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Cellule photovoltaïque
Principe de fonctionnement Technologie
Technique de fabrication Production et pertes
Cellule en silicium amorphe Applications
Cellule en silicium monocristallin Économie
Cellule en silicium multicristallin Prix des équipements (hors taxes)
Cellule Tandem Prix du kWh
Cellule en plastique Puissances installées photovoltaïque
Cellule multi-jonction Principales entreprises du secteur
Semi conducteur fbi Recherche
Utilisation Liens avec leurs sites
Recherche et développement Notes et references
Feuille de route du photovoltaïque Bibliographie Internet
Module solaire photovoltaïque  
Caractéristiques  

 

INFORMATIONS COMPLEMENTAIRES

 

Fenêtres photovoltaïques
Lumière en électricité
Nouvelle technique
Cellules solaires de demain
Nanotechnologie photovoltaïques
Electronique de puissance
Le recyclage du silicium

 

LIENS TEXTES PAGES MALVOYANTS

 

Une cellule photovoltaïque (ou « photo-galvanique ») est un composant électronique qui, exposé à la lumière (photons), génère de l'électricité. C'est l'effet photovoltaïque qui est à l'origine du phénomène. Le courant obtenu est fonction de la lumière incidente. L'électricité produite est fonction de l'éclairement, la cellule photovoltaïque produit un courant continu.

Les cellules photovoltaïques les plus répandues sont constituées de semi-conducteurs, principalement à base de silicium (Si) et plus rarement d'autre semi-conducteurs : sulfure de cadmium (CdS), tellurure de cadmium (CdTe), etc. Elles se présentent généralement sous la forme de fines plaques, rondes ou carrées, d'une dizaine de centimètres de coté, prises en sandwich entre deux contacts métalliques, pour une épaisseur de l'ordre du millimètre.

Les cellules sont souvent réunies dans des modules solaires photovoltaïques (ou "panneaux solaires"), en fonction de la puissance recherchée.


 

Principe de fonctionnement

Dans un semi-conducteur exposé à la lumière, un photon d'énergie suffisante arrache un électron, créant au passage un "trou". Normalement, l'électron trouve rapidement un trou pour se replacer, et l'énergie apportée par le photon est ainsi dissipée. Le principe d'une cellule photovoltaïque est de forcer les électrons et les trous à se diriger chacun vers une face opposée du matériau au lieu de se recombiner simplement en son sein : ainsi, il apparaitra une différence de potentiel et donc une tension entre les deux faces, comme une pile.

Pour cela, on s'arrange pour créer un champ électrique permanent au moyen d'une jonction PN, entre deux couches dopées respectivement P et N :

La couche supérieure de la cellule est composée de silicium dopé N[1]. Dans cette couche, il existe une quantité d'électrons libres supérieure à une couche de silicium pur, d'où l'appellation de dopage N, comme négatif (charge de l'électron). Le matériau reste électriquement neutre : c'est le réseau cristallin qui supporte globalement une charge positive.

Au moment de la création de la jonction P-N, les électrons libres de la région N rentrent dans la couche P et vont se recombiner avec les trous de la région P. Il existera ainsi, pendant toute la vie de la jonction, une charge positive de la région N au bord de la jonction (parce que les électrons en sont partis) et une charge négative dans la région P au bord de la jonction (parce que les trous en ont disparu) ; l'ensemble forme la Zone de Charge d'Espace ( ZCE ) et il existe un champ électrique entre les deux, de N vers P. Ce champ électrique fait de la ZCE une diode, qui ne permet le passage du courant que dans un sens : les électrons peuvent passer de la région P vers la région N, mais pas en sens inverse ; inversement les trous ne passent que de N vers P.

En fonctionnement, quand un photon arrache un électron à la matrice, créant un électron libre et un trou, sous l'effet de ce champ électrique ils partent chacun à l'opposé : les électrons s'accumulent dans la région N (qui devient le pôle "-" ), tandis que les trous s'accumulent dans la couche dopée P (qui devient le pôle "+" ). Ce phénomène est plus efficace dans la ZCE, où il n'y a pratiquement plus de porteurs de charges (électrons ou trous) puisqu'ils se sont annihilés, ou à la proximité immédiate de la ZCE : lorsqu'un photon y crée une paire électron-trou, ils se séparent et ont peu de chance de rencontrer leur opposé, alors que si la création a lieu plus loin de la jonction, l'électron (resp. le trou) nouveau conserve une grande chance de se recombiner avant d'atteindre la zone N (resp. la zone P). Mais la ZCE est forcément très mince, aussi n'est-il pas utile de donner une grande épaisseur à la cellule[3].

En somme, une cellule photovoltaïque est l'équivalent d'un générateur de courant auquel on a adjoint une diode.

Il faut ajouter des contacts électriques (qui laissent passer la lumière en face éclairée : en pratique, on utilise un contact par une grille), une couche antireflet pour assurer une bonne absorption des photons, etc.

Pour que la cellule fonctionne, et produise le maximum de courant, on ajuste le gap du semi-conducteur au niveau d'énergie des photons. On peut éventuellement empiler les jonctions, de façon à exploiter au mieux le spectre d'énergie des photons, ce qui donne les cellules multi-jonctions.

Français :

Intégration en toiture de panneaux solaires thermiques (10 m²) et photovoltaïques (20 m²)

Source Photo prise par F5ZV le 26 avril 2006

Transferred from fr.wikipedia

Date 26 avril 2006

2006-04-26 (original upload date)

Auteur Original uploader was F5ZV at fr.wikipedia

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Fonctionnement cellule solaire

Bibliographie

© CEA

Technique de fabrication

Le silicium est actuellement le matériau le plus utilisé pour fabriquer les cellules photovoltaïques. On l'obtient par réduction à partir de silice, composé le plus abondant dans la croute terrestre et notamment dans le sable ou le quartz. La première étape est la production de silicium dit métallurgique, pur à 98% seulement, obtenu à partir de morceaux de quartz provenant de galets ou d'un gisement filonien (la technique de production industrielle ne permet pas de partir du sable). Le silicium de qualité photovoltaïque doit être purifié jusqu'à plus de 99,999%, ce qui s'obtient en transformant le silicium en un composé chimique qui sera distillé puis retransformé en silicium.

Le silicium est produit sous forme de barres nommées « lingots » de section ronde ou carrée. Ces lingots sont ensuite sciés en fines plaques mises au carré (si nécessaire) de 200 micromètres d'épaisseur qui sont appelées « wafers ». Après un traitement pour injecter enrichir en éléments dopant (P, As, Sb ou B) et ainsi obtenir du silicium semi-conducteur de type P ou N, les wafers sont « métallisés » : des rubans de métal sont incrustés en surface et reliés à des contacts électriques. Une fois métallisés les wafers sont devenus des cellules photovoltaïques.

La production des cellules photovoltaïques nécessite de l'énergie, et on estime qu'un module photovoltaïque doit fonctionner environ 2 à 3 ans[4] suivant sa technologie pour produire l'énergie qui a été nécessaire à sa fabrication (retour energétique du module).

Les techniques de fabrication et les caractéristiques des principaux types de cellules sont décrits dans les 3 paragraphes suivants. Il existe d'autres types de cellules actuellement à l'étude, mais leur utilisation est pratiquement négligeable.

Les matériaux et procédés de fabrication font l'objet de programmes de recherches ambitieux pour réduire les coûts de possession et de recyclage des cellules photovoltaïques. Les technologies couches minces sur substrats banalisés semblent recueillir les suffrages de l'industrie naissante. En 2006 et 2007, la croissance de la production mondiale de panneaux solaires a été freinée par manque de silicium, et les prix des cellules n'ont pas baissé autant qu'espéré . L'industrie cherche à faire baisser la quantité de silicium utilisé. Les cellules monocristallines sont passées de 300 microns d'épaisseur à 200 et on pense maintenant atteindre rapidement les 180 puis 150 microns, diminuant la quantité de silicium et d'énergie nécessaire, mais aussi les prix.

Cellule en silicium amorphe

Le silicium lors de sa transformation, produit un gaz, qui est projeté sur une feuille de verre. La cellule est gris très foncé. C'est la cellule des calculatrices et des montres dites "solaires".

Cellule en silicium monocristallin

Lors du refroidissement, le silicium fondu se solidifie en ne formant qu'un seul cristal de grande dimension. On découpe ensuite le cristal en fines tranches qui donneront les cellules. Ces cellules sont en général d'un bleu uniforme.

Cellule en silicium multicristallin





Pendant le refroidissement du silicium dans une lingotière, il se forme plusieurs cristaux. La cellule photovoltaïque est d'aspect bleuté, mais pas uniforme, on distingue des motifs créés par les différents cristaux.

Ce sont les cellules les plus utilisées pour la production électrique (meilleur rapport qualité-prix).

Polycristallin ou multicristallin ? On parlera ici de silicium multicristallin (réf. IEC TS 61836, vocabulaire international photovoltaïque). Le terme polycristallin est utilisé pour les couches déposées sur un substrat (petits grains).

Cellule Tandem

Empilement monolithique de deux cellules simples. En combinant deux cellules (couche mince de silicium amorphe sur silicium cristallin) absorbant dans des domaines spectraux se chevauchant, on améliore le rendement théorique par rapport à des cellules simples distinctes, qu'elles soient amorphes, cristallines ou microcristallines.

Cellule en plastique

Les cellules photovoltaïques organiques sont des cellules photovoltaïques qui sont composées non pas de semi-conducteur inorganique dopé tel que le silicium dans les cellules classiques mais de semi-conducteurs organiques comme leur nom l'indique.

Apparues dans les années 1990, elles constituent une tentative de réduction du coût de l'électricité photovoltaïque, sans conteste la principale barrière de cette technologie. Les cellules photovoltaïques organiques bénéficient en effet du faible coût des semi-conducteurs organiques ainsi que de nombreuses simplifications potentielles dans le processus de fabrication. On distingue dans les semi conducteurs organiques les polymères, qui se déposent par centrifugation, des matériaux de petites molécules déposés eux par thermo-évaporation. Utilisant comme substrat du plastique (PEN, PMMA ...), elles offrent la perspective d'une production en continu (roll-to-roll) qui permettrait enfin l'accès à des panneaux solaires à un prix raisonnable.


Encore au stade de recherche expérimentale, le record de rendement est compris entre 4 et 5% en laboratoire. Avant une possible commercialisation, des avancées concernant l'efficacité et l'encapsulation doivent encore être réalisés. En effet, l'oxygène, très électronégatif, réagit avec les électrons en excès et réduit fortement le niveau de dopage.

Cellule multi-jonction

Des cellules ayant une grande efficacité ont été développées pour des applications spatiales. Les cellules multi-jonctions sont constituées de plusieurs couches minces qui utilisent l'épitaxie par jet moléculaire.

Une cellule triple jonction, par exemple, est constituée des semi-conducteurs GaAs, Ge et GaInP2. Chaque type de semi-conducteur est caractérisé par une longueur d'onde maximale au delà de laquelle il est incapable de convertir le photon en énergie électrique (cf. bande interdite). D'un autre côté, en deçà de cette longueur d'onde, le surplus d'énergie véhiculé par le photon est perdu. D'où l'interêt de choisir des matériaux avec des longueurs aussi proches les unes des autres que possible (en multipliant leur nombre d'autant) de manière à ce qu'une majorité du spectre solaire soit absorbé, ce qui génère un maximum d'électricité à partir du flux solaire. L'usage de matériaux composés de boîtes quantiques permettra d'atteindre 65% dans le futur (avec un maximum théorique de 87%). Les dispositifs à multijonctions GaAs sont les cellules les plus efficaces. Spectrolab a obtenu 40.7% d'efficacité (déc. 2006), un consortium (dirigé par des chercheurs de l'université du Delaware) a obtenu un rendement de 42.8%[6] (sep. 2007). Le coût de ces cellules est de l'ordre de USD 40 $/cm².

Semi conducteur fbi

La technique consiste à déposer un matériau semi conducteur à base de cuivre, de gallium, d'indium et sélénium sur un support.

Une inquiétude cependant : les ressources en matières premières. Ces nouvelles techniques utilisent des métaux rares comme l'indium dont la production mondiale est de 25 tonnes par an et le prix d'avril 2007 de 1000 dollars le kg ; le tellure dont la production mondiale est de 250 tonnes par an ; le gallium d'une production de 55 tonnes par an ; le germanium d'une production de 90 tonnes l'an. Bien que les quantités de ces matières premières nécessaires à la fabrication des cellules solaires soient infinitésimales, un développement massif mondial des panneaux solaires photovoltaiques en couches minces sans silicium ne manquerait pas de se heurter à cette disponibilité physique limitée.

Utilisation

Les cellules photovoltaïques sont parfois utilisées seules (éclairage de jardin, calculatrice, ...) ou bien regroupées sur des panneaux solaires photovoltaïques.

Elles sont très utilisées en remplacement des piles (dont l'énergie est de loin la plus chère pour l'utilisateur ; même pour le fabricant, un compartiment pile et la pile éventuellement fournie peuvent couter plus cher qu'une cellule), pourvu que le dispositif ne réclame pas trop d'énergie par rapport à la surface qu'on peut accorder au générateur photovoltaïque, et qu'il y ait assez de lumière pendant l'usage : les cellules ont envahi calculette, montres, gadgets, etc.

Il est possible d'augmenter leur gamme d'utilisation avec un stockage (condensateur ou batterie). Lorsqu'elles sont utilisées avec un dispositif de stockage de l'énergie, il est indispensable de placer une diode en série pour éviter la décharge du système pendant la nuit.

Elles sont utilisées pour produire de l'électricité pour de nombreuses applications (satellites, parc-mètres, ...), ainsi que pour alimenter des habitations ou un réseau public de distribution dans le cas d'une centrale solaire photovoltaïque.

Recherche et développement

La technique n'a pas atteint la maturité et de nombreuses pistes de recherches sont explorées ; il s'agit d'abord de faire baisser le prix de revient de l'électricité produite, mais aussi d'obtenir des progrès en matière de rusticité, de souplesse d'usage, de facilité d'intégration dans des objets, de durée de vie, etc.). Toutes les étapes des procédés de fabrication peuvent être améliorées, par exemple :

La pénurie de silicium accroît encore l'incitation à l'innovation sur un marché en forte croissance qui s'annonce colossal, surtout si on parvient à baisser le prix de revient de l'électricité produite et à le rapprocher de celui des combustibles fossiles.

 

Feuille de route du photovoltaïque

Voici quelques objectifs que l'industrie japonaise s'est donnés:

Thème

Cible 2010

Cible 2020

Cible 2030

Coût de production

100 Yen/watt

75 Yen/watt

<50 Yen/watt

Durée de vie

-

+30 ans

-

Consommation de matière première

-

-

1 g/watt

Coût du convertisseur

-

-

15.000 Yen/KW

Coût de la batterie

-

10 Yen/Wh

-

Efficacité cellule cristalline

20 %

25 %

25 %

Efficacité cellule couche mince

15 %

18 %

20 %

Efficacité cellule CIS

19 %

25 %

25 %

Efficacité cellule III-V

40 %

45 %

50 %

Efficacité cellule "Dye Sensitized"

10 %

15 %

18 %

Source Nedo (Japon)

165 Yen=1€

Déc. 2007


 

Module solaire photovoltaïque


Un module solaire photovoltaïque (ou panneau solaire photovoltaïque) est un générateur électrique de courant continu constitué d'un ensemble de cellules photovoltaïques reliées entre elles électriquement, qui sert de module de base pour les installations photovoltaïque et notamment les centrales solaires photovoltaïques.

Caractéristiques

Les panneaux sont généralement des parallélépipèdes rectangles rigides minces (quelques centimètres d'épaisseur), dont la longueur et la largeur sont de l'ordre du mètre, pour une surface de l'ordre du m², et une masse de l'ordre de la dizaine de kg. Divers éléments (branchements électrique, fixations, éventuel cadre pour assurer une étanchéité) sont inclus.

Il existe également des modules sous forme de membranes souples et résistantes, ainsi que des panneaux à concentration, plus complexes mais exploitant mieux l'élément le plus cher du panneau (la cellule photovoltaïque).

Leur rendement est un peu plus faible que celui des cellules qui les constituent, du fait des pertes électrique internes et des surfaces non couvertes, mais reste d'environ 10 à 15%. La puissance "crête"[1] d'un panneau photovoltaïque est de l'ordre de 100 à 200 watts par mètre carré (soit un rendement de 10 à 20%, les fabricants annonçant environ 15 % pour leurs meilleurs panneaux), ce qui donne une puissance crête de 50 à 250 W par panneau, selon ses caractéristiques, notamment sa taille. Cette puissance est livrée sous forme de courant continu, ce qui est parfait pour un branchement sur une batterie et pour de nombreuses applications, mais implique une transformation en courant alternatif par un onduleur s'il s'agit de l'injecter dans un réseau de distribution. La tension délivrée dépend du type des panneaux et du branchement des cellules. Elle est de l'ordre de 10 à 100 volts.

Outre sa puissance et sa surface, un panneau a trois caractéristiques importantes :

Le prix pour de tels panneaux est d'environ 5 €/Wc (ce prix baisse régulièrement, la cible étant de 1 €/Wc, prix où l'énergie photovoltaïque devient compétitive avec les ressources fossiles[2])

L'énergie réellement captée par un module dépend, de la surface et de la puissance nominale du panneau mais aussi de l'ensoleillement, variable selon la latitude, la saison, l'heure de la journée, la météo, le masquage subi, etc. En Europe, chaque Wc permet la production d'environ 1kWh d'énergie sur l'année, le double dans des zones bien ensoleillées et avec un héliostat.

Un module photovoltaïque ne génère aucun déchet en fonctionnement, son coût de démantèlement est très faible et ses coûts d'exploitation sont quasi nuls. Étanche, il peut servir de couverture à un toit, sous réserve de bien maitriser l'écoulement d'eau aux bords avec un montage adapté. La durée de vie d'un tel module est supérieure à 20 ans.

Technologie

Ce sont les cellules à base de silicium qui sont actuellement les plus utilisées, les autres types étant encore soit en phase de recherche/développement, soit trop chers et réservés à des usages où leur prix n'est pas un obstacle. On distingue en outre, en fonction des technologies utilisées :

La technologie évolue rapidement, le prix du kWc (kilo-watt crête) étant beaucoup plus important que le rendement du panneau : un rendement deux fois plus faible signifie seulement qu'il faudra équiper deux fois plus de surface pour collecter la même énergie, ce qui n'est gênant que si la surface disponible est limitée par rapport à la puissance nécessaire (sur un satellite, par exemple...). Par conséquent, si une nouvelle technologie permettait de produire des panneaux de faible rendement, mais bon marché, elle aurait de bonnes chances de s'imposer. Le rendement reste néanmoins une composante du prix, ne serait-ce que pour les frais de manutention et d'installation, d'autant plus faible que le module est petit et léger.

Production et pertes

Les principales sources de pertes énergétiques sont :

Lors de l'analyse de 172 installations du programme pionnier en Europe "1000 toits allemands", des productions de 0.43 kWh/Wc/an à 0.875 kWh/Wc/an avec une moyenne de 0.68 kWh/Wc/an.[5] Une autre analyse de l'Agence Internationale de l'Energie (IEA) montre des valeurs typiques variant entre 0,7 kWh/Wc/an en Allemagne et en Hollande, 0,83 kWh/Wc en Suisse avec une dispersion considérable de 0,4-0,95 kWh/Wc (Allemagne) et 0,5-1,4 kWh/Wc (Suisse).[6]. En outre, des installations avec des caractéristiques similaires installées dans des endroits très proches l'un de l'autre peuvent conduire à des productions très éloignées.

En conclusion, les valeurs moyennes du coefficient de performance PR oscillent entre 0,7 et 0,75. L'analyse de l'Agence Internationale pour l'énergie montre que les PR varient considérablement de 0,25 à 0,9 avec une valeur moyenne de 0,72.

Les Kwh/Wc produits par un dispositif photovoltaïque peuvent alors s'exprimer comme le produit de trois facteurs indépendants :

EAC / P * = (Gdeff / G * ) * FO * PR

P* : Puissance nominale produite en conditions STC (W).
Gdeff : Irradiation annuelle effective incidente sur le module (kWh/m2).
G* : Irradiance STC (1000 W/m2).
FO : Facteur prenant en compte les pertes par ombrage.[7]

A partir de là, il est possible d'estimer une productivité électrique annuelle. Les valeurs qui suivent sont indicatives et approximatives, car ce type de mesure est très sensible aux conditions et conventions adoptées : avec ou sans héliostat, avec ou sans les pertes de l'onduleur, en moyenne sur une région ou sur un lieu-dit particulièrement propice, etc. en kWh/Wc/an[8] ; ici le coefficient de performance PR (Performance Ratio) adopté est de 0,75 et pour une surface inclinée optimalement.

Toutefois, les valeurs réelles peuvent être bien plus faibles.

Un panneau constitué de 20 cellules photovoltaïques va donc délivrer une tension U de 12V, et cela quelque soit l'ensoleillement.

Mais pour faire fonctionner des appareils électriques, c'est la puissance P (en Watt) qui détermine l'énergie électrique.

Et P=U×I, c'est donc l'intensité du panneau qui va déterminer l'énergie électrique.

Et c'est l'intensité qui varie en fontion de l'ensoleillement

Exemple :

prenons un panneau de 12 V :

Lorsque l'irradiation solaire est maximale (1000 W/m²), l'intensité et par conséquent la puissance délivrées par le panneau seront élevées.

Puissance (W) = Tension (V) × Intensité (A)

P = 12 × 10

P = 120 W

 

Pour un bon fonctionnement, une forte irradiation solaire est plus que recommandée.

Applications

© R.Heleu

Les modules solaires photovoltaïques se sont d'abord développés dans des applications très variées non connectées au réseau électrique, soit parce qu'il n'y a aucun réseau disponible (satellites, mer, montagne, désert..), soit parce que le raccordement reviendrait trop cher par rapport à la puissance nécessaire (balises, horodateur, abris-bus, ...) ; dans ce cas, on utilise des appareils électriques adaptés au courant continu livrés par les modules.

Pour alimenter en électricité une habitation ou un réseau public de distribution, on intercale un onduleur qui transforme le courant continu en courant alternatif adapté aux appareils classiques. Plusieurs modules sont intégrés dans une centrale solaire photovoltaïque qui peut être soit un système photovoltaïque autonome soit un système photovoltaïque raccordé au réseau. Ce type d'application n'est rendue possible que par des subventions massives existant dans certains états, car l'énergie ainsi produite reste encore environ 10 fois plus chère que l'électricité nucléaire ou à partir d'hydrocarbures fossiles : la source solaire est certes gratuite, mais l'investissement requis est très élevé.

Économie

Les cinq plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60 % du marché mondial. Il s'agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises américaines BP Solar et Astropower, et de l'allemande RWE Schott Solar. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, mais c'est en Chine que la grande majorité des panneaux sont assemblés.

Après avoir été tirée par l’électrification des sites isolés et l'alimentation de matériel mobile, la demande est maintenant motivée par la perspective de manquer d'énergie ou le souci d'éviter l'émission de gaz à effet de serre, et concerne surtout les installations connectées au réseau. Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaïques sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l'électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France et dans d'autres pays (mais souvent à des conditions particulières). En 2006, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté, dans le monde, une puissance de 1500 MW, portant la totalité des installations mondiales à 6700 MW . Le Japon (1750 MW), l'Allemagne (3063 MW) et les États-Unis (610 MW) représentent ensemble 81 % du marché mondial. Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l'électricité) représentent la majorité des nouvelles installations.

Le Japon est lui-même un des plus grand consommateur de panneaux solaires, mais largement dépassé par l'Allemagne [2].

 

Prix des équipements (hors taxes)

La cible de 1 $ par Wc (au niveau des cellules) correspond à un prix de 0,1 $ par kWh, qu'il faut rapporter au prix actuel du kWh à la consommation par les sources classiques (nucléaire, charbon, gaz, ...) : environ 0,06 $ CAN au Québec, (un des moins cher, voire le moins cher du monde grâce à leur production hydroélectrique), 0,15 $ en France, 0,25 $ au Japon, etc. Le prix cible est donc celui qui rend la solaire photovoltaïque compétitif et même susceptible de rendre inutile les sources fossiles et nucléaires, voire les réseaux de distribution classique, sous réserve de disposer des surfaces nécessaires pour le déployer.

Prix du kWh

Le prix du kWh produit par un équipement solaire, actualisé sur la durée de vie de l'équipement, peut s'estimer à partir de trois paramètres :

On obtient alors une formule assez simple, puisque une installation qui aurait couté 1 € par Wc et produisant 1 kWh par an et par Wc aurait alors un coût de base de 0,1 € par kWh[9], le prix du kWh étant ensuite proportionnel au prix d'achat (e.g., le triple si l'installation a couté 3 € par Wc) et inversement proportionnelle à la productivité (e.g., la moitié si l'installation produit 2 kWh par Wc et par an, le double si elle ne produit que 0,5 kWh par Wc et par an).

Ainsi, en Belgique où on peut tabler sur une installation à 6 € par Wc (installation domestique) et une productivité de 0,9 kWh par Wc (Cf. supra), le kWh photovoltaïque revient à 0,1 x 6 / 0,9 = 0,67 €. La même installation dans les meilleurs conditions possibles (dans le désert d'Atacama) produirait un kWh à 0,25 €.

Comparaison du prix de l'électricité photovoltaïque avec le prix d'autres énergies

L'électricité photovoltaïque est moins chère que celle des piles (qui est la plus chère de toutes les électricités) : c'est la raison pour laquelle les modules sont si répandus dans les calculettes, montres, gadgets, etc. Elle est également compétitive pour des petits équipements autonomes (horodateur, balises marines...).

Pour les autres utilisations courantes, en revanche, elle est actuellement beaucoup plus chère, de 2 à 10 fois , que l'électricité actuellement produite à partir d'énergie fossile (environ 3 centimes par kWh à la production), d'énergie éolienne, et même d'électricité solaire thermodynamique.

Prix du kWh

Le prix du kWh produit par un équipement solaire dépend surtout des frais d'investissement et de l'insolation ; pour une installation domestique telle que celle retenue dans les incitations fiscales française (3 kW, produisant 3000 kWh/an, et ayant coûté 6 €/W), le kWh coûte 60 centimes ; il descend à 40 centimes si on obtient 4500 kWh/an (zone bien ensoleillée, comme en Corse par exemple).

Comparaison du prix de l'électricité photovoltaïque avec le prix d'autres sources d'énergie

Calculer un prix nécessite de faire des hypothèses sur les taux d'intérêts, les futurs frais de maintenance (dont ceux de personnel, donc des gains de pouvoir d'achat et de productivité), de combustible, les durées d'utilisation de l'équipement, etc.

Chaque étude peut faire ses propres hypothèses et les résultats peuvent varier, néanmoins ces variations restent légères et quasiment sans impact sur le classement comparatif des énergies.

La comparaison peut en outre tenir compte du fait que la production photovoltaïque peut se faire directement au niveau du consommateur, ce qui permet de s'affranchir des frais et pertes de distribution, commercialisation, etc. Ces frais sont importants, puisqu'ils expliquent la différence entre le prix du kWh à la production (3 à 4 centimes pour les moins chers : centrale nucléaire, turbine à gaz à cycle combiné, centrale à charbon à lit fluidisé[7]) et les prix au niveau du consommateur (10 à 15 centimes, voire plus, selon le pays).

De toutes les énergies renouvelables, le kWh photovoltaïque est de loin le plus cher (20 à 25 centimes pour une centrale et environ 40 centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 à 8 pour l'éolien par exemple)[8].

Si on cherche à se projeter dans l'avenir, on s'attend à une hausse du prix de l'électricité fossile et nucléaire (hausse du prix du combustible à cause du rapprochement du pic de production, taxe carbone, nouvelles exigences de sureté et retraitement nucléaire, ...) et une baisse du prix de l'énergie photovoltaïque (progrès technologique, économies d'échelle suite à la hausse des volumes). Néanmoins, il faudrait une division du prix par 4 ou 5 pour rendre le photovoltaïque compétitif. Les autres énergies renouvelables et notamment le solaire thermodynamique (centrale solaire thermodynamique) restent actuellement moins chères[9]. La seule énergie plus chère que celle du photovoltaïque est actuellement celle des piles électriques, d'autant qu'il est très facile d'implanter un petit capteur photoélectrique sur les petits appareils qui utilisent cette source : c'est la raison pour laquelle les modules sont si répandus dans les calculettes, montres, gadgets, balances, télécommandes, etc...

Heureusement pour elle, la technologie photovoltaïque présente des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres. De plus, il faut tenir compte des économies si elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil, ...), et des économies sur le réseau électrique qui pourraient être permises par une installation décentralisée. Ces facteurs donnent une chance à cette technique, et expliquent qu'elle bénéficie d'incitations gouvernementales qui lui permettent de se développer en dépit de coûts plus importants que toutes les autres.

Éléments de rentabilité d'une installation

Ensemble des éléments techniques, financiers et fiscaux à prendre en compte dans les calculs de rentabilité d'une installation produisant de l'énergie à partir du photovoltaïque : * Flux liés à l'investissement : Ce sont le matériel (modules, onduleurs...), le transport et le stockage, l'ingénierie et installation et les éventuelles options (télésurveillance) en année 0. A partir de ce chiffrage de l'investissement pour une puissance donnée, il est possible de calculer l'énergie annuelle qui sera produite, en fonction du taux d'ensoleillement de la région. Cette énergie annuelle est revendue à EDF (Agence d'Obligation d'Achats) au tarif indexé en vigueur pendant 20 ans en France et cela donne le chiffre d'affaires annuel généré par la centrale solaire photovoltaïque. * Flux liés à l'exploitation : ils reprennent le chiffre d'affaires dès la première année, lorsque la centrale est raccordée au réseau, auquel il faut déduire les différents flux et charges tels l'exploitation et la maintenance, la location de la toiture si applicable, la prime d'assurance, les frais généraux, la taxe professionnelle, les dotations aux amortissements et aux provisions, la variation du BFR et l'impôt sur les sociétés qui s'applique sur le résultat net, car une société ad hoc est souvent constituée par projet photovoltaïque. Ces flux sont aisés à estimer pendant les 20 ans de l'obligation d'achat, mais des hypothèses de valeur résiduelle de l'équipement après 20 ans sont à faire. * Flux liés aux financements : ils prennent en compte le montage financier, la dette qui peut représenter 80% de l'investissement initial, son remboursement et les intérêts. Le tableau de flux étant complété, il suffit de calculer la valeur actuelle nette (VAN), le taux de rentabilité interne (Taux de rentabilité interne) et le délai de récupération pour cet investissement.

Comparaison du prix de l'électricité photovoltaïque avec le prix d'autres sources d'énergie

Pour une énergie donnée, calculer son prix nécessite de faire des hypothèses sur les taux d'intérêt, les futurs frais de maintenance (dont ceux de personnel, donc des gains de pouvoir d'achat et de productivité), de combustible (ce qui signifie par exemple qu'on fait une hypothèse sur son prix dans plusieurs années), les durées d'utilisation de l'équipement (amortissement), etc. Chaque étude peut faire ses propres hypothèses et les résultats peuvent varier, néanmoins ces variations restent légères et quasiment sans impact sur le classement comparatif des énergies. La comparaison peut en outre tenir compte du fait que la production photovoltaïque peut se faire directement au niveau du consommateur, ce qui permet de s'affranchir des frais et pertes de distribution, commercialisation, etc. Ces frais sont importants, puisqu'ils expliquent la différence entre le prix du kWh à la production (3 à 4 centimes pour les moins chers : centrale nucléaire, turbine à gaz à cycle combiné, centrale à charbon à lit fluidisé[9]) et les prix au niveau du consommateur (10 à 15 centimes, voire plus, selon le pays). De toutes les énergies renouvelables, le kWh photovoltaïque est actuellement de loin le plus cher (20 à 25 centimes pour une centrale et environ 40 centimes pour une bonne installation individuelle en France, contre 7 à 8 pour l'éolien par exemple)[10]. Si on cherche à se projeter dans l'avenir, on s'attend à une hausse du prix de l'électricité fossile et nucléaire (hausse du prix du combustible à cause du rapprochement du pic de production, taxe carbone, nouvelles exigences de sûreté et retraitement nucléaire…) et une baisse du prix de l'énergie photovoltaïque (progrès technique, économies d'échelle suite à la hausse des volumes). Néanmoins, il faudrait une division du prix par 4 ou 5 pour rendre le photovoltaïque compétitif. Les autres énergies renouvelables et notamment le solaire thermodynamique (centrale solaire thermodynamique) restent actuellement moins chères[11]. La seule énergie plus chère que celle du photovoltaïque est actuellement celle des piles électriques, d'autant qu'il est très facile d'implanter un petit capteur photoélectrique sur les petits appareils qui utilisent cette source : c'est la raison pour laquelle les modules sont si répandus dans les calculettes, montres, gadgets, balances, télécommandes, etc. Heureusement pour elle, la technique photovoltaïque présente des possibilités de réduction de coûts beaucoup plus grandes que toutes les autres. De plus, il faut tenir compte des économies si elle remplit une seconde fonction (toiture, brise soleil…), et des économies sur le réseau électrique qui pourraient être permises par une installation décentralisée. Ces facteurs donnent une chance à cette technique et expliquent qu'elle bénéficie d'incitations gouvernementales qui lui permettent de se développer en dépit de coûts plus importants que toutes les autres, développement qui est d'ailleurs une des conditions à la baisse des coûts.

 

Puissances installées photovoltaïque

Différentes puissances cumulées fin 2007 et installées en 2007 selon l'agence internationale de l'énergie[6] :

En 2007 les installations ont cru de 40 % par rapport à celle de 2006[6]. La prévision mondiale pour 2008 est de 13 500 MW.

En France : Le parc photovoltaïque s'est étoffé avec au 31 décembre 2009, 269 MW raccordés au réseau électrique (200 en métropole et 69 en outre-mer et Corse), avec une forte progression (+ 54 %) de la fin septembre 2009 au 31 décembre 2009 [12]. 91% des systèmes installés font moins de 3 kW, mais constituent 44% de la puissance installée [12]. En terme de sécurité électrique 37% des installations (864 en 2009) sont encore à mettre en conformité aux meilleures normes concernant le risque d’électrocution pour 28% pour le risque d'incendie [12] (En 2008, c'étaient 45% des installations contrôlées qui n'étaient pas aux normes) Pour encourager cette mise aux normes, le MEEDDM (Ministère de l’Ecologie, de l’Energie, du Développement Durable et de la Mer) a annoncé une modification du décret du 14 décembre 1972 obligeant, dans le logement, l'attestation de conformité pour toute installation électrique neuve ; il sera explicitement étendu aux installations de production dont photovoltaïques.

Recherche et développement

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent. L'essentiel des progrès se fait au niveau des cellules. Cependant, il existe aussi des innovations au niveau d'autres éléments qui peuvent réduire le coût global ou améliorer les fonctionnalités : amélioration des onduleurs, des héliostats, intégration dans des éléments standards de toitures (sous forme de tuiles par exemple), de vitrage ou de façade.

Principales entreprises du secteur

- producteurs de silicium

- producteurs de cellules

- producteurs d'équipement de fabrication de cellules

- producteurs de panneaux solaires photovoltaïques

Recherche

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent.

En 20 ans, les rendements sont passés de 15 % à 42,8 % (septembre 2007) dans les laboratoires. Ce dernier chiffre est obtenu par un consortium (associant, entre autres, des chercheurs de l'Université du Delaware, de l'institut technologique de Géorgie, de l'Université de Rochester et du MIT). Les rendements des systèmes disponibles commercialement sont quant à eux passés de 5 % à 22 %.

La technologie basée sur le silicium a un développement comparable à celui de l'industrie des semiconducteurs. Quelques sociétés actives dans ce domaine, comme Sharp, sont aussi actives dans le photovoltaïque, mais de plus en plus de nouveaux entrants affichent leurs ambitions dans ce secteur de croissance.

Outre l'amélioration constante des produits à base de silicium, on peut citer plusieurs technologies innovantes qu'on espère promises à un bel avenir :

Récemment, deux chercheurs japonais de l'université Toin de Yokohama - Tsutomu Miyasaka et Takurou Murakami - ont conçu un capteur révolutionnaire capable de stocker l'énergie solaire sans batterie. Ce dispositif nommé photo-condensateur promet une nette simplification des installations photovoltaïques. Selon ses concepteurs, ce capteur serait deux fois plus performant que les capteurs classiques à base de silicium et pourrait donc fonctionner avec une lumière de faible intensité, comme à l'intérieur d'un bâtiment ou par temps voilé. Un autre domaine de recherche est celui de l'intégration des composants photovoltaïques dans les éléments de construction, ce qui diminue fortement le coût global (tuiles, panneaux de toiture, vitrages, façades, etc) et améliore l'architecture du bâtiment.

Bibliographie Wikipédia (sauf logos)


Cette création est mise à disposition sous un contrat Creative Commons.

© Photowatt international

Notes et references

1 puissance sous un ensoleillement de 1000 W/m², une température normalisée de 25ºC et une distribution spectrale AM1,5(conditions STC).

  1. une petite proportion des atomes de silicium est remplacée par un élément de valence supérieure dans la classification périodique, c'est-à-dire qui possède plus d'électrons sur sa couche de valence que le silicium. Le silicium possède 4 électrons sur sa couche de valence : on peut donc utiliser des éléments de la colonne 15, par exemple le Phosphore.

  2. par un élément de valence inférieure au silicium. Il peut s'agir de Bore (B) ou d'un autre élément de la colonne 13.

  3. On peut, en revanche, lui donner une forme ondulée, comme sur l'exemple : le volume actif est augmenté

  4. IEA - Compared assessment of selected environmental indicators of photovoltaic electricity in OECD cities

  5. Rendement suivant les matériaux d'après ADEME
  6. Green Car Congress: UD-Led Team Sets Solar Cell Efficiency Record of 42.8%; Joins DuPont on $100M Project 

  7. Source : Nikkei Net (2007 12 06) (en), Bulletin de l'ambassade de France 

  8. Institut associant EDF, CNRS et Ecole nationale supérieure de chimie de Paris (ENSCP)

  9. Nikkei Net - 04/02/2008

  10. Bibliographie Internet http://www.ddmagazine.com/2008012991/Guides-pratiques/Toutes-les-reponses-a-vos-questions-
  11. Les constructeurs de panneaux solaires parlent de kilowatts crête de quoi s’agit -il ? C’est la principale caractéristique d'un panneau solaire. Elle exprime la puissance maximale délivrée en plein soleil dans les conditions idéales. Elle s'exprime en « watts crête» (abréviation Wc) quand on parle d’un panneau, ou de kilowatts crête (kWc) quand on parle d’une installation complète.
  12. Quelle surface de panneau solaire dois-je installer pour une puissance de 1 kWc ? De l’ordre de 7 m². Pour fixer les idées, en plein soleil, 7 m² de panneaux solaires peuvent faire marcher un sèche cheveux d’entrée de gamme.
  13. Supposons que j’installe sur mon toit une surface de panneaux solaires d’une puissance totale de 1 kWc. Quelle énergie électrique vais-je pouvoir récupérer sur l’année ? En France l'énergie annuelle moyenne produite par 1 kWc de panneaux solaires (environ 7 m²) est de l'ordre de 1000 kWh.
  14. Je n’arrive pas bien à estimer à quoi correspondent ces 1000 kWh produits sur l’année ? La consommation électrique moyenne d'un ménage français étant de 4000 kW/h (source ADEME), il faudrait un système de 4 kWc pour satisfaire à ses besoins, soit en surface de panneau, de l’ordre de 28 m².
  15. Puis-je chauffer ma maison ou produire mon eau chaude sanitaire avec des panneaux solaires photovoltaïques ? Non ce serait une hérésie ! Il est bien plus efficace de chauffer de l’eau (pour le chauffage ou pour l’eau chaude sanitaire) à l’aide panneaux solaires thermiques. Dans ces derniers, l’eau circule dans des tuyaux sous une vitre et se chauffe directement aux rayons du soleil. Si vous vous êtes déjà douché sur la pelouse à l’aide de l’eau chauffée dans le tuyau d’arrosage resté au plein soleil, vous comprenez de quoi il s’agit. Le chauffe-eau solaire fonctionne sur ce principe ultra simple. Sa capacité à absorber l’énergie du soleil est 10 fois plus grande que celle des panneaux solaires photovoltaïques. Ces derniers sont exclusivement destinés à produire de l’électricité pour l’éclairage et les appareils électriques.
  16. Qu’est-ce qu’un onduleur ? Les panneaux solaires produisent du courant continu ; comme des piles. Le courant du réseau public est un courant alternatif à 220 volts. L’onduleur, transforme le courant continu issu des panneaux en courant alternatif à la tension du réseau. Selon la taille des installations, il faut un ou plusieurs onduleurs, généralement un seul dans le cas de maisons individuelles. L’onduleur inclut également des fonctions de sécurité, en particulier pour ne pas électrocuter les techniciens d’EDF qui travailleraient sur le réseau.
  17. Quelle est l’orientation idéale du capteur ? Plein sud avec un angle de 30 à 35° sur l’horizontale. Dans l’idéal il faudrait que le panneau soit toujours perpendiculaire aux rayons du soleil. En France à une latitude de moyenne de 46° un calcul simple montre que la bonne orientation moyenne (ce terme est important) d'un panneau solaire serait 46°. Si on veut favoriser le captage d'énergie en hiver, le panneau doit être orienté de manière à saisir les rayons du soleil rasants de cette saison ; l'orientation la plus favorable est alors de 60° sur l'horizontale. A l'inverse si on veut favoriser l'efficacité en été, le capteur doit être davantage couché sur le sol, pour saisir les rayons d'un soleil presque à la verticale. La bonne orientation est alors de 30 à 35 ° sur l'horizontale. C'est cette dernière valeur qui est retenue pour nos panneaux solaires photovoltaïques parce que nous voulons privilégier la production globale de kWh sur l'année, du fait du raccordement à EDF. Il faut donc favoriser le captage de l'énergie en été, quand elle est le plus abondante. Les vendeurs de panneaux solaires fournissent des abaques ou disques solaires de calcul de la meilleurs inclinaison en fonction de la direction du capteur.
  18. Quelle est la durée de vie d’une installation ? Les constructeurs garantissent une durée de vie de 20 à 25 ans à 80 % de la puissance nominale. Ce qui signifie qu’arrivés à cette limite d’âge, les panneaux donneront encore au moins 80 % de leur puissance initiale. En pratique, bien que nous n’ayons pas de recul suffisant, une installation pourrait durer plus de trente ans.
  19. Quelle différence entre panneaux polycristallins et monocristallins ? Il s’agit de deux technologies différentes de production du silicium nécessaire à la réalisation des panneaux ; la première est plus répandue et moins chère que la seconde; la seconde offre des rendements supérieurs jusqu’à 17% contre 14 ou 15% pour le monocristallin. Il existe une troisième technologie dites « amorphe » moins performante, plus facile à produire, mais plus sensible dans des conditions d’éclairement diffus (mauvaise exposition, alimentation d‘équipements électriques dans les sites isolés des régions tempérées). Texte incorporé à titre pedagogique et non commercial. Pour d'autres informations aller sur le site. ( voir lien au début du questions réponses )

 

 

Dossier spécial photovoltaïque


Photovoltaïque : les dernières découvertes en Italie (partie 1/4)

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71452.htm

A la fin de l'année 2011 il y avait en Italie près de 330 200 centrales photovoltaïques installées pour une puissance totale de 12 780 MW.

La même année, l'Italie s'est enrichie de 174 200 nouvelles unités pour une puissance ajoutée de 9 300 MW, soit près de

trois fois la puissance installée au 31 décembre 2010.

La rapide diffusion de la technologie témoigne aussi d'un bon degré d'acceptation de la part des communes italiennes.

Au moins une centrale photovoltaïque est présente dans 95% des communes.

L'Italie se positionne en 2011 à la deuxième place mondiale, derrière l'Allemagne, en terme de capacité photovoltaïque totale

et à la première place mondiale en terme de capacité installée durant l'année 2011.

Un accord de collaboration a été signé courant octobre entre le GSE (Gestionnaire des Services Electriques) et l'Institut de méthodologie

pour l'analyse environnementale du Conseil national des recherches (Imaa-Cnr) pour l'expérimentation d'une évolution du modèle

numérique AMESIS [1].

Cette évolution devrait permettre d'améliorer les prévisions de la production d'énergie électrique issue de source solaire.

C'est dans ce contexte général que les recherches sur l'amélioration de l'efficacité et sur la réduction des coûts de production

des panneaux solaires se multiplient en Italie. Dans la suite de ce dossier spécial sont présentés trois recherches italiennes.

Pour en savoir plus : [1] http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/70203.htm

Sources : http://www.cnr.it/cnr/news/CnrNews?IDn=2514

Origine : BE Italie numéro 108 (16/11/2012) - Ambassade de France en Italie / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71452.htm

Photovoltaïque : une méthode pour augmenter l'efficacité des panneaux solaires (partie 2/4)

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71453.htm

La possibilité de réaliser des modules photovoltaïques à bas coûts et à haute efficacité est l'un des objectifs les plus ambitieux pour la recherche

scientifique dans le domaine des énergies renouvelables.

Marco Govoni, Ivan Marri et Stefano Ossicini, de l'université de Modène et Reggio-Emilia et de l'Institut nanoscience du Conseil national

des recherches, ont démontré qu'il était possible d'augmenter l'efficacité des modules photovoltaïques en utilisant les propriétés quantiques

de l'interaction entre les nanocristaux de silicium.

Les résultats de leurs études, qui ouvrent de nouvelles perspectives pour l'utilisation du silicium nanostructuré pour convertir le rayonnement

solaire en électricité ont été publiés sur Nature Photonics [1].

"Le silicium est un des éléments les plus abondants sur la croûte terrestre et son utilisation dans la réalisation des modules photovoltaïques est

fondamentale pour garantir un développement durable.

On prévoit que le photovoltaïque puisse garantir aux prochaines générations une énergie sûre et propre" commente Stefano Ossicini.

L'augmentation de l'efficacité énergétique de tels modules passe par le développement de nouvelles stratégies photovoltaïques.

Comme le souligne Marco Govoni et Ivan Marri, "nos calculs montrent la possibilité d'exploiter l'interaction entre les éléments nanostructurés

de silicium pour développer des nouveaux modules photovoltaïques.

Nous avons simulé des systèmes constitués de nanocristaux de silicium, espacés entre eux de distances inférieures au nanomètre.

Les résultats montrent que les propriétés quantiques des interactions produisent une augmentation du nombre de décharges générées pour

chaque photon absorbé, et donc améliore les prestations du module photovoltaïque".

"C'est un résultat qui amène au développement de cellules photovoltaïques de troisième génération à bas coûts et à rendement élevé.

En outre, ce résultat a été obtenu par un groupe de chercheurs exclusivement italien, ce qui confirme la qualité de la recherche italienne dans

le domaine de la physique de la matière condensée et des matériaux.

L'Union Européenne a financé l'étude à travers le projet de recherche international du VII programme cadre, NASCENT

(Silicon Nanodots for Solar Cell Tandem).

Les simulations numériques nécessaires pour obtenir les résultats ont été effectuées par le centre de calcul italien CINECA et ont bénéficié de

l'initiative ISCRA (Italian SuperComputing Resource Allocation).

Pour en savoir plus : [1] Nature Photonics, "Carrier multiplication between interacting nanocrystals for fostering silicon-based photovoltaics" (9/09/2012) : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/npijV

Sources : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/ZykyO

Origine : BE Italie numéro 108 (16/11/2012) - Ambassade de France en Italie / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71453.htm

Une nouvelle approche pour la production de panneaux plus efficaces, légers et économiques (partie 3/4)

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71454.htm

Le principal défi de l'industrie des panneaux solaires consiste à produire des panneaux toujours plus efficaces, légers et économiques.

C'est justement ces trois objectifs que cherchent à atteindre les scientifiques du Laboratoire européen de spectroscopie non-linéaire (Lens)

et de l'Institut national d'optique du Conseil national des recherches (Ino-Cnr) de Florence.

Les scientifiques italiens ont exploité le comportement que la lumière produit quand elle interagit avec la matière.

"Dans les panneaux solaires à couches minces une part importante de la radiation solaire n'est pas absorbée par le matériau, ce qui réduit

fortement le rendement photovoltaïque", explique Kevin Vynck du groupe de photonique du Lens.

"Jusqu'à aujourd'hui une des voies les plus prometteuse pour augmenter l'efficacité d'absorption d'une cellule photovoltaïque à couches minces

était d'y dessiner une structure ordonnée de trous, de l'ordre de la centaine de nanomètres, de façon à prendre au piège la lumière incidente

sur le matériau.

Construire de telles structures périodiques sur une superficie aussi grande est difficile et coute cher, surtout si on envisage une application

à grande échelle".

La nouveauté du travail publié sur Nature Materials [1] consiste en un changement d'approche, comme souligné par Diederik Wiersma,

directeur du Lens, et coordonnateur du groupe photonique.

"Nous avons simulé le comportement de la lumière quand elle interagit avec une structure désordonnée, en trouant au hasard la superficie d'une

très fine feuille de silicium amorphe.

Nous avons démontré que la combinaison des effets de cohérence optique, d'interférence et de localisation permet d'obtenir une meilleure

efficacité dans l'absorption de la lumière, sur un ample spectre de fréquence, et pour des grands angles d'incidences.

Et ceci à des coûts probablement avantageux".

Cette idée est venue de l'étude des phénomènes physiques fondamentaux, mais pourrait être utilisé dans l'industrie.

Le groupe de Wiersma est en train de créer une entreprise spin-off, Lambda Energy, dans le but d'exploiter les applications industrielles

possibles de cette découverte.

Pour en savoir plus : http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat3442.html

Sources : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/DuLVU

Origine : BE Italie numéro 108 (16/11/2012) - Ambassade de France en Italie / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71454.htm


Mise au point d'un processus de fabrication à faible température de panneaux à couches minces (partie 4/4)

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71455.htm

Les technologies pour les systèmes de production à échelle industrielle dans le secteur du photovoltaïque sont au centre d'importants intérêts

dans les pays qui consomment le plus d'électricité.

Dans ce cadre, le travail de l'Institut des matériaux pour l'électronique et le magnétisme du Conseil national des recherches de Parme

(Imem-Cnr) représente un important pas en avant vers la production à bas prix de modules photovoltaïques innovants, à base de couches

fines de cuivre (Cu), d'indium (In) de gallium (Ga) et de disélénium (Se2).

L'étude a été publiée sur la revue "Applied Physics Letters" [1].

"Ce matériel polycristallin, appelé plus communément CIGS, est idéal pour les applications photovoltaïques, car il absorbe la lumière avec une

très forte efficacité" explique Massimo Mazzer, chercheur à l'Imem-Cnr.

"Il est pourtant difficile à synthétiser sous forme d'une couche mince, en maintenant les caractéristiques nécessaires de composition chimique

et de structure cristalline.

Jusqu'à présent pour appliquer ce matériel en couches minces, des processus de synthèse complexes, qui demandaient de nombreux passages

dans des conditions de températures et de pressions à chaque fois différentes, étaient utilisés. La production à échelle industrielle des cellules

photovoltaïques à base de CIGS n'a pas décollé à cause des coûts de production trop élevés".

Le groupe de recherche a développé à l'inverse un processus "qui permet de déposer des couches fines de CIGS, lors d'un unique passage, à une

température de 270°C, bien plus basse que la limite inférieur de 400°C auquel se heurte les autres centres de recherches et l'industrie mondiale"

déclare le coordinateur.

"Ce résultat important a été obtenu grâce à une technique qui utilise des décharges électriques contrôlées pour vaporiser instantanément

le CIGS depuis la superficie d'un lingot et le transférer sur le substrat des cellules photovoltaïques.

Dans les laboratoires de l'Imem-Cnr nous avons réussi à contrôler les propriétés thermodynamiques de ces nuages d'atomes générés par les

impulsions électroniques jusqu'à en optimiser la formation et l'augmentation de l'épaisseur des couches".

L'efficacité de 15% obtenu avec ce nouveau procédé est en accord avec les meilleures résultats obtenus jusqu'à aujourd'hui sur l'échelle

industrielle "mais nous espérons combler le retard avec l'actuel record mondial de 20,3% obtenu en laboratoire par des chercheurs du centre

pour l'énergie solaire et la recherche sur l'hydrogène de Stuttgart" conclut Massimo Mazzer.

"Un des avantages principaux de l'abaissement de température est de produire des cellules photovoltaïques à couches fines sur une plus grande

gamme de substrat, parmi lesquels des rubans métalliques ou des matières plastiques flexibles.

Ces produits photovoltaïques pourraient être intégrés dans le bâtiment, qui consomme près des deux tiers de l'énergie électrique distribuée.

La recherche a obtenu le financement du Ministère du développement économique dans le cadre du programme Industrie 2015.

Pour en savoir plus : [1] http://apl.aip.org/resource/1/applab/v101/i13/p132107_s1?bypassSSO=1

Sources : http://www.cnr.it/cnr/news/CnrNews?IDn=2504

Origine : BE Italie numéro 108 (16/11/2012) - Ambassade de France en Italie / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/71455.htm

3ème génération du photovoltaïque : DisaSolar mise sur l'électronique imprimée

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72114.htm

Aujourd'hui, 80% du marché du photovoltaïque solaire est représenté par des panneaux conçus à base de silicium utilisé

sous sa forme cristalline.

C'est la 1ère génération du photovoltaïque solaire.

Une 2ème génération propose des panneaux dits "couches minces" ou "thin films".

Plus légers, plus fins, voir plus flexibles, ils présentent l'avantage de pouvoir être posés sur des surfaces courbes et des éléments

mobiles comme un train ou un autobus.

Certains de ces panneaux sont à base de CIGS (Copper Indium Gallium diSelenide), d'autres constitués

de CIS (Copper Indium Selenide), une troisième sorte étant conçue à base de CdTe (Tellurure de Cadmium).

Enfin, ce sont des cellules solaires organiques, dérivées du carbone et imprimées sur un support plastique qui constituent

une 3ème génération en train d'émerger et dont les atouts sont considérables.

PME d'une quinzaine de personnes, DisaSolar, si elle commercialise et installe déjà des panneaux issus des

deux premières générations, mène le développement de ceux de la 3ème, avec l'ambition d'être leader sur le marché

des panneaux solaires organiques souples fabriqués par impression jet d'encre.

Certes, le défi est de taille, mais Stéphane Poughon, le fondateur et président de Disasolar, connaît la musique.

En effet, ce scientifique de formation, qui plus est diplômé de l'école HEC, a été également un sportif de haut niveau à la voile.

Un secteur rude par excellence où les défis sont permanents.

Et après avoir bourlingué pas mal dans différents grands groupes industriels, il s'est remis à entreprendre, à son compte,

d'abord en fabriquant des yachts en Chine, associant savoir-faire occidental et sous-traitance locale, puis en fondant,

il y a cinq ans, la PME Disasolar.

"Quand vous avez l'âme d'un entrepreneur, vous êtes plutôt enclin à miser sur des marchés d'avenir qui sont en croissance.

Or en 2012, la croissance du marché du photovoltaïque a été de 40%.

Et cela va continuer.

D'où notre choix d'investir et d'innover dans ce domaine que je ne connaissais pas quand je m'y suis intéressé", explique-t-il,

convaincu que d'ici peu de temps, il y a aura besoin d'électricité un peu partout.

"Ce qui implique d'être capable de proposer du photovoltaïque sur mesure", lâche-t-il.

Des marchés de niche ?

Certes, mais qui mis bout à bout représentent des milliards d'euros et un important gisement d'emplois.

Aujourd'hui, DisaSolar, qui a acquis une certaine notoriété, a deux métiers.

Le premier est de distribuer, voire d'adapter et de customiser les produits existants afin de satisfaire ses clients.

Une activité classique qui a conduit cette PME, basée à Limoges, à équiper des trains, des bus, du mobilier urbain mais

également des véhicules militaires.

Ainsi avec des panneaux solaires, vous pouvez faire fonctionner la climatisation d'un bus et éviter de faire tourner le moteur,

d'où une diminution des émanation polluantes et des gaz à effets de serre.

Parallèlement, depuis trois ans, Stéphane Poughon a décidé de se lancer dans la bagarre autour de la 3ème génération

du photovoltaïque.

"Notre ambition est de devenir la référence en matière de fabrication de modèle OPV (Organic PhotoVoltaics) par jet d'encre",

déclare Stéphane Poughon.

Une ambition d'autant plus légitime que l'actionnaire principal de DinaSolar n'est autre que le Groupe Disa/Megamark qui dispose

d'un savoir-faire unique dans les domaines de l'impression, du déploiement et de la pose de films souples.


Dans cette aventure, Dinasolar bénéficie également du soutien de la Région du Limousin, mais aussi d'Oséo, qui l'a certifié

"entreprise innovante", et de la Direction Générale de l'Armement (DGA), avec qui la PME a signé un contrat de R&D

visant à mettre au point des panneaux solaires mimétiques.

"Notre recherche est organisée autour de différents laboratoires de recherche publique français (CEA, CNRS, INES ...)

et européens", précise-t-il.

Résultat ?

La PME de Limoges est aujourd'hui capable de concevoir, de façon artisanale, des modules de 30 cm X 30 cm qui fonctionnent.

"A présent, il nous reste à industrialiser le process pour être capable de concevoir des modules sur mesure, c'est-à-dire en termes

de taille, de forme, de caractéristiques électriques, de voltage, mais aussi de couleurs.

Il faut être capable de faire du 3D".

D'où le lancement d'un projet d'un montant de 7 millions d'euros qui devrait conduire à la mise en place d'une ligne pilote

de fabrication opérationnelle à l'horizon 2016.

Celle-ci sera capable de produire 25.000 m2 de modules et devrait générer la création de 25 empois sur trois ans.

Le challenge est de transformer l'impression jet d'encre, telle qu'elle est utilisée aujourd'hui, en procédé capable de fabriquer

des composants électroniques.

"Nous y travaillons depuis 6 mois en collaboration avec différents partenaires et sommes parvenus, depuis peu, à exporter

les machines développées dans les universités notamment américaines et allemandes", signale Stéphane Poughon qui suit

la route tracée, en bon navigateur qu'il est.

Pour en savoir plus, contacts : DisaSolar - tél. : +33 (0)5 55 30 00 50 email : sales@disasolar .fr - http://www.disasolar.fr

Origine : BE France numéro 277 (31/01/2013) - ADIT / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72114.htm

Nouveauté dans le développement des fenêtres photovoltaïques

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72588.htm

Une étude réalisée par les chercheurs de l'Instituto de Ciencia de Materiales de Sevilla (ICMS) vient de montrer que

l'incorporation d'un nouveau type de cristal photonique pouvait améliorer le rendement des cellules solaires colorées

ou à colorant, dites de Gratzel du nom de l'inventeur Suisse.

Cette recherche, qui a été publiée récemment dans la revue Energy & Environmental Science et mise en évidence

sur le site de la Royal Society of Chemistry en tant que "hot paper", est un pas dans la course à la production

des fenêtres photovoltaïques, capables de capter l'énergie lumineuse provenant du soleil afin de générer de l'électricité

et en même temps permettre le passage d'une partie de la lumière naturelle.

Les chercheurs du groupe de Materiales Opticos Multifonctionales, dirigés par le scientifique du CSIC Hernan Miguez,

ont étudié comment l'électricité produite par des cellules solaires colorées, intégrant des cristaux photoniques,

varie en fonction de l'angle sous lequel la lumière les frappe.

Les cristaux photoniques sont des nanostructures optiques préparées pour contrôler la propagation de la lumière

à travers et qui fonctionnent comme des miroirs hautement réfléchissants.

Il est également possible de concevoir ces miroirs avec pour objectif de minimiser la perte de photocourant qui

est dû à l'inclinaison variable de la cellule par rapport à la lumière du soleil à différents moments du jour.

Sans ces miroirs, la lumière passerait à travers la cellule solaire et ne génèrerait pas beaucoup d'électricité.

L'utilisation de cristaux photoniques en tant que miroirs, placés derrière le matériau photovoltaïque, permet que

les cellules solaires restent transparentes, pour faire en sorte que ce dispositif permette le développement de fenêtres

lumineuses intégrées dans des bâtiments sensibles à la lumière.

Les cellules solaires à colorant présentent l'avantage de produire de l'électricité au moyen d'un principe

photo-électro-chimique, en transformant l'énergie lumineuse en énergie électrique.

De nombreuses équipes dans le monde travaillent sur ces techniques, qui se rapprochent au mieux

d'un concept durable. Cette application est similaire à certains égards à la réaction de la lumière qui se produit

lors de la photosynthèse.

Pour en savoir plus, contacts : Référence bibliographique : Carmen López-López, Silvia Colodrero, Mauricio Ernesto Calvo, Hernán Miguez: Angular response of photonic crystal based dye sensitized solar cells. Energy & Enviromental Science. DOI: 10.1039/C3EE23609A

Sources : - Un paso mas en el desarrollo de ventanas fotovoltaicas, NCYT, 17/02/2013 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/OtDzK


- Un paso mas en el desarrollo de ventanas fotovoltaicas, DICYT, 14/02/2013 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/eXeez

Origine : BE Espagne numéro 124 (19/03/2013) - Ambassade de France en Espagne / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72588.htm

Le graphène est un matériau prometteur pour convertir la lumière en électricité

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72596.htm

Des chercheurs de l'Institut des Sciences Photoniques de Barcelone (ICFO) ont mis en évidence, dans le cadre

d'un projet international, que le graphène est un matériau performant pour convertir l'énergie lumineuse

en courant électrique.

L'expérience qu'ils ont réalisée démontre que pour chaque photon absorbé, plusieurs électrons "chauds" sont produits.

Ces derniers, une fois canalisés, peuvent donner naissance à un courant électrique.

Si de nombreuses étapes restent à franchir avant de contrôler tout le processus, le travail présenté ouvre

des perspectives prometteuses.

Le graphène, une couche de carbone monoatomique, possède de nombreuses propriétés que les chercheurs

du monde entier commencent tout juste à décrypter.

Le travail conduit par des chercheurs de l'ICFO, du MIT, du Max Planck Institute for Polymer Research et

de l'entreprise basque Graphenea a permis d'ajouter une nouvelle compétence au graphène.

Ce matériau est un bon convertisseur qui lorsqu'il absorbe de l'énergie lumineuse produit des électrons.

Cet effet est bien connu en science des matériaux.

Il porte le nom d'effet photoélectrique dont l'explication théorique en 1905 par Einstein lui a valu son Prix Nobel.

Les matériaux capables de produire un tel effet sont actuellement étudiés de près car ils sont le composant essentiel

des panneaux photovoltaïques.

L'objectif des chercheurs est de trouver le matériau qui assure le meilleur rendement dans la conversion entre énergie

lumineuse et énergie électrique.

Le travail des chercheurs publié dans la revue Nature Physics place le graphène comme un matériau prometteur dans

ce cadre : le graphène produit plusieurs électrons utilisables pour chaque quantité élémentaire d'énergie lumineuse

- ou photon - absorbée.

En comparaison, la plupart des matériaux ne produisent qu'un seul électron par photon.

Ensuite, le graphène présente un bon potentiel d'absorption sur l'ensemble du spectre visible, sachant tout de même

que plus l'énergie des photons incidents est élevée, plus il y a d'électrons produits.

Malgré ces avantages, il existe quelques barrières à lever pour faire du graphène un matériau parfait pour une utilisation

dans les panneaux photovoltaïques.

C'est tout d'abord un matériau transparent, c'est à dire que même s'il convertit très bien les photons absorbés,

il n'absorbe qu'une faible partie de l'énergie lumineuse qu'il reçoit.

Ensuite, il s'agit de récupérer efficacement les électrons produits suite à la conversion pour en faire un courant électrique

utilisable.

Cette propriété du graphène renforce aussi son potentiel d'utilisation dans les dispositifs optoélectroniques qui

combinent photons et électrons pour transmettre et stocker l'information.

Pour en savoir plus : [1] Photoexcitation cascade and multiple hot-carrier generation in graphene, K. J. Tielrooij et al., Nature Physics,

doi:10.1038/nphys2564, 24/02/2013 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/9UUaB

Sources : - Descubren las propiedades del grafeno para convertir la luz en electricidad, La Vanguardia, 25/02/2013 -

http://redirectix.bulletins-electroniques.com/2wF2h


- ICFO scientists show that graphene is highly efficient in converting light to electricity, ICFO News, 25/02/2013 -

http://www.icfo.eu/newsroom/news2.php?id_news=1884&subsection=home

Origine : BE Espagne numéro 124 (19/03/2013) - Ambassade de France en Espagne / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72596.htm


Nouvelle technique d'enveloppement des cellules photovoltaïques en silicium

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72698.htm

Le marché des panneaux solaires étant très concurrentiel, les entreprises se doivent de réduire les coûts de production.

A cette fin, une nouvelle méthode d'emballage des cellules photovoltaïques dans leur housse de protection en plastique

a été développée.

Celle-ci est deux fois plus rapide que les procédés conventionnels, permettant des gains de temps et d'argent.

Les panneaux solaires sont soumis à de nombreuses contraintes climatiques : neige, fortes températures en été, pluie

et humidité.

Afin de les protéger au mieux, les fabricants de panneaux enveloppent ceux-ci dans du plastique, généralement de

l'éthylène-acétate de vinyle (EVA).

Dans un premier temps, les panneaux sont laminés, puis entourés d'un film de protection en plastique qui

est alors chauffé.

Une fois le plastique devenu souple, l'ensemble de l'empilement est comprimé dans le laminoir afin que le plastique

entoure et enferme complètement les panneaux.

L'étape suivante consiste à vulcaniser le plastique, qui se transforme en une sorte de caoutchouc par réticulation.

L'avantage de ce procédé est que, dans cet état, le matériau est insoluble, plus stable et protège mieux les panneaux

des contraintes mécaniques et thermiques.

Afin de déclencher la réticulation, l'ensemble panneau solaire - plastique est chauffé dans un laminoir sous vide

jusqu'à 150 degrés Celsius.

Les processus de vulcanisation sont cependant assez longs : l'ensemble panneau-plastique doit rester environ 20 minutes

dans le laminoir, parfois plus longtemps, ce qui augmente les coûts de production.

Des chercheurs du Centre Fraunhofer de techniques photovoltaïques en silicium (CSP) de Halle (Saxe-Anhalt) étudient

ce procédé en collaboration avec l'entreprise allemande LANXESS : "Nous avons modifié le procédé de laminage

de telle sorte qu'il ne dure plus que 7 à 8 minutes au lieu de 20 minutes ; nous avons ainsi pu réduire la durée

de l'ensemble du procédé de plus de 50%", explique Stefan Schulze, chef de l'équipe "matériaux polymères" au CSP. "

Ainsi, nous pourrions laminer deux fois plus de panneaux sur une installation par rapport au procédé normal pour

une même durée, ce qui se reflète directement dans le coût de production par module."

Les chercheurs ont utilisé pour modèle l'encre d'impression de journaux, qui est vulcanisée par une lampe UV

en quelques secondes.

L'agent réticulant utilisé par LANXESS fonctionne de la même façon, en étant activé par le rayonnement UV

au lieu des hautes températures, et en réticulant le plastique en quelques secondes tout en conservant

la qualité de l'ensemble.

Le succès de ce procédé réside dans le traitement des films plastiques : lorsque des additifs conventionnels sont

introduits dans le plastique, la phase de mélange des ingrédients nécessite une température inférieure à la température

de réticulation ainsi qu'un brassage en douceur.

Le film obtenu n'est donc souvent pas très homogène.

En revanche, lorsque la réticulation a lieu sous rayonnement UV, le brassage peut être effectué de façon plus vive.

Les films obtenus sont donc homogènes et la réticulation du plastique s'avère meilleure.

Le processus de durcissement UV a été mis au point par les chercheurs du CSP dans le cadre du cluster d'innovation

Fraunhofer "Plastiques solaires".

Les ingénieurs de LANXESS se sont consacrés au matériau, en particulier sa composition ainsi que le type

et la quantité d'agent réticulant UV.

Une installation pilote de réticulation se trouve d'ores et déjà au CSP ; les chercheurs y optimisent désormais

quatre paramètres (quantité de rayonnement, température, niveau d'éclairage et vitesse à laquelle les panneaux

passent sous les lampes UV).

"Le processus est prêt", a déclaré Schulze.

Le coût d'adaptation des installations de production ne devrait pas être un obstacle pour les fabricants intéressés :

seule une lampe UV nécessite d'être ajoutée.

Pour en savoir plus, contacts : Dr.-Ing. Stefan Schulze, chef de l'équipe "matériaux polymères", Centre Fraunhofer de techniques

photovoltaïques en silicium - tél. : +49 345 5589-407 - email : stefan.schulze@csp.fraunhofer.de

Sources : "Photovoltaik-Module schneller ummanteln", communiqué de presse de la Société Fraunhofer - 01/04/2013 -

http://redirectix.bulletins-electroniques.com/GIIKm

Origine : BE Allemagne numéro 608 (5/04/2013) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72698.htm

Les cellules solaires de demain : organiques et recyclables

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72712.htm

Des chercheurs de "Georgia Institute of Technology" et de "Purdue University" ont développé des cellules solaires

à base de matériaux naturels facilement recyclables.

Ces cellules sont fabriquées sur un substrat de nanocristaux de cellulose (CNC pour "Cellulose Nanocrystals"),

un nanomatériau optiquement transparent qui se trouve abondamment dans les plantes et les arbres.

Une fois son cycle de vie terminé, la cellule peut être rapidement recyclée en étant simplement immergée dans un

bain d'eau à température ambiante.

Le substrat de CNC se dissout en quelques minutes, permettant la séparation et la récupération des principaux

constituants de la cellule, dont la couche active qui est constituée d'un semi-conducteur organique.

Cette découverte ouvre la voie à une technologie solaire à la fois recyclable, durable et renouvelable.

En effet, alors que l'énergie solaire constitue la source potentielle d'énergie la plus importante sur Terre, son

exploitation n'est actuellement pas satisfaisante.

Les cellules commercialisées sont fabriquées à partir de cristaux de silicium, et les cellules organiques de laboratoire

sont déposées sur des substrats de verre ou de plastique, dont le recyclage pose des difficultés à la fin de cycle de vie

de la cellule, créant ainsi un nouveau problème écologique potentiel.

L'intérêt d'une technologie recyclable est ainsi nécessaire et primordiale.

Cependant les cellules à base de CNC ne sont pas encore suffisamment performantes pour entrer en compétition

avec les cellules à base de silicium actuellement dominantes sur le marché.

En effet, le rendement de conversion de l'énergie lumineuse en énergie électrique atteint les 2.7% pour les premières,

contre 16 à 20% pour les secondes.

Le Professeur Bernard Kippelen, meneur de l'étude, explique que ce résultat est toutefois nettement meilleur que ce

qui avait jusqu'alors été réalisé avec des cellules solaires fabriquées à partir de matières premières renouvelables.

De plus, il précise que le rendement des cellules à base de CNC est limité par la faible capacité à transmettre la lumière

d'une des électrodes du semi-conducteur, ce qui peut être nettement amélioré.

Afin de permettre leur déploiement, il faudra également développer des couches minces qui permettront de protéger

les cellules solaires des intempéries.

Par ailleurs, l'utilisation du CNC représente un intérêt bien au-delà de la seule application aux cellules solaires.

En effet, ce nanomatériau présente d'excellentes propriétés, précieuses pour toute application au sein de dispositifs

électroniques organiques : bonne flexibilité mécanique, poids léger, faible rugosité, transparence optique, etc., ouvrant

ainsi la voie à un marché durable pour les circuits intégrés en général, et les sources de lumière basées sur des

technologies de diodes électroluminescentes organiques (OLED pour "Organic Light-Emitting Diodes).

Il est intéressant de noter que le Professeur Kippelen est aussi le Président de l'Institut Lafayette, une plate-forme

d'innovation actuellement en cours de construction sur le territoire métropolitain de Metz, et pilotée en collaboration

avec Georgia Tech.

L'Institut aura pour mission de développer des travaux de recherche complémentaires ainsi que des études de

commercialisation pour les cellules solaires du futur.

Le partenariat établi avec Georgia Tech contribuera ainsi à renforcer la coopération franco-américaine dans le

domaine de l'innovation technologique pour les nouveaux matériaux pour l'énergie, sur le territoire lorrain en particulier.

Pour en savoir plus, contacts : Site du "Center for Organic Photonics and Electronics" du "Georgia Institute of Technology" : http://www.cope.gatech.edu /
- Site de la "School of Materials Engineering" de la "Purdue University" : https://engineering.purdue.edu/MSE/index.html
- Page personnelle du Professeur Bernard Kippelen : http://www.ece.gatech.edu/about/personnel/bio.php?id=127
- Articles sur le lancement de l'Institut Lafayette via Georgia Tech : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/sbjNL
- Article en français sur la nomination du président de l'Institut Lafayette : http://www.consulfrance-atlanta.org/spip.php?article3401

Sources : Entretien avec le Professeur Bernard Kippelen, 3 avril 2013
- Article "Recyclable organic solar cells on cellulose nanocrystal substrates", B. Kippelen and coworkers , disponible en ligne : http://www.nature.com/srep/2013/130325/srep01536/full/srep01536.html

Origine : BE Etats-Unis numéro 327 (5/04/2013) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72712.htm

Nanotechnologie photovoltaïques
Des cellules photovoltaïques plus efficaces, à coût réduit

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72752.htm

Augmenter le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques tout en réduisant le coût de leur production.

Un défi relevé par un projet européen auquel contribue le Laboratoire de Physique du Solide (LPS) du Centre

de recherche en Physique de la Matière et du Rayonnement (PMR).

C'est le Centre Interuniversitaire en Micro-Electronique (IMEC, Leuven), acteur de référence mondiale dans le

domaine, qui coordonne ce projet "PhotoNVoltaics" auquel participe également, aux côtés de l'UNamur, la Chalmers

University of Technology et l'entreprise Obducat Technologies AB (Suède), deux unités CNRS de Lyon et

le groupe TOTAL.

"L'objectif est de concevoir et fabriquer un nouveau type de cellules photovoltaïques, basées sur des couches

ultraminces texturées de silicium cristallin" résume Olivier Deparis, professeur au LPS.

"Le silicium cristallin bénéficie en effet des meilleures performances mais il coûte cher.

Or, cette matière première correspond à environ 40% du coût de production des cellules photovoltaïques".

L'idéal serait donc de réduire l'épaisseur du matériau utilisé... sans toutefois en diminuer son efficacité.

C'est ce que proposent de réaliser les chercheurs du projet "PhotoNVoltaics".

Ils envisagent de diminuer de 10 à 100 fois l'épaisseur de silicium cristallin tout en maintenant le rendement

énergétique des cellules, voire même en l'augmentant!

Mieux utiliser la matière

"Nous allons travailler avec une épaisseur de 1 à 10 microns alors que l'industrie travaille actuellement avec

une couche de l'ordre de 150 microns.

Simplement, nous allons façonner la couche de silicium afin que la lumière, au lieu de la traverser verticalement,

s'y diffuse latéralement.

Cette déviation du parcours de la lumière lui procure un chemin plus long et donc une absorption accrue par

rapport à un passage vertical.

Concrètement, nous allons forcer cette diffusion grâce à une structuration de la surface et piéger ainsi la lumière

dans la couche" explique l'académique namurois.

"Le rôle de l'équipe namuroise est d'optimiser le type de structuration de la surface de silicium à l'aide de calculs

numériques" précise Jerôme Muller, docteur de l'Université de Nancy, qui effectue son postdoctorat à l'UNamur

dans le cadre de ce projet, sous la responsabilité du professeur Deparis.

"Nous testons par exemple s'il est plus porteur d'utiliser une texturation basée sur des motifs aléatoires ou périodiques".

Ses travaux sont épaulés par ceux d'Aline Herman et d'Alexandre Mayer, respectivement doctorante et chercheur

qualifié FNRS au Centre PMR.

"PhotoNVoltaics" est développé dans le cadre de la thématique "Nanosciences, nanotechnologies, matériaux

et nouvelles technologies de production & énergie" du 7e programme-cadre de recherche et développement

de l'Union européenne (FP7).

Pour en savoir plus, contacts : Pour en savoir plus : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/3EDaz
- Université de Namur - Olivier Deparis - olivier.deparis@fundp.ac.be

Sources : Université de Namur - rue de Bruxelles 61, B-5000 Namur, Belgique - tél. : +32 (0)81 72 41 11 - Fax : +32 (0)81 23 03 91 - http://nouvelles.unamur.be/upnews.2013-03-07.9722356998

Origine : BE Belgique numéro 72 (8/04/2013) - Ambassade de France en Belgique / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72752.htm

Des fenêtres teintées en guise de panneaux solaires

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72776.htm

Alors que l'éco-conception devient une préoccupation de plus en plus importante dans la construction de nouveaux

bâtiments, des chercheurs de l'Université d'Oxford se rapprochent un peu plus de la commercialisation de vitres

teintées capables d'absorber la lumière du soleil.

L'entreprise Oxford Photovoltaics (OPV), une spin-off de l'Université d'Oxford, a annoncé le 12 janvier 2013

l'apport de 2 M£ de financements supplémentaires de la part de MTI Partners, spécialisés dans les technologies

propres (et qui soutiennent OPV depuis 2011), pour leur projet de verre "solaire".

Les chercheurs d'OPV développent en effet une méthode "d'impression" de verres colorés, pouvant générer de

l'électricité à partir de l'énergie solaire qu'ils reçoivent.

Cela est rendu possible par l'ajout sur la vitre d'une fine couche transparente (pas plus de 3 microns d'épaisseur)

de "cellules solaires" solides, et permet de récupérer jusqu'à 12% de l'énergie solaire reçue pour la transformer

en électricité décarbonée.

Le courant ainsi obtenu peut alors être exporté dans le réseau national, ou utilisé pour le fonctionnement du bâtiment.

Il est possible d'avoir différentes couleurs d'impression, avec pour seul impact notable une modification de l'efficacité

du verre solaire.

Ainsi, le noir permettra d'avoir un très bon rendement, un peu moins bon avec du verre ou du rouge, et encore

moins élevé avec des vitres bleues.

Les cellules utilisées au cours de ce procédé sont par ailleurs produites à partir de matériaux peu chers, abondants,

et évidemment non toxiques ou corrosifs.

L'idée ayant initié ces recherches a été résumée dans un entretien entre un journaliste du Guardian et le PDG de la

compagnie, Kevin Arthur : "Plutôt que d'ajouter des panneaux [solaires] photovoltaïques au bâtiment, pourquoi

ne pas avoir un bâtiment photovoltaïque ?

Si vous décidez de fabriquer un bâtiment en verre, vous avez déjà décidé de payer pour les vitres. Si vous rajoutez

cette technologie, le coût supplémentaire n'excèdera pas 10% du coût de la façade.

" Les coûts d'achats de fenêtres pour les bâtiments en verre étant généralement de l'ordre de 600 à 1.000 £/m2,

le traitement des vitres aux cellules solaires reviendrait par conséquent à 60-100 £/m2.

Bien que cette technologie soit principalement orientée vers la construction de nouveaux bâtiments, OPV s'intéresse

aussi à des méthodes d'adaptation aux fenêtres d'installations existantes.

L'investissement de MTI Partners permettra l'acquisition de nouveaux équipements, ainsi que l'embauche de personnel

au sein des nouveaux bureaux de l'entreprise, au Begbroke Science Park, près d'Oxford. OPV souhaite construire

une usine de fabrication plus grande au cours de l'année prochaine, permettant de produire des panneaux de

démonstration de grande taille d'ici la fin 2014.

Il sera par ailleurs déjà possible d'observer des panneaux au format A4 dès la fin 2013.

Dans le même secteur, des chercheurs de l'Université de Sheffield, en collaboration avec l'Université de Cambridge,

ont annoncé, le 11 février 2013, avoir réussi à mettre au point un procédé permettant de vaporiser, à la manière

d'une peinture en spray, des cellules solaires sur une surface solide.

Ces cellules pourront potentiellement être utilisées sur les bâtiments et les toits, voire sur les voitures.

Ce procédé pourrait, à l'avenir, permettre de réduire considérablement les coûts de fabrication de matériaux solaires,

mais ne fonctionne actuellement que sur des surfaces "très lisses", et le rendement obtenu reste inférieur à

des panneaux solaires conventionnels.

Le Pr David Lidzey, de l'Université de Sheffield, a annoncé : "Nos résultats montrent que les cellules solaires que

nous vaporisons à l'aide d'un aérosol fournissent le même rendement que celles obtenues par des procédés plus

traditionnels qui ne peuvent être mis au point à des échelles industrielles.

Notre objectif est de réduire la quantité d'énergie et l'argent investis dans la fabrication de cellules solaires.

Cela signifie notamment que nous devons utiliser des matériaux avec une énergie intrinsèque faible, et des procédés

de fabrication efficaces, fiables, et peu énergivores."

La plupart des cellules solaires sont actuellement obtenues à partir d'outils spéciaux, très coûteux en énergie, et

de matériaux riches tels que le silicone.

Le plastique, quant à lui, nécessite peu d'énergie pour sa fabrication, c'est pourquoi il peut être un matériau

alternatif intéressant pour la fabrication de nouvelles cellules solaires.

Cependant, à ce jour, les cellules solaires obtenues à partir de matériaux plastiques (condition nécessaire pour la

pulvérisation) se sont avérées moins efficaces que celles obtenues à l'aide de silicone.

Par ailleurs, une grande majorité des panneaux solaires installés sur le territoire britannique sont constitués de silicone,

avec une durée de vie estimée à 25 ans, soit bien supérieure à celle que pourrait avoir un panneau constitué de plastique.

Toutefois, si le coût énergétique de production de cellules solaires à l'aide de plastique parvenait à être suffisamment

compétitif en comparaison avec les procédés au silicone, l'efficacité globale du procédé les rendrait alors plus rentables

sur leur cycle de vie global.

L'énergie solaire représente une partie conséquente de l'énergie renouvelable dans le monde, avec la barre des 100 GW

de capacité installée franchie en 2012, pour seulement 71 GW en 2011, et 40 GW en 2010.

C'est une des technologies les plus avancées, mais de nombreux points restent encore à améliorer, notamment l'efficacité

globale du cycle de vie des panneaux solaires.

Ces travaux de recherche représentent des avancées importantes dans ce domaine, et ont le potentiel de modifier

considérablement notre approche du photovoltaïque.

Sources : Oxford PV News, "MTI leads £2m funding round in Oxford Photovoltaics Ltd", 12/02/2013, http://bit.ly/WYrd3Y
- The University of Sheffield, "Solar cell fabrication is simplified by spray painting", 11/02/2013, http://bit.ly/156hdKJ
- The Guardian, "Colourful 'solar glass' means entire buildings can generate clean power", 12/02/2013, http://bit.ly/12sTq3r

Origine: BE Royaume-Uni numéro 120 (11/04/2013) - Ambassade de France au Royaume-Uni / ADIT -

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/72776.htm


De l'électronique de puissance pour une production d'électricité d'origine solaire

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73264.htm

Les chercheurs Olivier Stalter, Florian Reiners, Michael Eberlin et Sebastian Franz, de l'Institut Fraunhofer pour les systèmes énergétiques

solaires (ISE) à Fribourg-en-Brisgau (Bade-Wurtemberg) ont reçu le Prix de l'innovation SEMIKRON [1].

Le jury a sélectionné, parmi les 19 candidats, ce projet d'électronique de puissance pour l'alimentation autarcique en électricité d'origine solaire

dans les villages de pays en développement.

Ceci récompense le fait que l'intégralité des besoins en électricité de villages éloignés du réseau électrique peuvent ainsi être couverts à

partir de sources renouvelables.

"1,6 milliard de personnes dans le monde sont privées d'accès à l'électricité", explique M. Stalter, chef du projet.

"Comme la plupart des pays concernés se trouvent dans des zones très ensoleillées, l'énergie solaire est une solution simple, qui est devenue

encore plus attrayante du fait des réductions de coûts des panneaux photovoltaïques.

Jusqu'alors, ces panneaux ont été essentiellement limités à de petites puissances d'environ 100 watts. Notre système transpose les dernières

technologies des pays industrialisés pour répondre aux besoins des communautés locales et de consommateurs plus importants, tels que des

hôpitaux ou de petites entreprises industrielles".

Développés au sein de l'Institut Fraunhofer ISE, les composants du système sont constitués essentiellement d'un onduleur autonome d'une

puissance de 125 kW et d'un chargeur d'une puissance de 51 kW, pour des tensions de batterie allant jusqu'à 1000 volts.

L'idée de base a été de redimensionner tout le système pour des hautes tensions et des fréquences d'horloge internes élevées, en utilisant

les plus récents composants semi-conducteurs tels que des transistors MOSFET et des diodes en carbure de silicium (SiC).

Ceux-ci permettent l'utilisation de courants faibles et réduisent ainsi la taille des composants, les besoins en refroidissement, l'utilisation de

matériaux et les coûts.

Dans le même temps, les pertes par rapport aux dispositifs conventionnels peuvent être réduites jusqu'à 60% : le rendement de l'onduleur

atteint 98%, celui du chargeur 99%.

Si, par le passé, de nombreux dispositifs connectés en parallèle à l'aide de nombreux câbles et circuits étaient nécessaires pour l'obtention de

grandes puissances, un seul dispositif suffit aujourd'hui.

Des composants de haute technologie ainsi qu'un contrôle entièrement numérique permettent en outre une flexibilité maximale.

Ainsi, les systèmes photovoltaïques peuvent être utilisés à une tension de 350 à 1200 V, les batteries à une tension nominale de 650 à 1000 V.

Enfin, à l'aide de générateurs diesel le plus souvent disponibles sur le site, un système de gestion de l'énergie contrôle les différentes capacités

de production, la charge de la batterie et le courant de sortie.


[1] Le Prix de l'innovation SEMIKRON est décerné à des innovations remarquables en Europe dans des projets, prototypes, services

et nouveaux concepts dans le domaine de l'électronique de puissance.

La Fondation SEMIKRON distingue des innovations générant un bénéfice sociétal potentiellement élevé, comme l'amélioration de l'efficacité

énergétique, la conservation des ressources, la durabilité et la protection de l'environnement.

Le prix, d'un montant de 10.000 euros, est décerné une fois par an dans le cadre de la foire de l'électronique de puissance PCIM à Nuremberg

(Bavière).

La sélection du lauréat se fait en coopération avec le Centre européen pour l'électronique de puissance (ECPE).

Pour en savoir plus, contacts :

Prof. Dr. Bruno Burger, directeur du département d'électronique de puissance et de technologies d'asservissement à l'Institut Fraunhofer ISE - tél. : +49 761 4588-5237 - email : bruno.burger@ise.fraunhofer.de

Sources :

"Fraunhofer ISE Forscher erhalten SEMIKRON Innovationspreis", communiqué de presse de l'Institut Fraunhofer ISE - 07/06/2013 - http://redirectix.bulletins-electroniques.com/ZJb1D

Origine : BE Allemagne numéro 617 (12/06/2013) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73264.htm

Des cellules photovoltaïques plus efficaces et à moindre coût

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73497.htm

Augmenter le rendement énergétique des panneaux photovoltaïques tout en réduisant le coût de leur production.

Un défi relevé par un projet européen auquel contribue le Laboratoire de Physique du Solide (LPS) du Centre

de recherche en Physique de la Matière et du Rayonnement.

C'est le Centre Interuniversitaire en Micro-Electronique (IMEC, Leuven), acteur de référence mondiale dans

le domaine, qui coordonne ce projet "PhotoNVoltaics" auquel participent également, aux côtés de l'UNamur,

la Chalmers University of Technology et l'entreprise Obducat Technologies AB (Suède), deux unités CNRS

françaises (INL de Lyon et LPICM de Palaiseau) et le groupe TOTAL.

"L'objectif est de concevoir et fabriquer un nouveau type de cellules photovoltaïques, basées sur des couches

ultraminces texturées de silicium cristallin" résume Olivier Deparis, professeur au LPS.

"Le silicium cristallin bénéficie en effet des meilleures performances mais il coûte cher.

Or, cette matière première correspond à environ 40% du coût de production des cellules photovoltaïques".

L'idéal serait donc de réduire l'épaisseur du matériau utilisé, sans toutefois en diminuer son efficacité.

C'est ce que proposent de réaliser les chercheurs du projet "PhotoNVoltaics".

Ils envisagent de diminuer de 10 à 100 fois l'épaisseur de silicium cristallin tout en maintenant le rendement

énergétique des cellules, voire même en l'augmentant !

Mieux utiliser la matière

"Nous allons travailler avec une épaisseur de 1 à 10 microns alors que l'industrie travaille actuellement avec une

couche de l'ordre de 150 microns.

Simplement, nous allons façonner la couche de silicium afin que la lumière, au lieu de la traverser verticalement,

s'y diffuse latéralement.

Cette déviation du parcours de la lumière lui procure un chemin plus long et donc une absorption accrue par rapport

à un passage vertical.

Concrètement, nous allons forcer cette diffusion grâce à une structuration de la surface et piéger ainsi la lumière

dans la couche" explique l'académique namurois.

"Le rôle de l'équipe namuroise est d'optimiser le type de structuration de la surface de silicium à l'aide de calculs

numériques" précise Jerôme Muller, docteur de l'Université de Nancy, qui effectue son postdoctorat à l'UNamur

dans le cadre de ce projet, sous la responsabilité du professeur Deparis.

"Nous testons par exemple s'il est plus porteur d'utiliser une texturation basée sur des motifs aléatoires ou périodiques"

Ses travaux sont épaulés par ceux d'Aline Herman et d'Alexandre Mayer, respectivement doctorante et chercheur

qualifié FNRS au Centre PMR."PhotoNVoltaics" est développé dans le cadre de la thématique "Nanosciences,

nanotechnologies, matériaux et nouvelles technologies de production & énergie" du 7e programme-cadre de

recherche et développement de l'Union européenne.

Pour en savoir plus, contacts :

http://www.photonvoltaics.org
- Université de Namur - Elisabeth Donnay - elisabeth.donnay@unamur.be - tél. : +32 (0)81 72 50 16

Sources :

Libre cours n°89 - juin 2013 - Université de Namur (FUNDP) - Elisabeth Donnay, Presse et communication, Service des relations extérieures, rue de Bruxelles 53 5.000 Namur - tél. : 081 72 50 16 - fax : 081 72 40 45 - elisabeth.donnay@fundp.ac.be

Origine :

BE Belgique numéro 75 (9/07/2013) - Ambassade de France en Belgique / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/73497.htm

Le recyclage du silicium pour une diminution des coûts de production

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/74328.htm

Dans la production de cellules photovoltaïques, le silicium est en général privilégié car il représente un bon compromis pour la conversion

de l'énergie solaire en électricité.

Cependant, lors de la fabrication de plaquettes de silicium pour l'industrie photovoltaïque, près de 50% de la matière première est perdue.

L'objectif du projet européen SIKELOR (Silicon kerf loss recycling), coordonné par le Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR, Saxe),

est d'obtenir un procédé de recyclage des déchets de silicium adapté à l'industrie et économique.

Le projet est prévu pour une durée de trois ans et financé à hauteur de 1,4 millions d'euros.

Le silicium, matériau semi-conducteur, est utilisé sous la forme de plaquettes minces dans des modules solaires standards.

Une partie importante du silicium, obtenue à des coûts énergétiques élevés, se retrouve néanmoins perdue directement après la production.

En effet, lors de la coupe des plaquettes à partir de blocs importants, une poudre fine de silicium est perdue, ce qui représente

une quantité de matériau presque aussi importante que celle contenue dans le produit final.

Ceci est dû au fait que la scie utilisée, par exemple un fil en carbure de silicium ou en diamant, est à peu près aussi épaisse

que chaque plaquette elle-même.

Le traitement de cette poudre résiduelle est donc au coeur du projet mené par le HZDR, en coopération avec

l'entreprise italienne Garbo, les Universités de Greenwich au Royaume-Uni et de Padoue en Italie, ainsi que EAAT, PME

basée à Chemnitz (Saxe).

"Les rebus de silicium situés dans la poussière de découpe doivent être nouvellement fondus.

Pour cela, ils doivent d'abord être séparés du liquide utilisé lors de la coupe à l'aide d'un champ magnétique.

Par la suite, la poussière est comprimée et fondue.

Toutefois, cette poussière contient des impuretés.

Etant donné que la surface des copeaux est grande par rapport à leur volume, une oxydation a lieu de sorte qu'une grande quantité

de dioxyde de silicium non souhaité peut se former.

En outre, des particules de carbone s'immiscent dans la poussière de découpe et lors de la fusion, du carbure de silicium,

tout aussi indésirable, est produit.

Notre objectif est d'atteindre un procédé économiquement et écologiquement rationnel pour recycler les déchets de silicium

de façon industrielle", explique Sven Eckert, coordinateur du projet au HZDR.

Le brassage électromagnétique et la séparation jouent un rôle clef dans le recyclage de la matière.

"En particulier, la question de savoir comment le champ magnétique et la bobine doivent être configurés pour déplacer

le mélange contaminé de façon efficace, nous intéresse beaucoup.

Nous travaillons actuellement à séparer les impuretés par agitation électromagnétique et à les laisser se déplacer vers les extrémités,

où elles peuvent être accumulées et récupérées", explique M. Eckert.

Toutefois, le résultat souhaité ne pourra être atteint qu'à l'aide d'une combinaison délicate des paramètres du champ magnétique.

Dans cet objectif, un prototype va être construit au HZDR, sur lequel les chercheurs pourront étudier les différentes étapes du processus

avec un modèle similaire à l'alliage de silicium.

Les premiers éléments obtenus seront alors dirigés vers un second appareil à l'Université de Padoue.

Le silicium y sera traité à sa température de fusion: 1410 degrés Celsius.

L'entreprise EAAT conçoit et fournit l'alimentation électrique, qui doit être capable de conduire différentes étapes de chauffage

et d'ajuster parallèlement différentes fréquences pour les champs magnétiques.

En Allemagne, environ 32 GW de panneaux photovoltaïques sont déjà installés, et l'industrie photovoltaïque prévoit

plus de 200 GW supplémentaires.

De nouveaux concepts sont donc nécessaires pour améliorer la rentabilité économique des panneaux solaires.

Si l'objectif de réutilisation des déchets de silicium est atteint dans le cadre du projet SIKELOR, l'industrie solaire

pourra faire diminuer les coûts de production.

Actuellement, le silicium est coté à environ 18 dollars le kilo sur le marché mondial ; les experts s'attendent néanmoins à une augmentation

considérable dans les prochaines années.

Les partenaires du projet SIKELOR visent un coût de seulement dix dollars par kilogramme de silicium recyclé.

Pour en savoir plus, contacts : - Gunter Gerbeth, chercheur à l'Institut de dynamique des fluides, Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) - tél. : +49 351 260 3480 - email : g.gerbeth@hzdr.de
- Sven Eckert, chercheur à l'Institut de dynamique des fluides, Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf (HZDR) - tél. : +49 351 260 3043 - email : s.eckert@hzdr.de

Sources : "Viel Energie im Abfall", communiqué de presse du Centre Helmholtz de Dresde-Rossendorf - 06/11/2013 - http://www.hzdr.de/db/Cms?pOid=40301&pNid=473

Origine : BE Allemagne numéro 635 (15/11/2013) - Ambassade de France en Allemagne / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/74328.htm
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