Lorsqu'une cellule solaire fonctionne, une transformation se produit. Le principe de fonctionnement des panneaux solaires. Quels types de panneaux solaires existe-t-il ?

Près de 100 % de toute l’énergie que nous consommons la vie quotidienne- C'est l'énergie du soleil, transformée d'une manière ou d'une autre. Le charbon est constitué de plantes mortes qui vivaient grâce à la photosynthèse, le pétrole est constitué de plantes et d'animaux qui se sont éteints il y a des millions d'années et ont grandi grâce à l'énergie du soleil. Même lorsque vous brûlez du bois, vous libérez l’énergie solaire que le bois a absorbée. En effet, toute centrale thermique transforme l’énergie accumulée sous forme de charbon, pétrole, gaz et autres minéraux énergie solaire en électricité.

Le panneau solaire le fait simplement directement, sans la participation d’« intermédiaires ». L’électricité est la forme d’utilisation de l’énergie solaire la plus pratique. La vie entière de l’humanité est désormais construite autour de l’électricité, et il est très difficile d’imaginer une civilisation sans elle. Même si les premières cellules solaires sont apparues il y a plus d’un demi-siècle, l’énergie solaire n’a pas encore trouvé sa distribution adéquate. Pourquoi? Nous en parlerons plus à la fin de l’article, mais pour l’instant, voyons comment tout cela fonctionne.

Tout est question de silicium

Les cellules solaires sont constituées de cellules plus petites appelées cellules photovoltaïques, constituées de silicium.

Un panneau solaire est composé de plusieurs photocellules.

Important. Le silicium est le semi-conducteur le plus abondant sur Terre (environ 30 % de la croûte terrestre entière).

Le silicium est situé entre deux couches conductrices.

"Sandwich" de silicium et de couches conductrices

Chaque atome de silicium est relié à ses voisins par quatre liaisons fortes qui maintiennent les électrons en place, de sorte que le courant ne peut pas circuler de cette façon.

Structure des atomes de silicium

Afin d'obtenir du courant, deux couches différentes de silicium sont utilisées :

• Le silicium de type N a un excès d'électrons
• Silicium de type P – sièges supplémentaires pour les électrons (trous)

Silicium type P et N

Lorsque deux types de silicium sont connectés, les électrons peuvent se déplacer à travers la jonction P-N, laissant une charge positive d’un côté et une charge négative de l’autre.

Pour rendre cela plus facile à imaginer, il est préférable de considérer la lumière comme un flux de particules (photons) qui frappent notre cellule si fort qu'il fait sortir un électron de sa liaison, laissant un trou. L'électron chargé négativement et l'emplacement du trou chargé positivement peuvent désormais se déplacer librement, mais comme nous avons un champ électrique dessus Jonction P-N, ils ne se déplacent que dans une seule direction. L'électron se dirige vers le conducteur N, le trou tend vers le côté P de la plaque.

Après avoir été « libéré », l’électron tend vers le conducteur

Tous les électrons sont collectés conducteurs métalliques en haut de la cellule et entrez dans réseau externe, alimentant les pantographes, les batteries pour panneaux solaires ou une chaise électrique pour un hamster :) . Une fois le travail effectué, les électrons retournent à face arrière les plaques prennent de la place dans ces mêmes « trous ».

Fonctionnement des photocellules

Une plaque standard de 150x150 mm ne produit nominalement que 0,5 volt, mais si vous les combinez en un seul grand panneau, vous pouvez obtenir plus de puissance et de tension. Pour charger un téléphone portable, vous devez combiner 12 de ces plaques. Pour alimenter une maison, vous devez dépenser beaucoup plus de plaques et de panneaux.

Étant donné que la seule pièce mobile des cellules solaires est constituée d’électrons, les panneaux solaires ne nécessitent aucun entretien et peuvent durer 20 à 25 ans sans s’user ni se casser.

Pourquoi les gens ne se sont-ils pas complètement tournés vers l’énergie solaire ?

On peut beaucoup parler de politique, d'affaires et d'autres théories du complot, mais dans le cadre de cet article, j'aimerais parler d'autres problèmes.

1. Répartition inégale de l'énergie solaire à la surface de la planète. Certaines régions sont plus ensoleillées que d’autres et cela est également variable. Il y a beaucoup moins d’énergie solaire les jours nuageux et aucune la nuit. Et pour compter pleinement sur l’énergie solaire, il faut moyens efficaces obtenir de l'électricité pour toutes les zones.
2. Efficacité Dans des conditions de laboratoire, un résultat de 46 % a été obtenu. Mais les systèmes commerciaux n’atteignent même pas une efficacité de 25 %.
3. Stockage. Le maillon le plus faible de l’énergie solaire est l’absence d’un moyen efficace et bon marché de stocker l’électricité produite. Les batteries existantes sont lourdes et réduisent considérablement l’efficacité d’un système solaire déjà faible. En général, stocker 10 tonnes de charbon est plus facile et plus pratique que 46 mégawatts générés par le même charbon ou par le soleil.
4. Infrastructure. Pour alimenter les mégalopoles, les surfaces de toit de ces villes ne suffiront pas à satisfaire toutes les demandes. énergie solaire il faut transporter l'énergie, et pour cela il faut construire de nouvelles installations énergétiques

Vidéo sur la fabrication des panneaux solaires.

La vidéo décrit en détail le processus de fabrication des cellules solaires polycristallines, le principe de leur fonctionnement dans un système de centrale solaire ainsi que le principe de fonctionnement du contrôleur de charge et de l'onduleur.

La lumière du soleil ne fait pas seulement vie possible sur Terre, elle peut aussi devenir à terme un fournisseur de grandes quantités d’électricité, sans laquelle la civilisation moderne est impensable. Usage soleil peut-être pas directement, mais sous forme d'approvisionnement en énergie des turbines.

Dans ce cas, un ensemble de miroirs concentre l'énergie solaire sur un échangeur de chaleur, qui évapore l'eau ou tout autre liquide, produisant ainsi de la vapeur pour entraîner une turbine conventionnelle connectée à un générateur. Cependant, il est également possible conversion directe la lumière du soleil en électricité, par exemple à l'aide de cellules solaires au silicium.

Une cellule solaire typique se compose de six couches. La base (base) sert simultanément de pôle négatif à l'élément ; la couche réfléchissante retient la lumière à l'intérieur de la partie active de l'élément, augmentant ainsi son efficacité électrique ; deux couches de silicium enrichi (type N et type P) forment le cœur de la cellule solaire. Le silicium de type N a des charges négatives libres et le silicium de type P n'a pas de charges liées. charges positives. En l'absence d'éclairement, ces charges s'accumulent dans la zone de contact des couches ; Lorsque la lumière du soleil frappe un élément, les charges se séparent. Ce mouvement de charges crée D.C., si la cellule solaire fait partie d'un circuit fermé. Le silicium est protégé par le haut film transparent, sur lequel est placé le contact métallique du pôle positif.

Comment fonctionne une cellule solaire ?

La lumière du soleil tombant sur une cellule solaire sépare les charges positives et négatives, qui s'accumulent dans la zone de contact entre les tranches de silicium de type P et de type N. Cette séparation crée une tension qui, lorsque l'élément est allumé, circuit fermé le courant électrique commence à y circuler

Panneaux solaires sectionnels

Les panneaux solaires (image ci-dessus) produisent du courant continu, qui peut être converti en courant alternatif dans une centrale électrique. Excédent d’électricité produite cellules solaires, peut être stocké dans des piles pour une utilisation ultérieure.

Des panneaux solaires dans l'espace

Pour la plupart satellites spatiaux Les panneaux solaires sont la principale source d'énergie. Ces batteries (photo de droite) sont différentes de celles utilisées sur Terre (photo de gauche). Si les batteries installées près de la surface de la Terre doivent être protégées de la pluie et de la poussière, celles qui fonctionnent dans l'espace doivent être protégées des radiations cosmiques dures.

Centrale solaire thermique

La lumière du soleil peut fournir de la chaleur à une turbine à vapeur qui entraîne un générateur. Un ensemble de miroirs concentre la lumière du soleil sur la tour du concentrateur. Le faisceau lumineux qui en résulte est si intense qu’il peut transformer le sodium en vapeur. La vapeur de sodium est utilisée pour transformer l’eau en vapeur, qui entraîne ensuite une turbine.

Avec des prix de l’électricité toujours plus élevés, on commence inévitablement à penser à utiliser des sources naturelles pour l’approvisionnement en électricité. L'une de ces possibilités concerne les panneaux solaires pour votre maison ou votre jardin. Si vous le souhaitez, ils peuvent répondre pleinement à tous les besoins, même d'une grande maison.

Conception d'un système d'alimentation en énergie solaire

Convertir l'énergie solaire en électricité est une idée longue durée a tenu les scientifiques éveillés. Avec la découverte des propriétés des semi-conducteurs, cela est devenu possible. Les cellules solaires utilisent des cristaux de silicium. Lorsque la lumière du soleil les frappe, un mouvement dirigé d'électrons se forme en eux, appelé courant électrique. En connectant un nombre suffisant de tels cristaux, nous obtenons des courants tout à fait corrects : un panneau d'une superficie d'un peu plus d'un mètre (1,3-1,4 m2 avec un niveau d'éclairage suffisant peut produire jusqu'à 270 W (tension 24 V).

Étant donné que l'éclairage change en fonction de la météo et de l'heure de la journée, il n'est pas possible de connecter directement des appareils aux panneaux solaires. Besoin tout le système. En plus des panneaux solaires, il vous faut :

• Batterie. Pendant la journée, sous l'influence rayons du soleil Les panneaux solaires produisent de l'électricité pour votre maison ou votre chalet. Il n'est pas toujours utilisé dans en entier, son excès s'accumule dans la batterie. L'énergie accumulée est consommée par mauvais temps.
• Contrôleur. Ce n'est pas une partie obligatoire, mais souhaitable (si vous disposez de suffisamment de fonds). Surveille le niveau de charge de la batterie pour l'empêcher de se décharger excessivement ou de dépasser son niveau de charge maximum. Ces deux conditions sont préjudiciables à la batterie, donc avoir un contrôleur prolonge la durée de vie de la batterie. Le contrôleur fournit également mode optimal fonctionnement des panneaux solaires.
• Convertisseur DC vers AC (onduleur). Tous les appareils ne sont pas conçus pour le courant continu. Beaucoup travaillent à partir de Tension alternativeà 220 volts. Le convertisseur permet d'obtenir une tension de 220-230 V.

Les panneaux solaires pour la maison ne sont qu'une partie du système

En installant des panneaux solaires pour votre maison ou votre chalet, vous pouvez devenir complètement indépendant de fournisseur officiel. Mais pour cela, il faut avoir grand nombre piles, un certain nombre de piles. Un kit qui produit 1,5 kW par jour coûte environ 1 000 $. C'est suffisant pour répondre aux besoins d'une résidence d'été ou d'une partie de l'équipement électrique de la maison. Un ensemble de panneaux solaires pour produire 4 kW par jour coûte environ 2 200 dollars, pour 9 kW par jour - 6 200 dollars. Étant donné que les panneaux solaires pour la maison sont un système modulaire, vous pouvez acheter une installation qui répondra à une partie des besoins, en augmentant progressivement sa productivité.

Types de panneaux solaires

Avec la hausse des prix de l’énergie, l’idée d’utiliser l’énergie solaire pour produire de l’électricité devient de plus en plus populaire. De plus, avec le développement de la technologie convertisseurs solaires deviennent plus efficaces et, en même temps, moins chers. Ainsi, si vous le souhaitez, vous pouvez répondre à vos besoins en installant des panneaux solaires. Mais ils arrivent différents types. Voyons cela.

La batterie solaire elle-même est constituée d'un certain nombre de photocellules situées dans un boîtier commun, protégé par un panneau avant transparent. Pour usage domestique Les cellules solaires sont produites à base de silicium, car il est relativement peu coûteux et les éléments à base de silicium ont un bon rendement (environ 20 à 24 %). Basé sur cristaux de silicium produire des cellules solaires monocristallines, polycristallines et à couches minces (flexibles). Un certain nombre de ces photocellules sont connectées électriquement entre elles (série et/ou parallèle) et reliées à des bornes situées sur le boîtier.

Les photocellules sont installées dans un boîtier fermé. Le boîtier de la batterie solaire est en aluminium anodisé. Il est léger et non corrosif. Le panneau avant est en verre durable, qui doit résister aux charges de neige et de vent. De plus, il doit avoir certaines propriétés optiques - avoir une transparence maximale afin de transmettre le plus de rayons possible. En général, une quantité importante d'énergie est perdue à cause de la réflexion, c'est pourquoi les exigences en matière de qualité du verre sont élevées et il est également recouvert d'un composé antireflet.

Types de photocellules pour panneaux solaires

Les panneaux solaires pour la maison sont fabriqués à partir de trois types de cellules en silicium ;

Si vous avez un toit en pente et que la façade est orientée au sud ou à l'est, cela ne sert à rien de trop réfléchir à l'espace occupé. Des modules polycristallins peuvent tout à fait convenir. Pour la même quantité d’énergie produite, ils coûtent légèrement moins cher.

Comment choisir le bon système de panneaux solaires pour votre maison

Il existe des idées fausses courantes qui vous font dépenser de l'argent supplémentaire pour des équipements trop chers. Vous trouverez ci-dessous des recommandations sur la manière de construire correctement un système d'alimentation électrique à partir de panneaux solaires sans dépenser d'argent supplémentaire.

Quoi acheter

Tous les composants d’une centrale solaire ne sont pas essentiels au fonctionnement. Certaines parties peuvent être réalisées sans. Ils servent à augmenter la fiabilité, mais sans eux, le système est opérationnel. La première chose à retenir est d’acheter des panneaux solaires à la fin de l’hiver, au début du printemps. Premièrement, le temps à cette époque est excellent, il y a beaucoup de jours ensoleillés, la neige reflète le soleil, augmentant l'éclairage général. Deuxièmement, les remises sont traditionnellement annoncées à ce moment-là. Voici les conseils :

Si vous utilisez uniquement ces conseils et connectez uniquement des équipements qui fonctionnent depuis Tension continue, un système de panneaux solaires pour une maison coûtera un montant beaucoup plus modeste que le kit le moins cher. Mais ce n'est pas tout. Vous pouvez laisser une partie du matériel « pour plus tard » ou vous en passer complètement.

De quoi peut-on se passer ?

Le coût d'un ensemble de panneaux solaires pour 1 kW par jour est supérieur à mille dollars. Un investissement considérable. Vous vous demanderez inévitablement si cela en vaut la peine et quel sera le délai d’amortissement. Aux tarifs actuels, vous devrez attendre plus d’un an avant de récupérer votre argent. Mais les coûts peuvent être réduits. Non pas au détriment de la qualité, mais en raison d'une légère diminution du confort d'utilisation du système et en raison de approche raisonnable au choix de ses composants.

Ainsi, si votre budget est limité, vous pouvez vous contenter de quelques panneaux solaires et piles rechargeables, dont la capacité est 20 à 25 % supérieure à la charge maximale des panneaux solaires. Pour surveiller l'état, achetez une horloge de voiture qui mesure également la tension. Cela vous évitera de devoir mesurer la charge de la batterie plusieurs fois par jour. Au lieu de cela, vous devrez regarder votre montre de temps en temps. C'est tout pour le début. À l’avenir, vous pourrez acheter des panneaux solaires supplémentaires pour votre maison et augmenter le nombre de batteries. Si vous le souhaitez, vous pouvez acheter un onduleur.

Détermination de la taille et du nombre de photocellules

Les bons panneaux solaires de 12 volts devraient avoir 36 cellules, et les panneaux solaires de 24 volts devraient avoir 72 cellules solaires. Ce montant est optimal. Avec moins de photocellules, vous n'obtiendrez jamais le courant indiqué. Et c'est la meilleure option.

Vous ne devriez pas acheter deux panneaux solaires - respectivement 72 et 144 éléments. Premièrement, ils sont très volumineux, ce qui est peu pratique pour le transport. Deuxièmement, à des températures anormalement basses, que nous rencontrons périodiquement, ils sont les premiers à tomber en panne. Le fait est que la taille du film de stratification diminue considérablement par temps froid. Sur les grands panneaux, en raison d'une forte tension, il se décolle voire se brise. La transparence est perdue et la productivité chute de manière catastrophique. Le panneau est en réparation.

Deuxième facteur. Sur les panneaux plus grands, l’épaisseur du corps et du verre doit être plus grande. Après tout, les charges de vent et de neige augmentent. Mais cela n’est pas toujours le cas, car le prix augmente considérablement. Si vous voyez un double panneau et que son prix est inférieur à celui de deux panneaux « normaux », il vaut mieux chercher autre chose.

Encore: meilleur choix— un panneau solaire de 12 volts pour une maison, composé de 36 photocellules. Ce meilleure option, prouvé par la pratique.

Spécifications techniques : que rechercher

Les panneaux solaires certifiés indiquent toujours le courant et la tension de fonctionnement, ainsi que la tension en circuit ouvert et le courant de court-circuit. Il convient de noter que tous les paramètres sont généralement indiqués pour une température de +25°C. Par une journée ensoleillée sur le toit, la batterie chauffe à des températures nettement supérieures à ce chiffre. Ceci explique la présence d'une tension de fonctionnement plus élevée.

Faites également attention à la tension en circuit ouvert. Dans les batteries normales, il s'agit d'environ 22 V. Et tout irait bien, mais si vous effectuez des travaux sur l'équipement sans déconnecter les panneaux solaires, la tension à vide endommagera l'onduleur ou tout autre équipement connecté qui n'est pas conçu pour un tel tension. Par conséquent, lors de tout travail - commutation de fils, connexion/déconnexion des batteries, etc. etc. - la première chose à faire est de débrancher les panneaux solaires (retirer les bornes). Après avoir parcouru le circuit, vous les connectez en dernier. Cette procédure vous fera économiser beaucoup de nerfs (et d'argent).

Boîtier et verre

Les panneaux solaires pour la maison ont corps en aluminium. Ce métal ne se corrode pas, a une résistance suffisante et est léger. Une caisse normale doit être assemblée à partir d'un profilé contenant au moins deux raidisseurs. De plus, le verre doit être inséré dans une rainure spéciale et non fixé sur le dessus. Ce sont tous des signes de qualité normale.

Lorsque vous choisissez une batterie solaire, faites attention au verre. Dans les batteries normales, ce n'est pas lisse, mais texturé. Il est rugueux au toucher ; si vous le frottez avec vos ongles, vous pouvez entendre un bruissement. De plus, il doit avoir un revêtement de haute qualité qui minimise l'éblouissement. Cela signifie que rien ne doit y être reflété. Si les reflets des objets environnants sont visibles sous n'importe quel angle, il est préférable de trouver un autre panneau.

Choix de la section du câble et de la finesse du raccordement électrique

Les panneaux solaires de votre maison doivent être connectés à l’aide d’un câble en cuivre unipolaire. La section du câble dépend de la distance entre le module et la batterie :

• distance inférieure à 10 mètres :
  • 1,5 mm2 par batterie solaire de 100 W ;
  • pour deux piles - 2,5 mm2 ;
  • trois piles - 4,0 mm2 ;
• distance supérieure à 10 mètres :
  • pour connecter un panneau, nous prenons 2,5 mm2 ;
  • deux - 4,0 mm2 ;
  • trois - 6,0 mm2.

Vous pouvez prendre une section plus grande, mais pas plus petite (il y aura de grosses pertes, mais nous n'en avons pas besoin). Lors de l'achat de fils, faites attention à la section réelle, car aujourd'hui les dimensions déclarées ne correspondent très souvent pas aux dimensions réelles. Pour vérifier, vous devrez mesurer le diamètre et calculer la section (vous pouvez lire comment faire).

Lors de l'assemblage du système, vous pouvez dessiner les positifs des panneaux solaires à l'aide d'un câble multiconducteur d'une section appropriée et utiliser un câble épais pour le négatif. Avant de connecter les batteries, nous faisons passer tous les « plus » à travers des diodes ou des ensembles de diodes avec une cathode commune. Cela empêche la batterie de se court-circuiter (ce qui pourrait provoquer un incendie) si les fils entre les batteries et la batterie sont en court-circuit ou cassés.

Les diodes utilisent les types SBL2040CT, PBYR040CT. Si vous n’en trouvez pas, vous pouvez les retirer des anciennes alimentations ordinateurs personnels. Il existe généralement des SBL3040 ou similaires. Il est conseillé de passer par des diodes. N’oubliez pas qu’ils chauffent beaucoup, vous devez donc les monter sur un radiateur (vous ne pouvez en utiliser qu’un seul).

Le système nécessite également une boîte à fusibles. Un pour chaque consommateur. Nous connectons toute la charge via ce bloc. Premièrement, le système est plus sûr. Deuxièmement, si des problèmes surviennent, il est plus facile d'en déterminer la source (par un fusible grillé).

Autrefois, ils utilisaient des miroirs pour chauffer l’eau, mais ils créent désormais des centrales électriques entières utilisant des panneaux solaires. Examinons le principe de fonctionnement d'une batterie solaire et pourquoi elle est si efficace pour produire de l'énergie.

Les convertisseurs d'énergie solaire photovoltaïque (PVC) sont le nom complet des panneaux solaires. Les principes de leur fonctionnement sont connus depuis plus de 30 ans, mais ils ont commencé à être activement mis en œuvre dans la vie quotidienne il y a seulement quelques années. Afin de choisir les bons panneaux pour un système d'approvisionnement en énergie alternatif, il est nécessaire de comprendre le principe de leur fonctionnement.

Le principe de fonctionnement d'une batterie solaire

Le panneau convertisseur est constitué de deux fines tranches de silicium pur empilées ensemble. Le bore est appliqué sur une plaque et le phosphore sur la seconde. Dans les couches recouvertes de phosphore, des électrons libres apparaissent, et dans les couches recouvertes de bore, des électrons manquants apparaissent. Sous l'influence de la lumière du soleil, les électrons commencent à déplacer les particules et un courant électrique apparaît entre elles. Pour retirer le courant des plaques, elles sont soudées fines rayures cuivre spécialement traité. Une plaquette de silicium suffit pour charger une petite lampe de poche. En conséquence, plus la surface du panneau est grande, plus il génère d’énergie.

Les plaques transmettant les UV, soudées ensemble, sont recouvertes d'un film et fixées au verre. Les couches collées sont enfermées dans un cadre en aluminium.

Efficacité des panneaux solaires

Coefficient action utile Les panneaux convertisseurs dépendent de plusieurs facteurs et pour les panneaux solaires traditionnels, ils ne dépassent pas 25 %, même si maintenant, grâce à un système de suivi, il est possible d'atteindre 40 à 50 %. Ce système est conçu pour que la batterie soit face au soleil. La surface de la batterie affecte directement sa puissance - les premiers panneaux solaires que nous avons rencontrés étaient dans des calculatrices. Pour assurer le chauffage de l'eau, un minimum de six panneaux installés en toiture seront nécessaires.

L'efficacité dépend également du matériau des modules. Les plaquettes sont fabriquées à partir de silicium et de films monocristallins, polycristallins et amorphes. Les panneaux à couches minces sont les plus courants et les plus populaires aujourd'hui (en raison de leur coût abordable). Ils sont fabriqués à partir des mêmes matériaux, mais sont un peu plus légers, bien qu'ils soient inférieurs en termes de performances. Efficacité maximaleégal à 25%.

Photovoltaïque systèmes

Pour alimenter un logement en énergie solaire, les panneaux seuls ne suffisent pas ; pour cela, vous aurez besoin d'un système photovoltaïque (PVS). Il existe trois types de tels systèmes :

• centrales solaires autonomes– pour les maisons individuelles individuelles, dans les zones non résidentielles
• FES connecté au réseau électrique– certains appareils sont alimentés par la centrale solaire et d’autres par le réseau électrique centralisé
• centrales solaires de secours– utilisé uniquement en cas de panne d’alimentation centralisée.

Une centrale solaire de tout type se compose nécessairement de câbles, d'un contrôleur, d'un onduleur et d'une batterie.

L'avenir des panneaux solaires

Selon des recherches menées par des écologistes et des géologues, il reste encore 100 ans de réserves de pétrole et de gaz. Les sources d'énergie naturelle (eau, vent et soleil) sont inépuisables.

Dans l'avancé Pays européens Depuis 2007, fournir des énergies alternatives aux nouveaux bâtiments relève de la responsabilité directe des promoteurs. Dans notre pays, ces projets sont promus grâce à des passionnés de l'environnement qui assemblent manuellement des FES à partir de matériaux de récupération. Mais il n’en existe que quelques-uns et il est assez difficile de les réaliser soi-même.

Un certain nombre de fabricants ukrainiens (Avante, Atmosphere, ITnelcon of Ukraine, SINTEK, Techno-AS) produisent déjà de tels panneaux et installent des centrales solaires dans tout le pays. Le coût des produits est malheureusement dans la même fourchette que celui des marques étrangères (Buderus, Wolf, Rehau, Vaillant, Viessmann, Chromagen, Ferroli, Rucelf, Solver).

Les batteries solaires sont déjà utilisées pour alimenter une grande variété d’équipements : gadgets mobiles aux véhicules électriques. Vous apprendrez dans cet article comment elles fonctionnent, ce qu'elles sont et de quoi sont capables les batteries solaires modernes.

Histoire de la création

Historiquement, les panneaux solaires constituent la deuxième tentative de l’humanité d’exploiter l’énergie illimitée du Soleil et de la faire fonctionner pour son propre bénéfice. Les premiers à apparaître ont été les capteurs solaires (centrales solaires thermiques), dans lesquels l'électricité est produite par de l'eau chauffée jusqu'à ébullition sous la lumière solaire concentrée.

Les panneaux solaires produisent directement de l’électricité, ce qui est beaucoup plus efficace. Avec la transformation directe, on perd beaucoup moins d'énergie qu'avec la transformation en plusieurs étapes, comme avec les capteurs (concentration des rayons solaires, chauffage de l'eau et dégagement de vapeur, rotation turbine à vapeur et seulement à la fin l'électricité est générée par le générateur).

Les panneaux solaires modernes sont constitués d'une chaîne de photocellules - des dispositifs semi-conducteurs qui convertissent l'énergie solaire directement en courant électrique. Le processus de conversion de l’énergie solaire en courant électrique appelé effet photoélectrique.

Ce phénomène a été découvert par le physicien français Alexandre Edmond Becquerel au milieu du XIXe siècle. La première cellule photoélectrique fonctionnelle a été créée un demi-siècle plus tard par le scientifique russe Alexander Stoletov. Et déjà au XXe siècle, l'effet photoélectrique était décrit quantitativement par Albert Einstein, qu'il n'est plus nécessaire de présenter.

Principe de fonctionnement

Un semi-conducteur est un matériau dont les atomes possèdent des électrons supplémentaires (type n) ou, à l’inverse, en manquent (type p). En conséquence, une cellule photoélectrique à semi-conducteur se compose de deux couches avec conductivité différente. Une couche N est utilisée comme cathode et une couche P comme anode.

Les électrons en excès de la couche N peuvent quitter leurs atomes, tandis que la couche P capture ces électrons. Ce sont les rayons de lumière qui « éliminent » les électrons des atomes de la couche n, après quoi ils volent vers la couche p pour occuper des espaces vides. De cette façon, les électrons courent en cercle, quittent la couche p et traversent la charge (en dans ce cas accumulateur) et retour à la couche n.

Le premier matériau photovoltaïque de l’histoire était le sélénium. C'est grâce à elle que les photocellules ont été produites à la fin du XIXe et au début du XXe siècle. Mais étant donné le rendement extrêmement faible (moins de 1 %), ils ont immédiatement commencé à chercher un substitut au sélénium.

La production de masse de cellules solaires est devenue possible après que la société de télécommunications Bell Telephone a développé une cellule solaire à base de silicium. Il reste toujours le matériau le plus utilisé dans la production de cellules solaires. Certes, la purification du silicium est un processus extrêmement coûteux, c'est pourquoi des alternatives sont progressivement essayées : des composés de cuivre, d'indium, de gallium et de cadmium.

Il est clair que la puissance des photocellules individuelles n’est pas suffisante pour alimenter des appareils électriques puissants. Ils sont donc regroupés en circuit électrique, formant ainsi une batterie solaire (un autre nom est un panneau solaire).

Les photocellules sont fixées au cadre de la batterie solaire de manière à pouvoir être remplacées une par une en cas de panne. Pour se protéger contre l'exposition facteurs externes toute la structure est recouverte de plastique durable ou verre trempé.

Variétés existantes

Les batteries solaires sont classées en fonction de la puissance électrique générée, qui dépend de la surface du panneau et de sa conception. La puissance des rayons solaires à l'équateur atteint 1 kW, tandis que dans notre région, par temps nuageux, elle peut descendre en dessous de 100 W. Comme prenons un exemple moyenne(500 W) et dans d'autres calculs, nous nous appuierons sur cela.

Les cellules solaires amorphes, photochimiques et organiques ont le coefficient de conversion photoélectrique le plus bas. Pour les deux premiers types, elle est d'environ 10 pour cent, tandis que pour les seconds, elle n'est que de 5 pour cent. Cela signifie qu'avec une puissance de flux solaire de 500 W, un panneau solaire d'une superficie d'un mètre carré générera respectivement 50 et 25 W d'électricité.

Contrairement aux types de photocellules mentionnés ci-dessus, les cellules solaires à base de semi-conducteurs en silicium agissent. Coefficient de conversion photoélectrique à 20%, et à conditions favorables- et 25% est une chose courante pour eux. De ce fait, la puissance d’un panneau solaire compteur peut atteindre 125 W.

Seules les solutions à base d’arséniure de gallium peuvent rivaliser en puissance avec les batteries solaires au silicium. Grâce à cette connexion, les ingénieurs ont appris à créer des cellules solaires multicouches avec un PFC supérieur à 30 % (jusqu'à 150 W d'électricité avec mètre carré).

Si nous parlons du domaine des batteries solaires, il existe à la fois des « plaques » miniatures d'une puissance allant jusqu'à 10 W (pour les transports fréquents) et des « feuilles » larges de 200 W ou plus (en particulier pour utilisation stationnaire).

Les performances des panneaux solaires peuvent être affectées négativement par un certain nombre de facteurs. Par exemple, avec l'augmentation de la température, le coefficient de performance des photocellules diminue. Et ce, même si les panneaux solaires sont installés dans des pays chauds et ensoleillés. Il s’avère que c’est une sorte d’épée à double tranchant.

Et si vous assombrissez une partie du panneau solaire, les photocellules inactives cessent non seulement de produire de l'électricité, mais deviennent également une charge supplémentaire nocive.

Les plus grands producteurs

Les leaders de la production mondiale de cellules solaires sont Suntech, Yingli, Trina Solar, First Solar et Sharp Solar. Les trois premiers représentent la Chine, le quatrième les États-Unis et le cinquième, comme vous pouvez le deviner, est une division de la société japonaise Sharp.

La société américaine First Solar produit non seulement des panneaux solaires, mais est également directement impliquée dans la conception et la construction de centrales solaires. , situé en Arizona, aux États-Unis, est l'œuvre des ingénieurs de First Solar.

La plus grande centrale solaire ukrainienne, Perovo, a été construite et équipée de panneaux solaires par la société autrichienne Activ Solar.

L'entreprise chinoise Suntech est devenue célèbre pour avoir préparé un stade de football appelé « Nid d'oiseau » à Pékin pour les Jeux olympiques d'été de 2008. L'électricité produite tout au long de la journée grâce aux panneaux solaires est stockée puis utilisée pour éclairer le stade, arroser le gazon du terrain de football et faire fonctionner les équipements de télécommunications.

Conclusions

Il y a à peine vingt ans, les microcalculateurs équipés de photocellules semblaient une curiosité, ce qui permettait de ne pas changer leur « pile bouton » pendant des années. Maintenant téléphones portables avec intégré couverture arrière panneau solaire personne n'est surpris. Mais c’est peu de chose en comparaison des voitures et des avions (même sans pilote), qui ont appris à se déplacer grâce à la seule énergie solaire.

L’avenir des panneaux solaires semble aussi brillant que le soleil lui-même. J’aimerais croire que ce sont les panneaux solaires qui vont enfin guérir les smartphones et les tablettes de la « dépendance aux prises électriques ».