Le soleil peut fournir la valeur d'une journée de l'énergie à l'ensemble de la planète en quelques secondes seulement 14 et demi. Une ressource entièrement renouvelable, la lumière du soleil est pratiquement inépuisable - un gros avantage sur l'offre de façon constante, la diminution des combustibles fossiles. La chaleur et l'énergie lumineuse du soleil sont exploitées par des systèmes photovoltaïques et thermiques actifs passifs, bien que l'accent est mis sur ce dernier, car ils augmentent l'approvisionnement en énergie plutôt que de réduire simplement le besoin de ressources alternatives.
Conversion du soleil à l'électricité
Les systèmes photovoltaïques - «photo» signifiant lumière et «voltaïque» d'électricité désignant - ont été initialement conçus pour alimenter des satellites et des stations spatiales. Le cœur de ces systèmes, la cellule photovoltaïque, fonctionne en convertissant l'énergie lumineuse en un courant électrique à travers l'utilisation de semi-conducteurs. L'énergie lumineuse frappe électrons dans le semi-conducteur lâche, qui, lorsqu'il est pris dans de la cellule intégrée champ électrique, commencent à circuler dans une direction déterminée. conducteurs métalliques externes, puis tirer le courant produit pour une utilisation ultérieure.
Matériaux
Le matériau le plus couramment utilisé comme semi-conducteurs dans les panneaux solaires est le silicium cristallin. Le silicium est souhaitable, car sa coquille d'électrons externe est seulement à moitié plein, ce qui signifie qu'il doit se stabiliser en partageant des électrons avec des atomes voisins. Cependant, la stabilité électrique est pas le point d'une cellule photovoltaïque. Pour le rendre plus facile pour l'énergie lumineuse pour frapper les électrons libres dans le semiconducteur, le silicium est dopé avec des impuretés telles que le phosphore ou le bore. Le dopage des résultats dans un semi-conducteur soit avec des électrons libres (négatif ou de type N) ou des ouvertures libres pour les électrons (positif ou de type P). Les deux types sont nécessaires pour réaliser une cellule photovoltaïque.
Les parties d'une cellule photovoltaïque
le champ électrique de la cellule, ce qui est nécessaire pour produire du courant à partir d'électrons desserrés, est formée à partir d'une jonction d'électrons entre le N- et le silicium de type P. L'énergie est produite dans une cellule par le courant formé à partir d'électrons luminescentes déplacées et par la tension à partir de ce champ intégré électrique. Une autre partie essentielle d'une cellule solaire est son revêtement antireflet, ce qui empêche la lumière de rebondir sur la surface de silicium brillant avant de pouvoir être utilisé. des plaques de recouvrement en verre sont également utilisés pour protéger la cellule photovoltaïque sans bloquer la lumière entrante. les cellules photovoltaïques individuelles ne produisent pas beaucoup de puissance, de sorte qu'ils sont reliés pour former un module. Enfin, des contacts métalliques avant et arrière agissant comme bornes positives et négatives tirent hors courant du module.
Efficacité et pertes d'énergie
Les systèmes photovoltaïques sont encore très inefficace, avec des pertes d'énergie aussi élevées que 90%. Une grande partie de cela résulte de multiples longueurs d'onde de la nature de la lumière du soleil. Un panneau solaire peut fonctionner avec seulement une certaine quantité d'énergie appelée la largeur de bande d'énergie - un 1,4 eV optimale pour le silicium - pour produire un courant. Les différentes longueurs d'onde de la lumière frappant la cellule portent une large gamme d'énergie, mais seulement environ 30% de c'est utilisable. D'autres pertes d'énergie se produisent lorsque les blocs de grille de métal conductrices de lumière. systèmes photovoltaïques typiques disponibles sont commercialement au mieux 12 à 18 ans pour cent efficace. À ce jour, le niveau de rendement le plus élevé atteint par un panneau solaire se situe à 40,7% - encore trop faible pour rendre l'énergie solaire économiquement viable à grande échelle.