Le Photovoltaïque - L'énergie solaire captée

L’industrie de l’énergie solaire utilise essentiellement le silicium, un élément chimique semi-conducteur comme matière première, mais cet élément pourrait venir à manquer.

Bonne nouvelle, la production de modules solaires augmente de 35% chaque année depuis 1995 ! Bien que tous les Etats ne se soient pas attelés au même rythme au développement de cette technologie respectueuse de la planète, il existe une dynamique favorable à l’utilisation du solaire dans des domaines de plus en plus nombreux de la vie quotidienne. L’Allemagne est un des pays les plus engagés dans la technologie solaire. C’est aussi là bas qu’ont lieu des réflexions sur les moyens d’assurer un approvisionnement pérenne en matières premières.

En 2005, 32 000 tonnes de silicium ont été utilisées dans l’industrie électronique et solaire. Chacune consomme une part égale à 48% environ du silicium pur disponible sur le marché. Le problème se pose lorsque la demande de cet élément surpasse la quantité disponible, ce qui tend à devenir le cas. Le prix du silicium poly-cristallin à ainsi doublé sur ces dernières années, entrainant une hausse de 10% du coût des installations solaires thermiques.

L’accroissement de la demande a été jusqu’ici sous estimé. Prenant la mesure du problème, 700 experts du solaire se sont réunis à Munich l’été dernier pour apporter une solution au problème. Ce sont les quelques entreprises chimiques au niveau mondial productrices de silicium qui ont été sollicitées. Ainsi, un des acteurs majeurs sur le marché du silicium poly-cristallin, l’allemand Wacker, a augmenté sa production de 20% en un an et s’est engagé à passer de 5.600 à 10 000 tonnes ce qui représente une hausse conséquente. De nouvelles usines fabriquant cette matière première sont en cours de construction.

      Ainsi la technologie solaire appliquée au textile transforme les vêtements en fournisseurs d’énergie pour les portables, Ipod ou autres instruments électroniques. C’est un fabriquant italien, l’entreprise Zegna Sport, qui la première s’est lancée dans cette voie avec une veste de survêtement qui sera mise sur la marché dans la collection printemps/été 2008.

      Cette veste solaire intègre les modules solaires au niveau du col et du dos. Ces modules en silicium cristallin, d’une dimension de 9 cm sur 5,5 convertissent la lumière en électricité, avec une production d’1Watt par temps ensoleillé environ. Le courant est stocké dans une batterie tampon à l’aide de câbles textiles conducteurs ou directement transmis à l’appareil connecté.

      Ce projet s’appuie sur un partenariat entre l’entreprise Interactive Wear et SOLARC, une entreprise Berlinoise impliquée dans le développement de solutions solaires. Les deux firmes ont fondé une plateforme technologique, i-solar X, dont l’objectif est de faciliter l’intégration des câbles, cellules solaires et autres composantes électroniques miniature dans le vêtement.

A vos vestes !

Crédits photo: www.maier-sports.de

      Le silicium amorphe porte ce nom car il ne se présente pas sous forme de cristaux. C’est un élément apparu en 1976 qui permet de diversifier les techniques de production des cellules PV, voyons de quelle manière.

      Tout d’abord la production de cellules PV en couches minces nécessite moins d’énergie et moins de matière première que la production de cellules au silicium cristallin. Ses capacités d’absorption de la lumière sont plus importantes mais en revanche son rendement de conversion, proportionnel à la mobilité des charges électriques, est moins bon. Cette technologie comportait plusieurs défauts qui ont disparus pour une grande part grâce à des améliorations effectuées à partir de travaux en laboratoire. Le rendement était assez faible puisqu’il tournait autour de 5%, et la durée de vie limitée à quelques centaines d’heures. Les scientifiques ont découvert qu’en empilant les couches de silicium et en insérant entre elles une feuille de verre, le module gagnait en stabilité et en rendement, qui peut atteindre désormais jusqu’à 11%.

      Le principe consiste à fabriquer la cellule à même le support. Celui-ci doit être rigide, on emploie donc souvent du verre. Les dimensions du support déterminent ses caractéristiques électriques telles que la tension ou la puissance. Sur ce substrat est déposée une pellicule d’oxyde d’étain qui rempli une fonction d’électrode. Par-dessus est déposé un film de silicium amorphe par projection d’un gaz nommé silane sur le support. L’opération est réalisée dans un four chauffé à vide, ce qui permet de libérer le silicium qui vient se déposer sur le support. La même opération combien dépôt du silicium et adjonction des dopants (voir article sur la fabrication des cellules à base de silicium cristallin). La pellicule recouvrant le support est découpée au laser ce qui confère au module cette forme quadrillée. La phase ultime consiste à encapsuler les modules sous une couche de film plastique puis de verre et de vérifier son bon fonctionnement par des tests.

      Quels sont les avancées technologiques en cours ?

        Schématiquement, le mécanisme est le suivant : lorsque les photons ou particules de lumière entrent en contact avec les électrons du silicium, un élément semi-conducteur traité spécifiquement pour canaliser l’énergie, ils génèrent une tension électrique. Cette tension est mesurée en volts, d’où le terme « photovoltaïque ». 

      Chaque panneau solaire est composé d’un assemblage de plaques ou « capteurs », de cet élément mentionné plus haut, le silicium. Cet élément chimique existe sous forme cristalline et sous forme amorphe, ce qui détermine les deux filières de production des modules photovoltaïques. Le silicium est un composant rare et donc cher, ce qui ne manque pas de se répercuter sur le prix final de l’équipement.

Le processus de fabrication des cellules au silicium cristallin ou cellules PV :

      Tout d'abord, il faut obtenir la matière première: le silicium existe sous forme mono ou poly cristalline. On fabrique le silicium monocristallin à partir de colonnes pures de silicium, tandis que le silicium polycristallin est crée à partir de la fonte de copeaux de silicium monocristallin. Ces copeaux s’obtiennent par équarrissage ou opération de taille des lingots cylindriques monocristallins. Au final, cette matière première doit avoir la forme de briques de 101,5 x 101,5 mm ou 120 x 120 mm.

 Lingots de silicium monocristallin posés sur des lingots de silicium polycristallin

      Le rendement du silicium polycristallin est un peu inférieur car il est moins pur, mais en contrepartie il coûte moins cher.

            Ensuite, les lingots sont découpés en tranches appelées ‘wafers’. Jusqu’à présent, le silicium n’est toujours pas apte à emmagasiner et canaliser l’énergie solaire. C’est grâce à la phase du dopage que le silicium acquiert les caractéristiques d’une photopile. Un élément tel que le bore est employé pour rendre la tranche positive en volume tandis que du phosphore est utilisé pour rendre les surfaces, ou parties exposées à la lumière, négatives : la tranche fonctionne comme une diode et oriente la circulation des électrons. Afin de limiter la réflexion de la lumière, on finalise l’opération en apposant un antireflet, en oxyde de titane par exemple, sur la face avant des cellules PV. 

      L’étape suivante consiste à assembler les tranches grâce à une structure métallique pour former les cellules PV, qui elles même sont connectées les unes aux autres pour former des chaînes. Les caractéristiques du module dépendent du nombre de cellules connectées en parallèle et en série. 

      C’est presque fini ! Les chaînes sont encapsulées sous du plastique hautement résistant pour les isoler et les protéger des agressions extérieures, puis recouverte d’une couche de verre. Pour finaliser le travail, on les encadre pour leur conférer une rigidité mécanique et les modules subissent plusieurs tests avant d’être mis sur le marché.   

Modèles de modules encadrés

Crédit photos: Documents SIEMENS et PHOTOWATT

    A suivre…

 A la Réunion, un forum sur l’énergie solaire photovoltaïque s’est tenu le 28 octobre dernier dans la ville de Saint Denis.

C'est dans cette ville que se trouve actuellement la centrale solaire la plus puissante de France. On comprend aisément pourquoi sachant que l'ensoleillement y est garanti minimum 6 heures par jour pendant toute l'année! Un tel forum permet aux habitants de l’île de s’informer sur les modalités d’acquisition de panneaux solaires et les avantages qui y sont liés. Cet évennement a notamment bénéficié du patronage de la Société de Conversion de l'Energie, propriétaire de la ferme solaire à l'ouest de l'île. Chaque habitant a pu bénéficier d’un service personnalisé auprès d’un conseiller, qui débouche sur la proposition d’un kit adapté à chaque habitat, en fonction de son emplacement et de sa taille. L'intérêt est aussi de pouvoir intégrer la demande en amont des étapes de constructions.

La possibilité de produire son énergie représente un grand avantage : en profitant d’une ressource naturelle très abondante dans la région, les habitants de l’île utilisent un avantage comparatif qui leur permet de réduire leurs coûts de consommation en électricité tout en développant leurs activités, et cela sans impacts négatifs sur l’environnement! Il ne faut pas oublier makgré tout que l’installation de panneaux solaires représente un investissement important. Mais ce coût est vite amorti par la possibilité de revendre à EDF l’électricité produite « maison » à un prix très supérieur au prix du marché (dans une proportion de 1 à 4 !).

De nombreux avantages financiers sont proposés par la Région et par l'Ademe (Agence de l'environnement et de la maîtrise d'énergie). Des incitations en termes de crédits d’impôts, portés à 50% début 2006, devraient achever de convaincre les réunionnais d’investir dans cette énergie du futur !

Voir aussi: 

- Site officiel de l'île de la Réunion: www.regionreunion.com

Le deuxième homme le plus riche de Chine, avec une fortune estimée à 2,2 milliards de dollars US, a construit son empire…sur l’énergie solaire photovoltaïque.  

      Shi Zhengrong fait partie de la classe de ces entrepreneurs accomplis dont le succès phénoménal invite à se lancer dans le solaire photovoltaïque. Avec une quinzaine de brevets déposés dans ce domaine, il est aujourd’hui un des plus grands spécialistes de cette nouvelle technologie. 

      PDG fondateur de Suntech-Power, une entreprise crée en 2001 qui fabrique des cellules et des panneaux photovoltaïques, cet homme d’aujourd’hui 44 ans a su faire évoluer sa société de manière à devenir un des plus importants fabriquant de modules au niveau mondial. Suntech Power figure en effet parmi les 10 premières entreprises photovoltaïques au monde. C’est aussi la première entreprise privée d’origine chinoise à être cotée à la bourse de New York, depuis 2005.

     Pour un rapide aperçu de sa biographie, Shi Zengrong émigre en Australie où il obtient son diplôme de docteur en 1992 grâce à une thèse sur l’énergie solaire. Il poursuit ensuite ses études au Centre de recherches sur l’énergie solaire au sein de l’université en tant que chercheur, avant de devenir conseiller technique du Centre d’études océan pacifique en 1995. De retour en Chine en 2001, il fonde son entreprise dans la ville de Wuxi, située à 130 kilomètres au nord est de Shanghai. Cette localisation n’est certes pas étrangère au 6 millions d’euros d’aides municipales dont il bénéficie pour soutenir son projet !

Quels sont les clefs de la réussite de Suntech ? Plus compétitive que ses concurrents car elle vend ses produits jusqu’à 10% moins cher, la marque s’est forgé directement au niveau international, où elle réalise actuellement 80% de son chiffre d’affaire. L’entreprise investit énormément en R&D (plus de 20 millions de dollars US en 2 ans), notamment sur les problématiques de conversion d’énergie.

      Shi Zhengrong à été élu “homme d’affaires de l’année 2006” par la chaîne de télévision nationale CCTV. Suntech Power Co. Ltd. c’est aujourd’hui quatre usines, 4 000 salariés et 600 millions de dollars de chiffre d’affaire en 2006. Grace à ses bonnes relations avec le gouvernement, figure parmi ses contrats l’équipement en panneaux solaires d’un stade à Pékin en prévision des JO de 2008. Certainement la société à encore de beaux jours devant elle puisque récemment le gouvernement Chinois à annoncé qu’il investirait 10 milliards de yuans entre 2005 et 2010 dans les énergies renouvelables !

             Voir aussi :

www.enerzine.com

Le dossier « Energie, nouveau souffle » du magazine « L’Usine nouvelle » paru fin septembre.  

Un avenir époustouflant !
Le taux de croissance des ventes de solaire photovoltaïque est de 40% par an depuis dix ans. Pas mal ! Quant à la taille du marché, elle est actuellement de six milliards d'euros. Il y a de quoi faire…

Alors que le parc photovoltaïque mondial produisait en 1995 annuellement 80 MW, il en produira 48 000 d'ici 2020. Je vous laisse calculer le taux de croissance du marché ! Vous y êtes ? 600% ! Parfaitement…

Autre chiffre intéressant : d'ici 2020, ce marché représentera la bagatelle de 60 milliards d'euros ! La branche d'activité à de beaux jours devant elle… Elle va être décuplée ! Quant aux entreprises du secteur, elles connaîtront une croissance à deux chiffres (entre 25% et 35%) pendant encore des années.

Les leaders ?
L'Allemagne, l'Allemagne et encore l'Allemagne, avec plus de la moitié mondiale du marché (57%). Elle est suivie par le Japon (19% du marché) et les Etats-Unis (7%) qui se réveillent tard mais très fort !

L'an dernier, l'Allemagne a produit plus de 1 500 MW d'électricité photovoltaïque. C'est le tiers de l'énergie solaire photovoltaïque mondiale !

Depuis quelques années, notre voisin a foncé tête baissée dans le développement de ces technologies. Pendant ce temps là, nous autres Français dormions sereinement sur nos deux oreilles et laissions passer le train.

Un train d'enfer
Le train du solaire représente en Allemagne plus de 50 000 emplois, quatre milliards d'euros de chiffre d'affaires et la maîtrise d'une technologie des plus pointues. Ajoutez au solaire les autres énergies renouvelables, et cela représente 180 000 emplois et 18 milliards d'euros de chiffre d'affaires !

En gros, l'Allemagne, le Japon et les Etats-Unis représentent 1,1 Gigawatts (GW) installés sur les 1,3 GW qui existent dans le monde. Et d'ici 2010, nous serons passés à 5,6 GW selon les estimations des experts. Fois cinq !

En résumé
Retenez juste que le potentiel est énorme et avéré, et que le leader incontesté en la matière est l'Allemagne.

Cependant, les Américains reviennent en force dans la partie avec cette incroyable capacité qu'ils ont à produire de la technologie de pointe grâce à des moyens humains, financiers et réglementaires faciles à mobiliser.

Tags: Photovoltaique, Energie Solaire

Voici un article sur le photovoltaïque que j'ai trouvé très intéressante. Il traite le sujet sous un angle financier, qu'il faut bien avoir en tête.

Par Isabelle Mouilleseaux , Source : La Chronique Agora

Il y a une très belle introduction en bourse prévue en Allemagne dans les prochains jours : Centrotherm Photovoltaics AG. Je vais vous en dire un mot, c'est promis. Mais pour bien comprendre le potentiel et les enjeux du solaire, quelques explications s'imposent en amont…

Brut et gaz vont manquer et les prix s'envoleront
C'est une chose dont il faut être convaincu si vous voulez vous intéresser au solaire. La demande de pétrole et de gaz va exploser dans les prochaines années avec la croissance chinoise et indienne. Or pour l'instant la production de pétrole arrive tout juste à satisfaire la demande — le marché est franchement très tendu. Alors qu'en sera-t-il dans quelques années quand la demande explosera ?

Le déséquilibre offre/demande ira croissant et les prix s'envoleront. Une lapalissade… tout le monde est d'accord sur ce point.

Autre léger souci auquel nous serons bientôt confrontés : la pénurie ! Eh oui, les réserves de brut et gaz ne sont pas infinies… C'est toute la théorie du Peak Oil. L'offre ira en se raréfiant au moment où la demande s'amplifiera.

Le charbon va finir par nous étouffer
Voici le second élément dont il faut être convaincu : le réchauffement climatique est une réalité urgente. Sa cause principale ? Les émissions de CO2.

L'origine de ce CO2 ?  L'utilisation des énergies fossiles — brut et charbon en tête. En clair, il va falloir mettre le holà si nous ne voulons pas faire perdre la tête à notre bonne vieille Terre, et griller comme des sardines au soleil !…

Sachant que 70% de l'électricité chinoise vient du charbon, il y a du travail ! Plus étonnant : 50% de l'électricité américaine est issue du charbon, 80% pour l'Australie ! Vous comprenez pourquoi ces pays ne ratifient pas Kyoto…

Vous êtes d'accord avec moi sur ces deux premiers points ? Oui ? Alors la suite vous intéresse fortement…

Le potentiel des énergies alternatives est gigantesque
Eh oui ! Il va falloir trouver des solutions de rechange. A la fois propres et substituables. Actuellement l'électricité mondiale a pour origine :
- le charbon à hauteur de 40%
- le gaz : 19%
- le nucléaire : 17%
- les énergies renouvelables : 18%
- le brut : 7%

Je suis prête à parier avec vous que nous allons assister dans les décennies à venir à l'explosion de la part du nucléaire et du renouvelable dans le mix électricité — au grand détriment du charbon noir.

Quant au poste énergies renouvelables, c'est pour l'instant l'énergie hydraulique qui se taille la part du lion. Mais cette énergie a atteint son seuil de saturation dans la plupart des pays occidentaux. Il y en a d'autres : la biomasse, le solaire, l'éolien, la géothermie…

Et  le premier à sortir du lot sera à mon humble avis le solaire, suivi par la géothermie (mais ça, c'est un autre vaste sujet…). D'ici la fin du siècle, l'électricité d'origine solaire pourrait bien être la première source d'énergie de la planète…

Parlons du solaire, plus précisément du photovoltaïque
L'énergie solaire photovoltaïque produit directement de l'électricité en captant les rayons solaires grâce à des cellules photovoltaïques. Quelques chiffres pour situer les choses :

Le taux de croissance des ventes de solaire photovoltaïque est de +40% par an depuis dix ans. Pas mal !

Quant à la taille du marché, elle est actuellement de six milliards d'euros. Il y a de quoi faire…

Si je vous dis maintenant que ce marché va passer de six  à 60 milliards d'euros en une décennie… voilà qui va attiser les convoitises.

Je vous le disais il y a un instant : le photovoltaïque va frapper fort et rapidement — et je vous expliquerai pourquoi dès demain.

Matériel photovoltaïque : Cette valise plutôt élégante est un fait deux panneaux solaires 13W, très puissant sur support ajustable. Cette valise magique permet de recharger tout appareil en 12 VDC.

Caractéristiques

* Applications diverses: caravane, yacht, outillage électrique à main, réfrigérateur CC, ordinateur notebook, système GPS
* Avec indicateur de charge clignotant
* Multi connecteurs démontables pour plusieurs applications

Spécifications

* puissance: 13W max.
* tension de travail: 14V
* courant de travail: 750mA
* dimensions: 510 x 375 x 40mm
* poids: 4.4kg

Combien ? Où l'acheter ?

Cette valise générateur est en promo (-22%) jusqu'au 30 octobre 2007, soit un prix de 84,90 euros au lieu de 109,90 euros.
Je l'ai trouvée chez Conrad.fr -

Pour en savoir plus et/ou acheter, rendez-vous sur la page de ce produit sur le site de Conrad.