Evolution technologique des cellules photovoltaïques et perspectives d’avenir NOTIONS PHOTOVOLTAÏQUES Genappes 23 juin 2007 Energie Facteur 4 asbl - Chemin de Vieusart 175 - 1300 Wavre Tél: 010/24 16 14 - Site web: www.ef4.be – email: [email protected] Photovoltaïque Effet photovoltaïque Transformation de l’énergie lumineuse en électricité • Découvert en 1839 par Edmond Becquerel • Apparition d’une tension aux bornes d’un matériau semi-conducteur exposé à la lumière • Production d’un courant continu Electron PHOTON Electron Trou www.ef4.be 3 www.ef4.be 4 Puissance crête (Wc) = puissance électrique TYPES DE CELLULES dans des conditions standards de test :1000 W/m², 25°C, AM 1,5 • Exemple: 1 module polycristallin de 200 Wc produira 200 W sous un ensoleillement de 1000 W/m² Silicium polycristallin Mais ce même module pourra produire plus de 200 W avec un ensoleillement supérieur (en Espagne par exemple) www.ef4.be www.ef4.be 5 Principales technologies solaires commercialisées 1ÈRE GÉNÉRATION Nouvelles technologies: • à base de silicium cristallin • Multijonctions – – – – Spatial, concentration. Technologie rigide En phase commerciale Rendement entre 12 et 20% Relativement cher Couches minces: Silicium: • Mono-Si • Poly-Si • Ribbon Si CdTe Silicium amorphe Source: CSL, Verstraten, mars 2007 CIGS Silicium polycristallin 7 www.ef4.be 8 Fabrication d’une cellule www.ef4.be Cellule photovoltaïque www.ef4.be 9 De la cellule au module Fabrication d’un module Laminé de Tedlar (TPT), protection contre l’humidité, … • Obtenir une tension suffisante grâce à la connexion en série de nombreuses cellules, • Protéger les cellules et leurs contacts métalliques contre les conditions ambiantes (humidité), Feuille d’EVA, fast cure, haute transparence Cellules silicium connectées entre elles (p. ex. en série) automatiquement • Protéger mécaniquement les cellules, qui sont très fragiles. www.ef4.be 10 Verre trempé, 3mm, pauvre en fer, haute transparence Cadre en alu anodisé 11 Source: CSL, Verstraten, mars 2007 www.ef4.be 12 Quelques chiffres valables pour la Wallonie • Clé de calcul 2ÈME GÉNÉRATION • Couches minces (cellules à base de silicium cristallin) – Moins cher car moins de matière première – Perspectives importantes de réduction de prix – En phase d’industrialisation et de commercialisation – Rendement entre 5 et 11% – Surface : 10 m² – Puissance : 1,25 kWc = 1250 Wc – Électricité produite : 1000 kWh/an (fixe, optimum) Il faudrait donc 36 m² de panneaux photovoltaïques pour couvrir les consommations électriques d’un ménage wallon moyen (3600 kWh/an) Silicium amorphe www.ef4.be 13 CdTe CIGS www.ef4.be 14 2ÈME GÉNÉRATION • Procédé très adapté aux bas coûts • Possibilité de faire du Rol To Rol (R2R) SCHOTT Iberica Barcelone Ex. CIGS Source: ETH • Possibilité d’utiliser des techniques d’imprimerie. Ex. CIGS par nanosolar Source: nanosolar www.ef4.be 15 16 3ÈME GÉNÉRATION 3ÈME GÉNÉRATION • Nouvelles techniques • Nouvelles techniques – Cellules multi jonctions Augmenter le rendement – Cellules à concentration diminuer le coût Mais nécessité d’un système de suivi du soleil Direc t Illumination www.ef4.be 17 Reflec ted Illumination www.ef4.be Les rendements = énergie électrique / énergie solaire Type Rendement cellule (en labo) Module (en labo) 24,70% 22,70% 12-20% Production industrielle 20,30% 16,20% 11-15% Production industrielle 13,40% 2e génération 10,40% 5-9% Module (commercial) Niveau de développement PERSPECTIVES D’AVENIR 1ère génération Silicium monocristallin Silicium polycristallin Silicium amorphe Silicium cristallin en couche mince CIS CdTe 9,40% 19,30% 16,70% 7% 13,50% 9-11 % 6-9% 3e génération Cellule organique Cellule de Grätzel 5,70% 11% 8,40% Cellules multijonctions 39%* 25-30%** Production industrielle Production industrielle Production industrielle Prêt pour la production Au stade de la recherche Au stade de la recherche Au stade de la recherche, production exclusivement pour applications spatiales *sous concentration de 236 soleils ** Module triple jonction GaInP/AsGa/G/Ge Source : Systèmes Solaires – hors série spécial recherche solaire – juillet 2006 www.ef4.be 19 18 Perspectives des technologies sur le marché européen MW 3500 GW 140 25%p.a. 30%p.a. Compétitivité du prix de l’électricité solaire avec le prix de l’électricité du réseau 3000 120 2500 100 2000 €/kWh 1,0 0,8 Photovoltaics 80 1500 60 1000 40 500 20 0 Utility peak power 2005 2010 2015 1G: c-Si 2G: couches minces 3G: nouveaux concepts 2020 2025 0,4 Source: RWE Energie AG and RSS GmbH 0,2 2030 0,0 1990 2000 2010 2020 2030 2040 Source: EPIA, 2005 www.ef4.be 21 Compétitivité du prix de l’électricité solaire avec le prix de l’électricité du réseau 2005 2010 2015 2020 Source: EPIA, 2005 1800 h/a: 0,30 €/kWh 0,6 Bulk power 0 2002 900 h/a: 0,60 €/kWh Source: EPIA, 2005 www.ef4.be 22 Perspectives d’avenir 23 Source: Scientific Board « Global change of Environment » to the German Government, 2003 24 Plus d’informations sur www.ef4.be