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L'énergie solaire photovoltaïque |
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L’effet photovoltaïque (ou encore photoélectrique), conversion de la lumière en électricité, a été découvert par Becquerel en 1839. Mais il n’a reçu une application industrielle qu’en 1954, en particulier dans le domaine spatial.
Comment ça marche ? Les photons (particules constitutives de la lumière) sont capables de déloger les électrons périphériques de certains atomes d’éléments semi-conducteurs, et de produire ainsi du courant électrique (le courant électrique est un déplacement d’électrons). La plupart des capteurs photovoltaïques utilisent les propriétés du silicium. Cet élément offre de bons rendements et est abondant dans la nature. Les rendements varient de 5 à 16 % suivant le type de cristallisation du silicium (11 à 15 % pour du silicium polycristallin, 5 à 9 % pour du silicium amorphe), les cellules les plus efficaces coûtant plus cher à fabriquer. Les recherches se poursuivent pour tenter d’améliorer les rendements. Le tableau ci-dessous résume l’état actuel des connaissances sur les grandes familles de cellules photovoltaïques :
| Type de cellule |
Rendement
module commercial |
Module prototype maximum |
Record en laboratoire |
| Cellules organiques |
- |
- |
5 % |
| Silicium cristallin
(couche mince) |
7 % |
9,4 % |
- |
| Silicium amorphe
(couche mince) |
5 à 9 % |
10,4 % |
13,4 % |
| CdTe (Tellurure de Cadmium) |
6 à 9 % |
- |
16,7 % |
| CIS (Cuivre-Indium-Sélénium) |
9 à 11 % |
13,5 % |
19,3 % |
| Silicium polycristallin |
11 à 15 % |
16,2% |
20,3 % |
| Silicium mono cristallin |
12 à 20 % |
22,7 % |
24,7 % |
| Cellule multijonction
(technologie spatiale) |
- |
25 à 30 % |
39 % |
D’une manière générale, on peut augmenter le rendement des cellules photovoltaïques :
- soit en purifiant au maximum le semi-conducteur utilisé,
- soit en empilant plusieurs semi-conducteurs qui vont chacun utiliser une longueur d’onde lumineuse un peu différente et donc, à plusieurs, être plus efficaces.
Mais plus le rendement est élevé, plus la cellule est chère. Ainsi, les cellules multijonction utilisées dans l’espace (Gallium-Indium-Phosphore / Arséniure de Gallium / Gallium / Germanium) sont extrêmement coûteuses.
Autre problème : les cellules CdTe sont moins chères que celles au silicium amorphe et légèrement plus performantes, mais elles contiennent du cadmium qui est un métal très toxique.
Un capteur photovoltaïque est un panneau dans lequel sont intégrées des cellules photovoltaïques (appelées aussi photopiles). En fonction de l’agencement des cellules dans le panneau, on obtient la puissance désirée et la tension de sortie (12, 24, 48 V…) en courant continu (on utilise un convertisseur continu/alternatif ou DC/AC pour transformer le courant continu en courant alternatif permettant d’alimenter le réseau électrique ou, directement, la plupart des appareils électriques modernes). La grande majorité des panneaux délivrent une puissance de 50 à 200 Wc (Watts crête). La puissance d’une photopile varie avec l’ensoleillement. Le Watt crête représente la puissance fournie dans les conditions standards de référence : éclairement solaire de 1000 W/m² et température de 25° C). Les cellules sont fragiles : pour cette raison, elles sont encapsulées au sein de panneaux solaires, afin de les protéger des chocs et de l’humidité. |
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| Capteurs photovoltaïques. |
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Les utilisations
L’électricité photovoltaïque a plusieurs utilisations :
- l’alimentation électrique de sites et d’habitations isolés, situés loin d’un réseau électrique (zones rurales dans les pays en développement, relais de communication, téléphones sur les autoroutes, balises en mer, satellites…) pour 25 à 30 % du marché ;
- des systèmes raccordés au réseau électrique (toits et murs photovoltaïques de maisons, centrales photovoltaïques) pour 70 à 75 % du marché.
- d’autres applications individuelles, comme les montres et les calculettes alimentées par des cellules de faible puissance, pour 2 à 5 % du marché.
L’investissement dans la production d’électricité photovoltaïque coûte cher. Elle doit être stimulée par des aides importantes. C’est le cas par exemple en France, depuis une loi passée en février 2000. Les aides prennent la forme d’une obligation de rachat par EDF de l’électricité produite à un tarif supérieur au tarif normal. Ces aides s’appliquent à toutes les énergies renouvelables pour de petites unités de production (< 12 MW,) mais c’est l’électricité photovoltaïque qui est rachetée au tarif le plus élevé (0,30 à 0,55 €/kWh contre, par exemple, 0,082 €/kWh pour l’éolien). En Allemagne, le tarif de rachat de l’électricité photovoltaïque est de 0,6 €/kWh.
Les aides passent aussi par des incitations fiscales : ainsi, depuis janvier 2005, les Français qui désirent s’équiper d’un système photovoltaïque peuvent percevoir un crédit d’impôt de 40 % du montant de l’équipement. |
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