L'énergie solaire photovoltaïque est l'énergie des photons dans la lumière transformée directement en électricité grâce à des cellules solaires qui sont fabriquées avec des matériaux semi-conducteurs. Une cellule photovoltaïque (ou photopile) est un dispositif qui transforme l'énergie lumineuse en courant électrique.
La première photopile a été développée aux États-Unis en 1954 par les chercheurs des laboratoires Bell, qui ont découvert que la photosensibilité du silicium pouvait être augmentée en ajoutant des "impuretés," une technique appelée le "dopage" qui est utilisée dans tous les semi-conducteurs. Mais en dépit de l'intérêt des scientifiques au cours des années, ce n'est que lors de la course vers l'espace que les cellules ont quitté les laboratoires. En effet, les photopiles représentent la solution idéale pour satisfaire les besoins en électricité à bord des satellites, ainsi que dans tout site isolé.

Les générateurs photovoltaïques sont utilisés :
- pour les applications très simples telles que les calculettes ou les chargeurs de piles, ils peuvent faire fonctionner n'importe quel appareil alimenté par des piles.
- pour les installations autonomes comme les balises en mer ou les maisons en sites isolés, elles nécessitent le plus souvent un stockage de l'électricité à l'aide d'une batterie.
- pour les installations connectées au réseau ou les centrales photovoltaïques.
Un générateur photovoltaïque connecté au réseau n'a pas besoin de stockage d'énergie et élimine donc le maillon le plus problématique (et le plus cher) d'une installation autonome. C'est en fait le réseau dans son ensemble qui sert de réservoir d'énergie.

Le silicium est le matériau de base des photopiles.

Les cellules mono-cristallines sont les photopiles de la première génération, elles ont un taux de rendement de 12 à 16%, mais la méthode de production est laborieuse et difficile, et donc, très chère car il faut une grande quantité d'énergie pour obtenir du cristal pur.

Les cellules polycristallines ont un rendement de 11 à 13%, mais leur coût de production est moins élevé.

Les cellules amorphes ont un coût de production bien plus bas, mais malheureusement leur rendement n'est que de 8 à 10%. Cette technologie permet d'utiliser des couches très minces de silicium. On peut donc appliquer de très fines couches de silicium amorphe sur des vitres, du plastique souple ou du métal, par un procédé de vaporisation sous vide. C'est le silicium amorphe qu'on trouve le plus souvent dans les petits produits de consommation comme les calculatrices et les montres, mais aussi plus récemment sur les grandes surfaces utilisées pour la couverture des toits.

La puissance crête est la puissance électrique maximum que peut fournir une cellule dans les conditions standards, c'est-à-dire à 25°C et sous une puissance lumineuse de 1000 W/m2. Cette puissance est exprimée en Watt-crête (Wc).

Un onduleur est un dispositif électronique et statique servant à convertir le courant électrique continu en courant alternatif avec la fréquence souhaitée. La puissance "apparente" de l'onduleur s'exprime en volt-ampères (VA).

Une cellule photovoltaïque produit toujours une tension d'environ 0,5 Volt, quelle que soit sa surface. Pour obtenir des niveaux de tension plus élevés, il faut relier les cellules individuelles en série pour que leurs valeurs s'additionnent.
Plus la surface d'une cellule est grande, plus le courant sera grand. Le courant se mesure en Ampères.
La tension se mesure en Volts.
La puissance est le produit de la tension et le courant, mesurée en Watts.
(Volts x Ampères = Watts)

Les lampes fluo-compactes sont des tubes fluorescents miniaturisés qui sont équipés d'un culot standard et un ballast intégré. Ils peuvent se substituer directement aux lampes à incandescence. Ces lampes "économes" consomment de 4 à 5 fois moins , à flux lumineux identique, que les lampes à incandescence et leur durée de vie est plusieurs fois supérieure.

Principe d'une installation raccordée au réseau

La figure ci-contre réprésente un toit photovoltaïque relié au réseau.
Les capteurs fournissent du courant continu d'une tension comprise entre 125 et 400 volts sous une intensité qui dépend de l'intensité du rayonnement solaire.
Ce courant continu est transformé par un onduleur en courant alternatif régulé à 230 volts et 50 Hz.
Le courant alternatif fourni par l'onduleur est renvoyé sur le réseau au travers d'un compteur (V) qui mesure l'électricité revendue au distributeur.
Indépendement du circuit de production, le producteur (qui est aussi un consommateur) achète au distributeur de l'électricité mesurée par le compteur (A).