2. Principe de fonctionnement
• Gisement solaire
Les cellules photovoltaïques sont des composants électroniques à semi-conducteurs qui, lorsqu'ils sont éclairés par le rayonnement solaire, développent une force électromotrice capable de débiter un courant dans un circuit extérieur. Leur fiabilité et leur faisabilité ont été largement prouvées depuis les années 1960, puisque la plupart des satellites artificiels utilisent ces dispositifs pour tirer directement leur énergie du rayonnement solaire (qui atteint 1,35 kW/m2 par seconde hors de l'atmosphère). Sur terre, l'absorption préférentielle par l'atmosphère de certaines longueurs d'onde modifie quelque peu le spectre solaire, mais l'énergie fournie est toujours importante, non polluante, inépuisable et assez uniformément répartie à la surface du globe. En effet, l'énergie annuelle globale (qui représente plus de 10 000 fois la consommation mondiale d'énergie) ne varie que d'un facteur 2 des régions nordiques aux régions les plus favorisées, souvent tropicales et désertiques (fig. 1).
Les spécialistes du photovoltaïque utilisent comme unité de référence la puissance crête (maximale) débitée par une cellule photovoltaïque à 25 0C sous une puissance lumineuse incidente fixée, pour les tests d'évaluation, à 1 kW/m2. La distribution spectrale du rayonnement solaire dépend de l'épaisseur de l'atmosphère à traverser (Air Mass : AM). On utilisera, par exemple, AM0 (hors atmosphère) pour les applications spatiales et AM1, ou AM1,5 pour les applications terrestres pour lesquelles la cellule photovoltaïque est placée au niveau de la mer dans des conditions d'éclairement qui correspondent à un ciel parfaitement clair et dégagé, sous un soleil de midi au zénith (900) pour AM1 ou d'inclinaison (∼ 420) pour AM1,5 (c'est-à-dire pour un rayonnement traversant 1 ou 1,5 fois l'épaisseur de la couche atmosphérique). Plus le nombre d'unités de masse atmosphérique sera élevé, plus le spectre solaire se décalera vers le proche infrarouge.
En revanche, l'utilisateur sera évidemment plus intéressé par le prix du kilowattheure, seule unité qui lui permette de comparer le prix de l'énergie solaire à celui de l'énergie fournie par le réseau ou par d'autres sources. Le passage de la puissance crête (disponible à midi) à l'énergie (journalière ou annuelle) disponible n'est pas simple, puisqu'il faudra tenir compte de la durée de l'ensoleillement local.
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