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Les panneaux solaires photovoltaïques absorbent la lumière du soleil comme source d'énergie pour générer de l'électricité en courant continu. Un module photovoltaïque (PV) est un assemblage emballé et connecté de cellules solaires photovoltaïques disponibles en différentes tensions et puissances. Les modules photovoltaïques constituent le réseau photovoltaïque d'un système photovoltaïque qui génère et fournit de l'électricité solaire dans des applications commerciales et résidentielles.
L'application la plus courante de la collecte d'énergie solaire en dehors de l'agriculture est les systèmes de chauffage solaire de l'eau.
Les modules photovoltaïques utilisent l'énergie lumineuse (photons) du Soleil pour générer de l'électricité grâce à l'effet photovoltaïque. La majorité des modules utilisent des cellules de silicium cristallin à base de plaquettes ou des cellules à couche mince. L'élément structurel (porteur de charge) d'un module peut être soit la couche supérieure, soit la couche arrière. Les cellules doivent également être protégées des dommages mécaniques et de l'humidité. La plupart des modules sont rigides, mais des modules semi-flexibles basés sur des cellules à couche mince sont également disponibles. Les cellules doivent être connectées électriquement en série les unes aux autres.
Une boîte de jonction PV est fixée à l'arrière du panneau solaire et c'est son interface de sortie. En externe, la plupart des modules photovoltaïques utilisent des connecteurs de type MC4 pour faciliter les connexions étanches au reste du système. En outre, une interface d'alimentation USB peut être utilisée.
Les connexions électriques du module sont réalisées en série pour obtenir une tension de sortie souhaitée ou en parallèle pour fournir une capacité de courant souhaitée (ampères). Les fils conducteurs qui absorbent le courant des modules peuvent contenir de l'argent, du cuivre ou d'autres métaux de transition conducteurs non magnétiques. Des diodes de dérivation peuvent être incorporées ou utilisées à l'extérieur, en cas d'ombrage partiel du module, pour maximiser la sortie des sections de module encore éclairées.
Certains modules solaires photovoltaïques spéciaux comprennent des concentrateurs dans lesquels la lumière est focalisée par des lentilles ou des miroirs sur des cellules plus petites. Cela permet d'utiliser des cellules avec un coût par unité de surface élevé (comme l'arséniure de gallium) de manière rentable.
Les panneaux solaires utilisent également des cadres métalliques constitués de composants de rayonnage, de supports, de formes de réflecteurs et d'auges pour mieux supporter la structure du panneau.
En 1839, la capacité de certains matériaux à créer une charge électrique par exposition à la lumière a été observée pour la première fois par Alexandre-Edmond Becquerel. Bien que les premiers panneaux solaires soient trop inefficaces pour des appareils électriques, même simples, ils ont été utilisés comme instrument pour mesurer la lumière. L'observation de Becquerel ne fut reproduite qu'en 1873, lorsque Willoughby Smith découvrit que la charge pouvait être causée par la lumière frappant le sélénium. Après cette découverte, William Grylls Adams et Richard Evans Day ont publié "L'action de la lumière sur le sélénium" en 1876, décrivant l'expérience qu'ils ont utilisée pour reproduire les résultats de Smith. En 1881, Charles Fritts a créé le premier panneau solaire commercial, qui a été rapporté par Fritts comme «continu, constant et d'une force considérable non seulement par exposition à la lumière du soleil mais aussi à la lumière du jour tamisée et diffuse». Cependant, ces panneaux solaires étaient très inefficaces, surtout par rapport aux centrales électriques au charbon. En 1939, Russell Ohl a créé la conception de cellules solaires qui est utilisée dans de nombreux panneaux solaires modernes. Il a breveté sa conception en 1941. En 1954, cette conception a été utilisée pour la première fois par Bell Labs pour créer la première cellule solaire en silicium commercialement viable.
La plupart des modules solaires sont actuellement produits à partir de cellules solaires en silicium cristallin (c-Si) en silicium multicristallin et monocristallin. En 2013, le silicium cristallin représentait plus de 90% de la production photovoltaïque mondiale, tandis que le reste du marché global est composé de technologies à couches minces utilisant le tellurure de cadmium, le CIGS et le silicium amorphe.
Les technologies solaires émergentes de troisième génération utilisent des cellules à couches minces avancées. Ils produisent une conversion à rendement relativement élevé pour le faible coût par rapport aux autres technologies solaires. En outre, les cellules à jonctions multiples rectangulaires (MJ) à haut rendement, à haut rendement et compactes sont de préférence utilisées dans les panneaux solaires des engins spatiaux, car elles offrent le rapport le plus élevé de puissance générée par kilogramme soulevé dans l'espace. Les cellules MJ sont des semi-conducteurs composés et sont constituées d'arséniure de gallium (GaAs) et d'autres matériaux semi-conducteurs. Le photovoltaïque à concentrateur (CPV) est une autre technologie PV émergente utilisant des cellules MJ.
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