Electriciter

Désormais, interessons nous au fonctionnement de l'électricité et au différent moyens de la produire à l’aide des énergies renouvelables.

Tout d'abord, il est préferable de définir ce qu'est l'électricité.

Qu’est-ce que l’électricité ?

L’électricité est l'effet du déplacement de particules chargées, à l’intérieur d'un « conducteur », sous l'effet d'une différence de potentiel (positif ou négatif) aux extrémités de ce conducteur.

Maintenant, nous pouvons voir quelles sont les différents moyens de produire de l'électricité à l'aide des énergies renouvelable.

Les Panneaux solaire photovoltaïque

Les panneaux solaires photovoltaïques, parfois appelés photoélectriques, transforment la lumière en électricité. Ces panneaux sont donc les plus répandu mais aussi les plus complexes.
En effet, ces panneaux sont tout simplement un assemblage de cellules photovoltaïques, chacune d'elles délivrant une tension de 0.5V à 0.6V. Elles sont donc assemblées pour créer des modules photovoltaïques de tension normalisée à, par exemple, 12V.

Fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque

Le fonctionnement d’un panneau solaire photovoltaïque repose sur plusieurs éléments.
Il y a d'abord un module composé de cellules photovoltaïques transformant l'énergie en tension électrique continue.
Ensuite il existe, un système de montage, également appelé système d'intégration à la toiture qui ancre le panneau photovoltaïque au bâti.
Enfin, il y aussi un abergement qui établit une jonction étanche entre le panneau et le reste de la toiture.
À cela s'ajoutent des équipements électriques, et en particulier l'onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif et permet d'alimenter votre maison, ou le réseau public de distribution d'électricité. Le prix d'achat d'un panneau solaire photovoltaïque reste toutefois élevé. Cependant celui-ci baisse d'année en année. Par ailleurs, des aides financières sont disponibles afin de nous aider à assumer le coût de départ.

La cellule photovoltaique :

La cellule photovoltaïque est fabriquée à partir de deux couches de silicium (un matériau semi-conducteur) :
- une couche dopée avec du bore possèdant moins d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée positivement (zone P).
- une couche dopée avec du phosphore possèdant plus d'électrons que le silicium, cette zone est donc dopée négativement (zone N).

Lorsqu'un photon de la lumière arrive, son énergie crée une rupture entre un atome de silicium et un électron, modifiant ainsi les charges électriques. C'est ce que nous appellons l'effet photovoltaïque. Les atomes chargés positivement vont donc dans la zone P et les électrons, chargés négativement, dans la zone N. Une différence de potentiel électrique, c'est-à-dire une tension électrique, est ainsi créée.

Voir shèma en-dessous*

Comment fonctionne une cellule photovoltaïque ?

Les cellules photovoltaïques sont des composants électroniques capables de produire de l'électricité à partir de l'énergie solaire, et ceci grâce à l'effet photovoltaïque. Découvert en 1839 par Antoine Becquerel, ce phénomène est basé sur le comportement des matériaux semi-conducteurs lorsqu'ils reçoivent un rayonnement solaire. En effet, lorsque les photons de la lumière du soleil rentrent en contact avec ces matériaux particuliers, ils transmettent leur énergie aux électrons des semi-conducteurs qui génèrent ainsi une tension électrique. Le matériau semi-conducteur le plus massivement employé à l'heure actuelle par les fabricants de modules photovoltaïques est le silicium.

Comment pouvons nous mesurer le rendement d'un panneau photovoltaïque ?

Il existe 3 types de cellules photovoltaïques qui varient selon la qualité du silicium :

- les cellules monocristallines : son rendement est très bon (15 à 22% *) mais son coût de fabrication est élevé.

- les cellules polycristallines : elles sont moins chères à fabriquer mais le rendement est un peu moins bon (10 à 13% *).

- les cellules amorphes : leur coût est très faible mais leur rendement l'est aussi (5 à 10% *).

* Un rendement de 10% signifie que pour une puissance de 1000 W qui arriverait sur le panneau, celui-ci en produira 100 W.

La quantité d'électricité que peut produire un panneau solaire photovoltaïque lors de son fonctionnement est mesurée par sa puissance crête, une donnée fournie par les constructeurs de panneaux. Elle correspond à la puissance que peut délivrer une installation photovoltaïque sous certaines conditions à savoir celle de l'ensoleillement (condition optimale : 1000 W par m²) et de la température ( condition optimale : 25°C).

Il existe aussi des panneaux solaires thermiques qui transforment la lumière en chaleur, le plus souvent pour des chauffe-eaux (Voir Partie 2, L'Eau).

Pour finir, nous allons parler des turbines.

Une turbine est un dispositif rotatif destiné à utiliser l'énergie cinétique d'un fluide liquide comme l'eau ou d'un fluide gazeux (vapeur, air, gaz de combustion), pour faire tourner un arbre supportant les aubes de la turbine.

Elle est la base de la production de l’électricité et donc des barrages et des éolienne (excepter l’énergie solaire).

L'énergie du fluide, caractérisée par sa vitesse et son enthalpie, est partiellement convertie en énergie mécanique pour entraîner un alternateur, un compresseur, une pompe ou bien un tout autre récepteur ou générateur mécanique rotatif. L'ensemble est alors respectivement appelé turbo-alternateur, turbocompresseur, turbopompe, ...

L’alternateur est un type de générateur électrique. Il est constitué d’un rotor et d’un stator. Le rotor, comme son nom l’indique est une partie tournante (car associé au mouvement) mais pas n’importe laquelle : c’est un aimant. Le stator, lui, est constitué d’un enroulement de fil, c’est-à-dire d’un circuit dans lequel va apparaître le courant électrique.

On l’appelle alternateur car il fournit un courant alternatif : les électrons voyagent dans un sens puis dans un autre, selon les pôles de l’aimant qui se présentent devant la bobine.

Pour mettre en mouvement l’aimant de l’alternateur, il faut le relier à une turbine. Celle-ci ressemble à une roue de moulin avec des aubes : des parties en forme de cuillère ou de pales sur lesquelles un fluide (air, gaz, vapeur, eau) exerce une force. En activant les aubes, le fluide qui doit posséder suffisamment d’énergie entraîne la rotation de la turbine. La liaison avec le générateur se fait par l’axe de rotation : on parle d’arbre et on dit qu’ils sont « couplés ».