La cellule photovoltaïque est l’élément constituant les panneaux solaires. Mettant en œuvre l’effet photovoltaïque qui transforme en électricité la lumière reçue du soleil, la cellule produit un courant faible dès lors qu’elle est illuminée. Le regroupement des cellules solaires en un panneau permet d’obtenir un courant électrique suffisant pour alimenter un appareil. La multiplication des panneaux permet d’alimenter une maison, un bâtiment et de créer une centrale solaire. Produire de l’électricité gratuite et propre par l’énergie renouvelable du soleil, c’est donc ce que fait le photovoltaïque dont la base est la cellule solaire.
Intéressons-nous de près à cette dernière : quelles sont ses caractéristiques et celles des panneaux solaires, comment les choisir, où les acheter et à quel prix ? Nos experts vous répondent.
Principe et caractéristiques des cellules solaires
La cellule solaire est un cristal à base de silicium qui utilise l’effet photovoltaïque selon lequel le choc d’un photon de lumière avec un matériau arrache un électron à la matière qui le constitue. C’est cet effet qui apparaît également dans le vieillissement des objets exposés à la lumière du soleil.
Le semi-conducteur qui compose également la cellule a pour rôle de canaliser la fuite des électrons arrachés à la matière afin de créer un courant électrique continu immédiatement utilisable tel quel ou emmagasiné dans un accumulateur pour une utilisation ultérieure.
On distingue 2 qualités de silicium pour la fabrication des cellules courantes :
- le silicium polycristallin : pas très onéreux à produire (c’est le refroidissement rapide du silicium qui crée la multiplication des cristaux), mais avec un rendement modéré (autour de 10 % soit 100 Watts par mètre carré de surface) ;
- le silicium monocristallin : plus onéreux à produire (il aura fallu refroidir lentement le silicium fondu, afin d’éviter le formation de cristaux dans sa texture), mais avec un rendement supérieur à celui du silicium polycristallin (15 % environ soit 150 Wc/m²).
Il existe d’autres qualités de la structure des cellules solaires qui sont soit en cours de développement pour les cellules CIGS et les cellules à pérovskites, soit trop onéreuses pour une production de masse, ce qui est le cas des cellules multi-jonction qui équipent les satellites et la station spatiale.
Dimensions et performances de la cellule solaire
Les dimensions et autres caractéristiques des cellules solaires varient en fonction de l’usage pour lequel on souhaite les utiliser seules ou regroupées en panneaux.
On distingue les cellules solaires selon :
- Leurs dimensions : depuis la cellule miniature, qui équipe une montre de poignet ou un gadget (6 mm) jusqu’à la cellule de 20 cm de long environ, il existe des tailles de cellule standardisées. De la surface de la cellule solaire va dépendre la quantité d’électricité produite.
- La tension du courant : elle s’exprime en Volts (V) et varie de 1 V jusqu’à 6 V environ. De la tension du courant produit par une cellule va dépendre le nombre de cellules à assembler en un panneau pour obtenir le voltage requis (généralement 12 V ou un multiple de 12).
- La puissance du courant : exprimée en Ampères (A) ou en milliampères (mA), elle dépend de la surface de la cellule et de sa qualité de silicium. Une cellule solaire seule génère un courant de 50 mA jusqu’à 500 mA environ. La puissance de chaque cellule va définir le nombre de cellules à assembler en un panneau pour faire fonctionner un moteur ou recharger une batterie.
- La structure de la cellule : si la majeure partie des cellules solaires sont rigides, on fabrique dorénavant (à un prix enfin abordable) des cellules solaires souples. La cellule solaire souple permet un angle de courbure jusqu’à 30° environ.
- Le type de raccordement : la cellule solaire est toujours munie de 2 pôles de raccordement (+ et -), mais si certaines cellules sont équipées de 2 fils en sortie, d’autres sont juste munies de 2 pastilles à souder.
Choix et achat d’une cellule solaire
On choisit une cellule solaire selon :
- D’abord son emplacement de destination entre cellule rigide et cellule souple. La cellule rigide est la plus adaptée pour un assemblage en panneau, alors que la cellule souple peut équiper seule ou regroupée des formes courbes (ailes d’avion, toit de véhicule…).
- Puis en fonction de son voltage et de sa puissance. Afin d’obtenir le voltage et/ou la puissance souhaitée du courant électrique on détermine le nombre de cellules à monter en série, en parallèle, ou en série et en parallèle .
Le prix des cellules solaires dépend de leur taille et de la qualité du silicium :
- une cellule en silicium polycristallin est moins onéreuse qu’une cellule en silicium monocristallin, mais son rendement est inférieur ;
- une cellule rigide est moins onéreuse qu’une cellule souple.
Exemple : une cellule polycristalline rigide de 1 V/200 mA se trouve à moins de 4 € alors qu’une cellule solaire souple en silicium monocristallin de 6 V/160 mA se négocie entre 20 et 30 €.
Pour acheter une cellule solaire on peut soit s’orienter vers certains magasins d’électronique, notamment pour les mini-cellules photovoltaïques, mais le choix est beaucoup plus vaste sur Internet.
Il n’est pas utile de chercher parmi de nombreuses marques (quasiment toute la production est chinoise), mais le rendement de la cellule indique la qualité du silicium employé et la maîtrise des techniques.
D’autres applications domestiques de l’énergie solaire :
- Plancher chauffant solaire : la chaleur est transmise au circuit de chauffage par des panneaux thermiques. Infos et explications sur notre site.
- La lampe solaire : un luminaire qui fonctionne à l’énergie solaire : un procédé écologique et économique.