utiliser une source alternative d’énergie solaire.
Le silicium reste le matériau principal pour la production de cellules solaires. De manière générale, le silicium (Silicium, Silicium) est le deuxième élément le plus répandu sur Terre, ses réserves sont énormes. Dans son utilisation industrielle, cependant, il y a un gros problème – sa purification. Ce processus prend beaucoup de temps et coûte cher, donc le silicium pur est cher. Des analogues qui ne seraient pas inférieurs au silicium en termes d’efficacité sont maintenant recherchés. Les composés de cuivre, d’indium, de sélénium, de gallium et de cadmium, ainsi que les cellules solaires organiques sont considérés comme prometteurs.
Panneaux solaires (nœuds)
Cependant, la différence de potentiel créée par une seule photocellule est faible pour les applications industrielles. Pour que les cellules solaires soient utilisées pour alimenter des appareils, elles sont câblées ensemble. Cela conduit à des panneaux solaires , des ensembles solaires, des modules solaires). De plus, les photocellules sont recouvertes de diverses couches protectrices de verre, de plastique et de divers films. Ceci est fait pour protéger l’élément fragile.
La principale caractéristique de fonctionnement d’une batterie solaire est la puissance de crête , qui s’exprime en watts (W, W). Cette fonction affiche la puissance de sortie des batteries dans des conditions optimales : rayonnement solaire 1 kW/m 2 , température ambiante 25 o C, largeur du spectre solaire 45 o (AM1.5). Dans des conditions normales, il est extrêmement rare d’obtenir de tels indicateurs, l’éclairage est plus faible et le module chauffe plus haut (jusqu’à 60-70 degrés).
En connectant les photocellules en série, nous augmentons la différence de potentiel, en connectant en parallèle – le courant. Ainsi, en combinant les connexions, il est possible d’atteindre les paramètres nécessaires pour le courant et la tension, et donc pour la puissance. De plus, il est possible de connecter en série ou en parallèle non seulement des cellules photoélectriques dans une cellule solaire, mais également des cellules solaires en général.
Vous avez probablement remarqué que la calculatrice ordinaire fonctionne avec un éclairage minimal de chaque lampe. En comparant la taille de la cellule solaire sur la calculatrice et le module solaire standard , la puissance de rayonnement, vous pouvez imaginer les performances.
Et cela ne tient pas compte du spectre de la lumière solaire, qui est beaucoup plus large que le rayonnement visible de la lampe. Il existe à la fois des infrarouges et des ultraviolets. Cet exemple montre clairement comment une batterie solaire, de l’aube au crépuscule, fait tranquillement son travail. Bien que l’efficacité, par temps nuageux, soit naturellement plus faible que par temps ensoleillé.
De plus, plus la température ambiante est basse, plus l’ efficacité solaire des batteries est élevée.
Fonctionnement sur batterie solaire
De nos jours, les panneaux solaires sont de plus en plus utilisés non pas dans l’industrie spatiale, mais dans la vie de tous les jours pour alimenter et recharger les appareils électroniques portables . Et dans certains pays, l’énergie solaire est déjà activement utilisée non seulement dans la grande industrie des centrales solaires. mais aussi dans les mini-installations électriques domestiques. Considérons le principe de fonctionnement d’une batterie solaire. Comment l’énergie lumineuse du soleil est-elle convertie en électricité ? Il peut sembler à beaucoup que le principe de conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique dans une batterie solaire est très difficile à comprendre pour une personne qui n’a pas fait d’études supérieures dans ce domaine. Mais ce n’est pas comme ça. Regardons ce processus en détail, en utilisant l’exemple du fonctionnement d’un convertisseur photovoltaïque, qui est utilisé dans les panneaux solaires à conversion directe.
Les premiers convertisseurs photovoltaïques ont été créés par les ingénieurs des Bell Labs en 1950 spécifiquement pour une utilisation dans l’espace. Ils sont basés sur des éléments semi-conducteurs . Lorsque la lumière du soleil les frappe, un processus basé sur l’effet photovoltaïque se produit dans les semi-conducteurs non homogènes. convertir l’énergie lumineuse en électricité. c’est une conversion directe d’une énergie en une autre, puisque le processus lui-même est en une seule étape – il n’y a pas de transformations intermédiaires. L’efficacité d’une telle conversion dépend directement des propriétés électriques et physiques des semi-conducteurs, ainsi que de leur photoconductivité – les modifications de la conductivité électrique de la substance lorsqu’elle est éclairée.
Examinons de plus près les processus qui se produisent dans la jonction pn d’un semi-conducteur lorsqu’il est exposé à la lumière du soleil. Permettez-moi de vous rappeler qu’une jonction pn est une région d’un semi-conducteur où son type de conduction passe d’un électron à un trou. Lorsque la lumière du soleil atteint la transition dans la région n, à la suite du flux de charges, une charge positive en volume se forme et dans la région p – une charge négative en volume. Ainsi, une différence de potentiel se produit dans la région de la jonction pn. Lorsque nous combinons plusieurs convertisseurs photovoltaïques dans un certain ordre dans un module et des modules dans une batterie, nous obtenons une batterie solaire capable de générer de l’électricité.
A lire : Comment fonctionne une batterie solaire
