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Pourquoi devrions-nous développer vigoureusement la production d’électricité photovoltaïque solaire ?
Heure de publication :
2022/05/05
Qu’est-ce que l’énergie solaire ? Je pense que beaucoup de gens ont une compréhension générale de l’énergie solaire et savent expliquer les technologies associées à son application. Parlons maintenant de la production d’électricité photovoltaïque, qui constitue l’une des principales applications de l’énergie solaire. Cette technologie repose sur deux aspects essentiels : le principe de fonctionnement et les avantages.
L’effet photoélectrique peut se produire dans des matériaux liquides et solides, mais seuls les solides — en particulier les dispositifs à jonction PN à semi-conducteurs — présentent une efficacité de conversion photoélectrique plus élevée sous l’éclairage solaire. En exploitant le principe de l’effet photovoltaïque pour fabriquer des cellules solaires en silicium cristallin, l’énergie lumineuse du soleil peut être directement convertie en électricité. Le convertisseur d’énergie utilisé dans la production d’électricité photovoltaïque à partir de l’énergie solaire est la cellule solaire, également appelée cellule photovoltaïque, qui constitue la base et l’équipement central du système de production d’électricité photovoltaïque à partir de l’énergie solaire. Le processus de conversion de l’énergie solaire en électricité comprend principalement trois étapes :
(1) Après que la cellule solaire a absorbé une certaine quantité d’énergie photonique, des paires électron-trou sont générées dans le semi-conducteur; ces paires sont appelées « porteurs photogénérés ». Les charges des deux sont de signes opposés : les électrons sont chargés négativement, tandis que les trous sont chargés positivement.
(2) Les porteurs photogénérés de polarité opposée sont séparés par le champ électrostatique généré par la jonction PN du semi-conducteur.
(3) Les électrons et les trous porteurs de courant qui génèrent de la lumière sont collectés respectivement par les électrodes positive et négative de la cellule solaire, et produisent un courant dans un circuit externe afin d’obtenir de l’énergie électrique.
Lorsque la lumière frappe la surface de la cellule solaire, une partie des photons est absorbée par le matériau en silicium, et l’énergie des photons est transférée aux atomes de silicium, ce qui provoque des transitions électroniques et la libération d’électrons libres. Ces électrons se rassemblent pour former une jonction PN, créant ainsi une différence de potentiel de part et d’autre. Lorsque le circuit externe est mis en marche, sous l’effet de cette tension, un courant circule dans le circuit externe, produisant une certaine puissance de sortie. L’essence de ce processus est la conversion de l’énergie des photons en énergie électrique.
Dans un système de production d’électricité solaire, le rendement global η du système est déterminé par le rendement de conversion photoélectrique du module de cellules solaires, le rendement du régulateur, le rendement des cellules, le rendement de l’onduleur et le rendement de la charge. À l’heure actuelle, le rendement de conversion photoélectrique des cellules solaires n’est que d’environ 17 %. Par conséquent, l’amélioration du rendement de conversion photoélectrique du module de cellules solaires et la réduction du coût unitaire de puissance du système de production d’électricité photovoltaïque sont les enjeux majeurs et les principales difficultés de l’industrialisation de la production d’électricité photovoltaïque. Le silicium cristallin est depuis l’apparition des cellules solaires le matériau principal. Les recherches actuelles sur le rendement de conversion des cellules solaires au silicium se concentrent sur l’augmentation de la surface d’absorption de l’énergie (par exemple, en utilisant des cellules bifaces pour réduire la réflexion), sur l’utilisation de techniques de gettering et de passivation afin d’améliorer le rendement de conversion des cellules solaires au silicium, ainsi que sur les cellules à faible épaisseur.
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