Les panneaux solaires photovoltaïques sont des panneaux qui captent l’énergie lumineuse du soleil et la convertissent en électricité utilisable. Les panneaux photovoltaïques sont constitués de plusieurs couches de matériaux spécifiques qui sont structurés de manière à permettre la conversion de l’énergie lumineuse en énergie électrique. L’énergie électrique solaire est propre, sûre et renouvelable, ce qui en fait un substitut idéal à l’électricité produite par la combustion de combustibles fossiles.
Un seul panneau solaire, ou cellule solaire, contient plusieurs types de matériaux différents, superposés en une seule pile. Le dessus du panneau est une couche appelée encapsulation, qui est faite de plastique transparent ou de verre. Cette couche protège la cellule des éléments. Sous cette couche se trouve la grille de contact, un matériau conducteur métallique qui attire les électrons en présence d’énergie solaire. Sous la grille de contact se trouve un revêtement antireflet qui aide la lumière à pénétrer dans le panneau solaire en empêchant la lumière d’être réfléchie.
Les deux couches suivantes des panneaux solaires photovoltaïques sont constituées de composés de silicium. Sous le revêtement antireflet se trouve une couche de silicium de type N, réalisée en ajoutant un composé à cinq électrons de valence, tel que le phosphore. Chaque molécule de phosphore peut se lier à quatre molécules de silicium, le cinquième électron étant libre de conduire l’énergie.
En dessous se trouve une couche de silicium de type P, un composé du silicium auquel est ajouté un élément à trois électrons de valence, tel que le bore. L’ajout de bore au silicium crée une situation de liaison inégale dans laquelle les électrons « sautent » d’un complexe bore-silicium à un autre. C’est cet état fluide qui permet au composé d’agir comme conducteur. La dernière couche est une couche de métal, qui recouvre la surface inférieure des panneaux solaires photovoltaïques et agit comme un conducteur.
En présence de la lumière du soleil, l’énergie lumineuse est absorbée par le panneau solaire, ce qui permet aux électrons de circuler librement. Cette libre circulation des électrons est rendue possible grâce à la présence d’électrons faiblement liés, en raison de l’ajout de composés tels que le phosphore et le bore aux couches de silicium. Les électrons libres sont attirés par les conducteurs métalliques du panneau et le mouvement de ces électrons crée un courant électrique qui peut être extrait pour générer de la lumière ou de la chaleur.
L’inquiétude concernant l’approvisionnement de la planète en combustibles fossiles non renouvelables est un thème récurrent depuis des décennies, mais ce n’est que récemment que la possibilité d’une utilisation généralisée des panneaux solaires photovoltaïques est devenue une réalité. Le chauffage des maisons et des bâtiments est l’application la plus courante de ces systèmes photovoltaïques, mais le coût de ces systèmes reste prohibitif pour la plupart des ménages. Malgré les coûts de démarrage élevés de l’énergie solaire photovoltaïque, un nombre important de nouvelles constructions contiennent ces systèmes comme alimentation principale ou de secours.
Le principal avantage de ces systèmes est qu’une fois mis en place, les coûts de maintenance et de fonctionnement sont extrêmement faibles. La maison solaire de l’Université de Caroline du Nord, par exemple, est une excellente illustration de la façon dont les panneaux solaires photovoltaïques peuvent fournir une source d’énergie bon marché et abondante. La maison fonctionne depuis 1981 sur le même système d’énergie solaire et coûte moins de 70 $ à chauffer pendant une seule saison d’hiver.