L’effet photovoltaïque : c’est quoi ?

Dans un monde à la recherche de solutions énergétiques plus durables, l’énergie solaire s’impose comme une réponse incontournable.

Mais derrière chaque panneau solaire, il y a un phénomène physique discret mais fondamental : l’effet photovoltaïque. Ce processus, découvert il y a près de deux siècles, est aujourd’hui le moteur d’une révolution énergétique mondiale.

Plongeons ensemble dans le fonctionnement, l’histoire, les applications et l’avenir de ce phénomène, afin de mieux comprendre son impact.

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Comment fonctionne l’effet photovoltaïque ?

L’effet photovoltaïque est le processus par lequel la lumière du soleil est transformée en électricité. Il repose sur l’interaction entre la lumière (les photons) et des matériaux semi-conducteurs (généralement du silicium).

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Étapes du phénomène :

1. Absorption des photons : Les rayons du soleil frappent la surface de la cellule photovoltaïque, composée de silicium cristallin ou amorphe.‍
2. ‍Libération des électrons : L’énergie des photons "excite" les électrons dans le matériau, qui se libèrent de leurs atomes.‍
3. Circulation du courant électrique : La cellule est conçue pour que ces électrons ne puissent circuler que dans une direction : cela crée un courant électrique continu.‍
4. Transformation du courant : L’électricité produite est ensuite convertie en courant alternatif via un onduleur, pour alimenter les appareils domestiques ou le réseau

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Bon à savoir

Le rendement moyen des cellules solaires commerciales est de 15 à 22 %, ce qui signifie que cette proportion de l’énergie lumineuse est effectivement transformée en électricité. Les laboratoires expérimentent déjà des cellules atteignant 30 à 40 % de rendement.

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Une découverte française devenue mondiale

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L’histoire de l’effet photovoltaïque débute en France, en 1839, lorsque Edmond Becquerel, alors âgé de 19 ans, observe dans son laboratoire qu’un courant électrique peut être généré par l’exposition d’une électrode à la lumière.

Mais ce n’est qu’un siècle plus tard, en 1954, que le premier panneau photovoltaïque fonctionnel est conçu par les laboratoires Bell (États-Unis), atteignant un rendement de 6 %.

À l’époque, il est principalement utilisé dans des domaines très spécifiques comme l’alimentation des satellites spatiaux.

Depuis, cette technologie a connu une démocratisation massive, portée par :

• la baisse des coûts de production des panneaux solaires (divisés par plus de 10 en 15 ans),
• la hausse des prix de l’électricité
• les politiques publiques encourageant les énergies renouvelables.

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Chiffres clés : l’effet photovoltaïque dans le monde réel

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L’énergie solaire n’est plus un pari : elle est désormais un acteur majeur du mix énergétique global.

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Dans le monde

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• Capacité solaire installée mondiale : +1 200 GW en 2023
• Croissance annuelle moyenne : +20 %
• Le solaire devient la source d’énergie la plus installée dans de nombreux pays - (Source : Agence Internationale de l’Énergie, 2023)

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En France

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• 23 TWh produits par le solaire photovoltaïque en 2023 (+16 % vs 2022)
• Cela représente 6 % de la consommation électrique nationale
• Puissance installée fin T1 2023 : 17,2 GW
• +601 MW raccordés rien qu’au premier trimestre 2023 - (Source : Ministère de la Transition Écologique)

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Des applications concrètes et variées

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Grâce à l’effet photovoltaïque, l’électricité peut être produite localement, sans émission directe de CO₂, et utilisée de multiples façons :

• Résidentiel : toitures solaires pour l’autoconsommation ou la revente à EDF OA.
• Tertiaire / Industrie : ombrières de parking, toitures d’entrepôts, panneaux en façade.
• Fermes solaires : champs de panneaux produisant pour des réseaux entiers.
• Objets du quotidien : calculatrices, éclairage autonome, systèmes embarqués.

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Pour les particuliers

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Les panneaux photovoltaïques installés sur les toits permettent :

• de produire sa propre électricité (autoconsommation),
• de revendre le surplus à EDF ou à des agrégateurs,
• de réduire la facture énergétique sur le long terme.

Le coût moyen d'une installation résidentielle a chuté de 60 % depuis 2010.

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Pour les entreprises

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Les bâtiments commerciaux ou industriels peuvent utiliser des toitures ou des parkings solaires :

• pour valoriser leur surface disponible,
• améliorer leur bilan RSE,
• et stabiliser leurs dépenses énergétiques.

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Pour les collectivités

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Les territoires misent sur des fermes solaires, parfois développées en collaboration avec les habitants, via des modèles de financement participatif.

Pour accélérer la transition énergétique, l’État français propose :

• Une prime à l’autoconsommation
• Des tarifs de rachat de l’électricité solaire
• Des aides locales (régions, métropoles, etc.) 👉 Détails sur EDF Solutions Solaires

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Pourquoi tous les photons ne se convertissent-ils pas en électricité ?

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Bien que les panneaux solaires soient conçus pour capter l'énergie du soleil, tous les photons ne se transforment pas en électricité. Plusieurs raisons expliquent cette limitation :

• Mauvaise correspondance des longueurs d'onde : Les cellules photovoltaïques sont optimisées pour absorber certaines longueurs d'onde de la lumière solaire. Les photons trop énergétiques (UV) ou pas assez (infrarouges) ne sont pas efficacement convertis.
• L’orientation et l’inclinaison des panneaux solaires : pour un bon rendement, l’orientation vers le sud et l’inclinaison à 30° sont recommandées.
• Réflection et absorption parasitaire : Une partie de la lumière est réfléchie par la surface du panneau au lieu d'être absorbée. De plus, certains matériaux du panneau peuvent absorber de l'énergie sous forme de chaleur plutôt que de produire de l'électricité.
• Les zones d’ombre : À certains moments de la journée, le soleil peut être occulté par l’ombre.
• Résistances internes du matériau : Les matériaux constituant les cellules solaires possèdent des propriétés physiques qui génèrent des pertes par effet Joule, réduisant l'efficacité de la conversion etc

Malgré ces pertes, les avancées technologiques permettent d'améliorer le rendement des panneaux solaires, avec certains modèles atteignant aujourd'hui un taux de conversion supérieur à 22 %.

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Comment avoir le meilleur rendement possible ?

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L'amélioration de l'efficacité de son installation solaire est conditionnée par les divers facteurs mentionnés précédemment. (puissance, orientation etc..)

Si vous souhaitez en profiter au maximum, assurez-vous de maintenir vos panneaux dans la mesure du possible.

Cela comprend le nettoyage, le contrôle préventif, ainsi que la surveillance et l'entretien régulier.

Les modules photovoltaïques, lorsqu'ils sont encrassés, peuvent voir leur efficacité réduite de 15 %. N'oubliez pas de les entretenir régulièrement : des particules polluantes, des feuilles mortes, du pollen et d'autres éléments peuvent agir comme des filtres indésirables qui entravent une performance photovoltaïque optimale.

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L’avenir de l’effet photovoltaïque

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La recherche dans le domaine photovoltaïque est en pleine effervescence :

• Cellules tandem (empilement de couches pour améliorer le rendement)
• Matériaux alternatifs comme le pérovskite
• Panneaux bifaciaux (capables de capter la lumière sur les deux faces)
• Intégration architecturale (tuiles, vitrages, façades intelligentes)

Objectif : dépasser les 30 % de rendement (contre 15-22 % aujourd’hui) et intégrer le solaire dans tous les environnements (urbains, mobiles, textiles, etc.).

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En résumé, l’effet photovoltaïque est bien plus qu’un simple concept scientifique. Il est la clé de voûte de l’énergie solaire, une technologie appelée à jouer un rôle central dans la lutte contre le changement climatique et la souveraineté énergétique.

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