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Dossier > Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Futura-Scien

Dossier > Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Futura-Sciences Source : http://www.futura- sciences.com/magazines/environnement/infos/dossiers/d/developpement-durable-cellules- Page 1 / 33 Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires De nombreuses cellules photovoltaïques ont vu le jour pour exploiter au mieux la lumière du Soleil au travers de panneaux solaires. Afin de produire de l’électricité, silicium, terres rares ou plastiques sont employés, mais chaque technologie a des atouts et des faiblesses dans ce domaine prometteur. Page 1/18 - Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Le Soleil fournit chaque année suffisamment d’énergie pour répondre plus de 7.500 fois aux besoins de la population mondiale. Progressivement, de nouvelles installations solaires voient le jour en France pour tirer profit de cette ressource. La production d’électricité est assurée par des structures parfois épaisses de quelques micromètres seulement : les cellules photovoltaïques, coeur des panneaux solaires. La société actuelle veut faire la part belle aux énergies renouvelables, c’est-à-dire dont la ressource ne diminue pas à l’échelle d’une vie humaine. Deux exemples sont le vent ou la lumière solaire. Ces dernières années, la lumière de l’astre du jour est particulièrement prisée par de nombreux particuliers et industriels, qui hésitent de moins en moins à installer des panneaux solaires sur leurs toits. Pour preuve, le parc photovoltaïque raccordé au réseau d’ERDF en France métropolitaine affichait en 2005 une puissance cumulée de 5 mégawatts (MW). Elle est maintenant supérieure à 3.339 MW (chiffre à fin juin 2013). L’énergie solaire est exploitée par l’Homme pour produire de l’électricité à l’aide de cellules photovoltaïques, coeur des panneaux solaires, mais elle est également à l’origine du cycle de l’eau, des vents ou encore de la photosynthèse pratiquée par les végétaux. © Claudio Vaccaro, Flickr, cc by nc nd 2.0 Pour mieux aborder ce sujet, Futura-Sciences était présent aux Journées nationales du photovoltaïque (JNPV) qui se sont tenues à Chantilly en décembre 2012. Nous nous sommes alors rendu compte à quel point la recherche, ici 30/09/2013 - Par Quentin Mauguit, Futura-Sciences Dossier > Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Futura-Sciences Source : http://www.futura- sciences.com/magazines/environnement/infos/dossiers/d/developpement-durable-cellules- Page 2 / 33 française, est active dans ce domaine qui est toujours en constante évolution. Il serait trop long d’aborder en détail toutes les recherches et améliorations. Les présentations technologiques qui vont suivre gardent donc une certaine hauteur par rapport à ces avancées. Jean-Luc Wingert, ingénieur conseil énergie et environnement, nous parles des enjeux de l'énergie solaire © Futura-Sciences À travers ce dossier , Futura-Sciences a souhaité, après avoir rappelé la place de l’énergie solaire dans le monde et son histoire, décortiquer les panneaux solaires pour en découvrir le cœur : la cellule photovoltaïque. Son principe de fonctionnement sera tout d’abord décrit en détail, puis les principales technologies seront passées en revue (silicium cristallin ou amorphe, CdTe, CIGS, CZTS, etc.). Leurs avantages ou inconvénients, mais aussi leurs procédés de fabrication et leurs performances actuelles n’auront bientôt plus aucun secret pour vous. Parce que notre époque l’impose, il sera également question de leur impact sur l’environnement et de leur recyclage. Bonne lecture. Page 2/18 - Le Soleil, une ressource inépuisable De nombreux pays souhaitent réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Pour ce faire, ils ont décidé de développer diverses filières exploitant des énergies renouvelables. L’une d’entre elles profite d'une ressource particulièrement abondante et inépuisable : la lumière solaire. Le réchauffement climatique actuel pousse de nombreux pays à rechercher de nouvelles sources d’énergie moins polluantes. L’éolien a ainsi le vent en poupe depuis quelques années, comme la filière du photovoltaïque. En effet, le Soleil est une source intarissable d’énergie. Une fraction de celle-ci nous parvient à chaque instant sous la forme de lumière. Notre planète reçoit en un peu plus d’une heure autant d’énergie que la consommation annuelle de la population mondiale. Cette information mérite d’être déclinée en quelques chiffres. La densité du flux d’énergie arrivant au niveau de notre atmosphère équivaut à 1.367 W/m2. Il s’agit précisément de la constante solaire, qui caractérise la quantité d’énergie solaire que recevrait une surface d'un mètre carré placée perpendiculairement aux rayons du Soleil au- Dossier > Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Futura-Sciences Source : http://www.futura- sciences.com/magazines/environnement/infos/dossiers/d/developpement-durable-cellules- Page 3 / 33 dessus de notre atmosphère, soit à 150 millions de kilomètres de notre étoile. Ainsi, la Terre serait soumise à chaque instant à une irradiation de 174 pétawatts (1015 W). Ne l’oublions pas, nous sommes toujours au-dessus de l’atmosphère. Irradiation solaire moyenne de l’Europe entre avril 2004 et mars 2010. Les valeurs (voir l’échelle colorimétrique) sont exprimées en kWh/m2. Plus les teintes sont rouges, plus il est intéressant d’installer des panneaux photovoltaïques. © SolarGIS, GeoModel Solar, 2011 Les nuages, océans et continents de la planète n’absorbent pas l’intégralité de l’énergie qui nous est transmise. À elle seule, l’atmosphère en réfléchirait environ 30 %. La Terre capte donc annuellement l’équivalent de l’énergie fournie par 92.000 milliards de tonnes de pétrole (Gtep, milliard de tonnes d’équivalent pétrole). Par comparaison, la consommation énergétique mondiale annuelle vient de franchir le cap des 12 Gtep en 2011. Ainsi, le Soleil nous fournit chaque année de quoi subvenir environ 6.300 fois aux besoins énergétiques de la planète pour une même période, en tenant compte du fait que les rendements de conversion ne peuvent théoriquement pas être supérieurs à 82 % (ils sont actuellement bien en deçà). Évidemment, il n’est pas envisageable d’exploiter cette ressource dans son intégralité, notamment parce qu’il est impossible de recouvrir totalement les océans et les terres cultivées avec des panneaux solaires. Page 3/18 - Le photovoltaïque dans le monde, en Europe et en France La filière du photovoltaïque est en pleine croissance depuis quelques années, ce qui s’est traduit par l’installation de dizaines de millions de panneaux solaires un peu partout dans le monde. Dans ce contexte, l’Europe reste cependant le leader du marché mondial de l’énergie solaire, notamment grâce aux performances affichées par l’Allemagne, la France et l’Italie. Contrairement à leurs homologues fossiles, les énergies renouvelables ne libèrent pas de gaz à effet de serre dans l’atmosphère au cours de leur exploitation. De nombreux pays ont donc décidé de les promouvoir afin de changer progressivement la composition de leur mix énergétique, et donc de réduire leur impact sur le climat. Ces démarches s’inscrivent principalement dans le cadre de la lutte contre le réchauffement climatique. L’année 2011 a été particulièrement faste pour le photovoltaïque, puisque le marché mondial a enregistré une progression de 70 % selon l’European Photovoltaic Industry Association (Epia). En un an, la puissance cumulée totale du parc solaire mondial est passée de 40,7 gigawatts (GW) à 71,1 GW. De quoi devenir la troisième plus Dossier > Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires Futura-Sciences Source : http://www.futura- sciences.com/magazines/environnement/infos/dossiers/d/developpement-durable-cellules- Page 4 / 33 grande source d’énergie renouvelable au monde (en matière de capacité installée) derrière l’hydraulique (715 GW en 2004) et l’éolien (193 GW en 2010). En 2012, le seuil symbolique des 100 GW de puissance cumulée totale a été dépassé (102 GW). Concrètement, ce potentiel couvre les besoins en énergie de 30 millions d’Européens. Certaines nouvelles centrales photovoltaïques possèdent plusieurs dizaines ou centaines de milliers de panneaux solaires. On en compte 11.520 dans le parc de Flachslanden-Neustetten, en Allemagne (ci-dessus). La centrale française de Toul-Rosières en possède 1,4 million. © Mark Mühlhaus, Windwärts Energie GmbH, cc by nc nd 2.0 Fait notable, le développement du photovoltaïque en Europe explique à lui seul respectivement 75 % et 55 % des nouvelles capacités apparues en 2011 (sur un total de 22,4 GW) et en 2012 (sur un total de 17,2 GW). Ce continent reste donc le leader dans ce domaine, grâce notamment aux efforts réalisés par l’Allemagne (+7,6 GW en 2012, chiffre stable depuis trois ans) et l’Italie (+3,4 GW en 2012, contre +9,3 GW en 2011). L’Allemagne maintient sa position dominante sur le marché mondial en termes de puissance installée cumulée sur son territoire (32,4 GW fin 2012). Deux pays non européens ont également affiché une forte progression en 2012 : la Chine (+5 GW) et les États-Unis (+3,3 GW). Le photovoltaïque en France Après des débuts relativement difficiles voici quelques années, le marché photovoltaïque français s’est progressivement développé. Il est maintenant le troisième plus important d’Europe, derrière l’Allemagne et l’Italie. Fin 2011, après avoir acquis 1,7 GW de plus, notre pays affichait une puissance cumulée d’environ 2,6 GW (Dom- Tom inclus, chiffres d’ERDF). La situation a encore évolué depuis, puisque le cap des 3 GW a été franchi entre janvier et mars 2012 : 3,126 GW étaient recensés fin décembre 2012, ce qui trahit une baisse conséquente du nombre de nouveaux raccordements réalisés cette année-là. D’autres faits nationaux notables ont marqué l’actualité 2012 dans ce domaine. Plusieurs centrales solaires photovoltaïques sont désormais en cours d’exploitation après plusieurs années de construction. La centrale de Crucey-Villages (Eure-et-Loir) a notamment été inaugurée en septembre 2012. Elle se compose de 741.150 panneaux photovoltaïques répartis sur 250 ha (puissance de 68 MW), ce qui correspond environ à la moitié du nombre de modules recensés à Toul-Rosières (1,4 million ; puissance de 115 MW). uploads/Science et Technologie/ 1688-cellules-photovoltaiques-coeur-panneaux-solaires.pdf