Evolution technologique des cellules photovoltaïques et

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
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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)
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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
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Fabrication d’une cellule
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Cellule photovoltaïque
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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.
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Verre trempé,
3mm, pauvre en
fer, haute
transparence
Cadre en alu
anodisé
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Source: CSL, Verstraten, mars 2007
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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
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CdTe
CIGS
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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
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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
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Reflec ted
Illumination
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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
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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
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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
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Perspectives d’avenir
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Source: Scientific Board « Global change of Environment » to the German Government, 2003
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