Comment fonctionnent les panneaux solaires

La structure du panneau solaire et le principe de son fonctionnement dépendent des matériaux et de la technologie à partir desquels il est fabriqué. Il est donc nécessaire de connaître les caractéristiques des principales options pour comprendre leurs différences et choisir la solution appropriée. Toutes les données sont pertinentes pour les produits de qualité. Les piles bon marché peuvent ne pas répondre aux paramètres indiqués, car elles sont souvent fabriquées avec des irrégularités technologiques.

Conception standard d'un panneau solaire rigide.

Terminologie

Les principaux termes utilisés dans ce domaine sont :

1. L'énergie solaire - l'électricité qui est obtenue à partir du soleil lorsque des panneaux sont utilisés.
2. L'insolation - indique la quantité de lumière solaire reçue par mètre carré de surface perpendiculaire aux rayons.
3. Cellules photovoltaïques - modules capables de convertir la lumière du soleil en énergie électrique. Ils produisent généralement 1 à 2 watts d'énergie, mais des options de puissance supérieure sont disponibles.
4. Système photovoltaïque - ensemble d'équipements qui convertissent la lumière du soleil en électricité.
5. Les cellules ou panneaux solaires sont un ensemble de cellules photovoltaïques regroupées dans un grand module et connectées en série ou en série-parallèle. En général, une seule batterie contient 36 à 40 segments.
6. Réseau - plusieurs panneaux solaires connectés pour obtenir la quantité de courant nécessaire.
7. Modules à cadre - structures dans un cadre en aluminium qui sont robustes et étanches à l'air.
8. Les éléments sans cadre - versions flexibles, ils sont utilisés dans les applications à faible charge.
9. Kilowattheure (kW) - une mesure standard de la puissance électrique.
10. Efficacité (rendement) - des panneaux solaires. Indique la quantité d'énergie solaire qui frappe la surface et qui est convertie en électricité. Normalement, ce chiffre est de 15 à 24 %.
11. Dégradation - réduction de la capacité des cellules solaires qui se produit en raison de causes naturelles. Mesuré en pourcentage des valeurs d'origine.
12. Les pics de charge sont les moments où la plus grande quantité d'électricité est nécessaire.
13. Le silicium cristallin est la matière première des panneaux solaires. L'option la plus courante et la plus durable aujourd'hui.
14. Silicium amorphe - composition appliquée à la surface par évaporation et scellée par un revêtement de protection.
15. Semi-conducteurs - substances qui peuvent conduire un courant dans certaines conditions. Cela inclut la plupart des nouveaux matériaux utilisés dans la fabrication des cellules solaires.
16. Onduleur - un dispositif qui convertit le courant continu en courant alternatif.
17. Contrôleur - régule la tension de sortie des modules solaires pour charger correctement les batteries.

Carte de l'insolation en Russie.

Il ne s'agit là que des termes les plus courants, il existe des options supplémentaires. Mais le fait de connaître les bases vous aidera à mieux comprendre le sujet.

Catégories de qualité

Pour évaluer la qualité d'un panneau solaire, il faut d'abord connaître la qualité de la matière première utilisée pour produire les cellules photovoltaïques. Cela détermine l'efficacité et la durée de vie du produit fini. Il existe quatre classes principales :

1. Grade A - La meilleure qualité, qui est exempte de tout dommage et de toute fissure. L'homogénéité du remplissage et le lissage de la surface garantissent des performances élevées, souvent même supérieures à celles indiquées dans la documentation. En outre, cette variante présente le taux de dégradation le plus faible et maintient de bonnes performances sur une longue période.
2. Grade B est de qualité légèrement inférieure et peut présenter des imperfections de surface. Cependant, il est souvent utilisé pour fabriquer un produit dont les performances sont comparables à celles du grade A. Le coefficient de dégradation est beaucoup plus faible et, par conséquent, il perd plus rapidement ses caractéristiques initiales.
3. Grade C - une option dans laquelle il peut y avoir des défauts assez graves, allant des fissures aux éclats et autres dommages. Ces modules sont beaucoup moins chers, mais leur rendement n'est jamais supérieur à 15 %. Une solution peu coûteuse qui convient aux petites charges.
4. Grade D - Il s'agit en fait de déchets issus de la fabrication de cellules photovoltaïques qui ne doivent pas être utilisés pour fabriquer des batteries. Mais de nombreux fabricants peu honnêtes, notamment en Asie, les utilisent dans leur production. Les performances de cette option sont extrêmement faibles.

Il est préférable de choisir la première option, mais la seconde fera l'affaire en cas de besoin. Seuls ces derniers seront en mesure de fournir une efficacité normale et dureront longtemps.

Le film protecteur des panneaux solaires doit également être de haute qualité.

Le matériau de plastification EVA est un film spécial qui est placé sur le recto et peut être utilisé sur le verso. L'objectif principal est de protéger les éléments de fonctionnement contre les influences néfastes sans nuire à la lumière du soleil. Les versions de haute qualité durent environ 25 ans, celles de basse qualité 5 à 10 ans. Il est impossible de définir un type à l'œil, c'est pourquoi il est plus facile de juger par le prix - les bonnes variantes n'auront pas des prix bas.

Dans la vidéo, le courant électrique est expliqué graphiquement sur l'exemple de l'exposition à la lumière du soleil.

Comment cela fonctionne

Il est difficile d'expliquer le fonctionnement d'un panneau solaire, mais il est possible de donner quelques indications générales :

1. Lorsque la lumière du soleil frappe les cellules photovoltaïques, des paires électron-trou hors équilibre commencent à s'y former.
2. L'excès d'électrons les fait se déplacer vers la couche inférieure du semi-conducteur.
3. Une tension est créée dans le circuit externe. Le pôle positif apparaît au contact de la couche p et le pôle négatif au contact de la couche n.
4. Si une batterie est connectée aux cellules photovoltaïques, un circuit fermé est créé et les électrons en mouvement constant fournissent une charge progressive à la batterie.
5. Les modules conventionnels en silicium sont des cellules à transition unique qui ne peuvent produire de l'énergie qu'à partir d'un spectre spécifique de la lumière solaire. C'est pour cette raison que l'efficacité de l'équipement est faible.
6. Pour résoudre ce problème, les fabricants ont mis au point des versions en cascade ; elles peuvent tirer de l'énergie de différents rayons du spectre solaire. Il augmente l'efficacité, mais en raison du coût élevé de production, le prix de ces panneaux est beaucoup plus élevé.
7. L'énergie qui n'est pas convertie en électricité est convertie en chaleur. Ainsi, les panneaux solaires se réchauffent jusqu'à 55 degrés et les panneaux semi-conducteurs jusqu'à 180 degrés. Et plus il fait chaud, plus l'efficacité du panneau solaire diminue.

Le schéma le plus simple d'un panneau solaire.

D'ailleurs ! Les panneaux solaires sont plus efficaces par temps clair en hiver, lorsque la lumière est abondante et que les basses températures refroidissent la surface.

De quoi sont faits les panneaux solaires

Pour étudier la construction d'un panneau solaire, il faut en comprendre les principales variétés, car la technologie de production présente des différences importantes en fonction des matières premières utilisées :

1. Batteries CdTe. Le tellurure de cadmium est utilisé dans la fabrication de modules de films. Une couche de quelques centaines de micromètres est suffisante pour obtenir un rendement d'environ 11 % ou légèrement supérieur. Mais en termes de watts par watt, il est au moins 30% moins cher que les alternatives traditionnelles au silicium. Et c'est une alternative beaucoup plus fine et légère.
2. Le type CIGS. L'abréviation signifie qu'il contient du cuivre, de l'indium, du gallium et du sélénium. Le semi-conducteur ainsi obtenu est également appliqué en une petite couche, mais contrairement à la première variante, le rendement est ici d'un ordre de grandeur supérieur, soit 15 %.
3. GaAs et InP sont capables de déposer une couche mince de 5-6 μm et ont une efficacité d'environ 20%. C'est un nouveau mot dans les technologies de production d'électricité à partir de la lumière du soleil. Grâce à leurs températures de fonctionnement élevées, les batteries peuvent être chauffées à un niveau élevé sans perte de performance. Mais comme des matériaux de terres rares sont utilisés dans la production, le coût de ce type est élevé.
4. Batteries à points quantiques (QDSC). Ils utilisent des points quantiques au lieu des matériaux traditionnels en vrac comme matériau absorbant pour la conversion de l'énergie solaire. En ajustant les bandes interdites, il est possible de fabriquer des modules à jonctions multiples qui absorbent plus efficacement l'énergie solaire.
5. Silicium amorphe est appliqué par évaporation et présente une structure hétérogène. Ce n'est pas très efficace, mais la surface homogène est très bonne pour absorber la lumière, même diffusée.
6. Polycristallin Variantes fabriquées en faisant fondre du silicium et en le refroidissant dans certaines conditions afin d'obtenir des cristaux unidirectionnels. L'une des solutions les plus courantes en raison du caractère bon marché de sa production et de sa bonne efficacité.
7. Monocristallin Les cellules sont constituées de monocristaux découpés en fines plaques et alliés au phosphore. La solution la plus durable, qui présente un faible taux de dégradation et une durée de vie d'au moins 30 ans, mais le plus souvent supérieure de 10 à 15 ans.

Les batteries au tellurure de cadmium sont parmi les plus rentables en termes de coût par kilowatt d'électricité.

D'ailleurs ! L'efficacité de telle ou telle variante dépend de la technologie de production, il est donc nécessaire de la préciser.

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Types et méthodes d'installation des panneaux solaires

 

Avantages et inconvénients des panneaux solaires

Chaque type a ses propres caractéristiques qu'il convient de prendre en compte pour choisir le type le plus approprié :

1. Les panneaux monocristallins ont le rendement le plus élevé et permettent donc de gagner de l'espace sur les modules. Ils ont une durée de vie d'au moins 25 ans et perdent lentement leur puissance. En même temps, la surface est très sensible à la saleté et doit être nettoyée fréquemment. Et le prix est le plus élevé de toutes les variantes à base de silicium.
2. Les variantes polycristallines n'absorbent pas les rayons du soleil aussi efficacement mais fonctionnent mieux en cas de lumière diffuse. Ils ont un meilleur rapport qualité-prix mais prennent plus de place en raison de leur moindre efficacité.
3. Les piles au silicium amorphe peuvent être placées n'importe où, y compris sur les murs des bâtiments, car elles absorbent bien la lumière diffuse. Ils sont peu efficaces et peu coûteux, et peuvent donc être utilisés comme une option économique. En même temps, ils durent longtemps et ne craignent pas autant la contamination de surface.
4. Les variantes de terres rares ont des avantages et des inconvénients similaires, elles peuvent donc être considérées ensemble. Ils sont supérieurs aux panneaux classiques en termes d'efficacité et peuvent être appliqués sur film, ce qui est pratique. Ils ont une plus grande plage de température, de sorte que le chauffage n'affecte pas les performances. Mais en raison du prix élevé et de la rareté des métaux, ces options ne sont pas utilisées en masse.

L'option de montage mural simplifie le travail d'installation.

Où utiliser

Toutes les options envisagées peuvent être installées dans le secteur privé pour obtenir de l'électricité à partir du soleil et économiser sur les coûts énergétiques, ou même pour atteindre une autonomie complète. En ce qui concerne l'utilisation, il existe quelques directives simples à prendre en compte :

1. Les variantes monocristallines et polycristallines sont mieux installées sur le toit ou sur le sol, avec un cadre construit à l'avance à l'angle droit. De préférence, l'angle doit être réglable, afin que vous puissiez vous adapter au soleil.
2. Les modules de film peuvent être placés n'importe où, aussi bien sur les murs que sur le sol. toits. Ils fonctionnent bien même si les rayons n'atteignent pas la surface sous le bon angle, ce qui est très important.
3. L'industrie préfère les radiateurs en feuille car ils sont moins chers et plus faciles à installer.

Les versions filmées sont plus faciles à installer pour les gros volumes de travail.

Il existe plusieurs variétés de panneaux solaires, mais environ 90 % du marché est occupé par les modèles traditionnels au silicium en raison de leur faible prix et de leurs bonnes performances. Vous pouvez également choisir l'une des solutions à semi-conducteurs, mais vous devrez alors dépenser une fois et demie à deux fois plus d'argent.