Cellule photovoltaïque

La cellule photovoltaïque est le composant semi-conducteur de base — principalement en silicium cristallin — qui convertit directement la lumière solaire en courant électrique continu par effet photovoltaïque : les photons incidents excitent les électrons de la jonction p-n, créant un courant sans pièce mobile ni combustion. Une seule cellule au silicium délivre environ 0,6 à 0,65 V en circuit ouvert.

Types de cellules et caractéristiques

De la cellule au panneau : association en série

Un panneau photovoltaïque courant est constitué de 36, 60 ou 72 cellules en série. Chaque cellule au silicium génère environ 0,65 V en circuit ouvert (Voc), d’après les fiches de modules monocristallins :

• 60 cellules × 0,65 V ≈ 39 V Voc ; la tension en service, au point de puissance maximale, est plus basse
• 72 cellules × 0,65 V ≈ 47 V Voc

Les panneaux d’un même string doivent être de même modèle et orientation pour ne pas créer de cellules ombrées qui se comportent en résistances consommatrices (phénomène de point chaud — hot spot). Les diodes bypass intégrées dans la boîte de jonction limitent les pertes par ombrage partiel.

Association de panneaux et raccordement au tableau

Pour atteindre la tension et le courant souhaités en entrée d’onduleur :

• Panneaux en série : les tensions Voc s’additionnent (adapté aux onduleurs string haute tension, plusieurs centaines de volts en courant continu).
• Strings en parallèle : les courants Isc s’additionnent (puissance totale multipliée).

Le câblage DC, en câble prévu pour le photovoltaïque, relie les strings à l’onduleur via un coffret de protection DC, équipé selon le cas de fusibles et d’un parafoudre. L’onduleur convertit le DC variable en AC 230 V 50 Hz compatible avec le tableau électrique. Tout le circuit DC respecte la norme NF C 15-100 et les guides de la série C 15-712 ; il reste sous tension tant que les panneaux sont éclairés, ce qui en réserve l’intervention au professionnel.

Coefficient de température : impact en été

Le rendement d’une cellule Si diminue quand la température augmente. Le coefficient de température en puissance (Pmax) figure sur la fiche technique du panneau, en % par °C au-delà de 25 °C (conditions STC). Exemple de calcul : avec un coefficient de −0,35 %/°C et une cellule à 70 °C, soit 45 °C au-dessus de la STC, la perte est de 45 × 0,35 % ≈ 16 % de puissance. Les panneaux à hétérojonction affichent un meilleur coefficient, un avantage réel dans les régions chaudes.

FAQ — Questions de terrain

Pourquoi mon panneau délivre moins que sa puissance crête affichée ?

La puissance crête (Wc) est mesurée en laboratoire à 25 °C cellule et 1 000 W/m² — des conditions rarement réunies en installation réelle. L’échauffement en toiture (voir le coefficient de température), l’irradiation inférieure à 1 000 W/m² la plupart du temps, les pertes dans les câbles, l’encrassement et le vieillissement expliquent l’écart avec la puissance théorique.

Peut-on mélanger des panneaux monocristallins et polycristallins sur un même string ?

Déconseillé. Les tensions Voc et les courants Isc légèrement différents entre les deux types créent un déséquilibre permanent. Le MPPT de l’onduleur se cale sur le point de puissance du panneau le moins performant. L’écart de rendement entre mono et poly amplifie ces déséquilibres au fil du vieillissement différencié des deux technologies.

Combien de cellules faut-il pour alimenter une prise 230 V sans onduleur ?

Ce n’est pas possible directement. Les cellules Si génèrent du courant continu DC à faible tension (0,5 – 0,6 V/cellule). Pour obtenir du 230 V alternatif 50 Hz, il faut impérativement un onduleur (DC/AC). En revanche, des applications DC 12 V ou 24 V (éclairage LED, USB, régulateur de charge) peuvent fonctionner directement depuis les panneaux via un régulateur MPPT, sans conversion AC.