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Evolution technologique des cellules photovoltaïques
et perspectives d’avenir
Energie Facteur 4 asbl - Chemin de Vieusart 175 - 1300 WavreTél: 010/24 16 14 - Site web: www.ef4.be – email: [email protected]
et perspectives d’avenir Genappes
23 juin 2007
NOTIONSPHOTOVOLTAÏQUES
Photovoltaïque
Transformation de l’énergie
lumineuse en électricité
3www.ef4.be
Effet photovoltaïque
Electron
• 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
4www.ef4.be
PHOTON Electron
Trou
Electron
Puissance crête (Wc)
= puissance électrique
dans des conditions standards de test :1000 W/m², 25°C, AM 1,5
5www.ef4.be
• Exemple:1 module polycristallin de 200 Wcproduira 200 W sous un ensoleillement de 1000 W/m²
Mais ce même module pourra produire plus de 200 W avec un ensoleillement supérieur (en Espagne par exemple)
Silicium polycristallin
TYPES DE CELLULES
www.ef4.be
Nouvelles technologies :
• Multijonctions
� Spatial, concentration.
Principales technologies solaires commercialisées
7
Silicium :
• Mono-Si
• Poly-Si
• Ribbon Si
Silicium polycristallinCdTe Silicium amorphe CIGS
Couches minces:
Source: CSL, Verstraten, mars 2007
1ÈRE GÉNÉRATION
• à base de silicium cristallin– Technologie rigide– En phase commerciale– Rendement entre 12 et 20%– Relativement cher
8
– Relativement cher
www.ef4.be
Fabrication d’une cellule
9www.ef4.be
Cellule photovoltaïque
10www.ef4.be
De la cellule au module
• Obtenir une tension suffisante grâce à la connexion en série de nombreuses cellules,
• Protéger les cellules et leurs
11
• Protéger les cellules et leurs contacts métalliques contre les conditions ambiantes (humidité),
• Protéger mécaniquement les cellules, qui sont très fragiles.
www.ef4.be
Fabrication d’un module
Feuille d’EVA, fast cure, haute
Laminé de Tedlar (TPT), protection contre l’humidité, …
12www.ef4.be
Verre trempé, 3mm, pauvre en fer, haute transparence
fast cure, haute transparenceCellules silicium
connectées entre elles (p. ex. en série) automatiquement
Cadre en alu anodisé
Source: CSL, Verstraten, mars 2007
Quelques chiffres valables pour la Wallonie• Clé de calcul (cellules à base de silicium cristallin)
– Surface : 10 m²
– Puissance : 1,25 kWc = 1250 Wc– Électricité produite : 1000 kWh/an (fixe, optimum)
13www.ef4.be
Il faudrait donc 36 m² de panneaux
photovoltaïques pour couvrir les
consommations électriques d’un
ménage wallon moyen (3600 kWh/an)
2ÈME GÉNÉRATION
• Couches minces– Moins cher car moins de matière première– Perspectives importantes de réduction de prix
– En phase d’industrialisation et de commercialisation
14
commercialisation– Rendement entre 5 et 11%
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Silicium amorphe CdTe CIGS
2ÈME GÉNÉRATION• Procédé très adapté aux bas coûts
• Possibilité de faire du Rol To Rol (R2R)
Ex. CIGSSource: ETH
15
• Possibilité d’utiliser des techniques d’imprimerie.
www.ef4.be
Ex. CIGS par nanosolarSource: nanosolar
SCHOTTIberica
Barcelone
16
3ÈME GÉNÉRATION
• Nouvelles techniques– Cellules multi jonctions� Augmenter le rendement
17www.ef4.be
3ÈME GÉNÉRATION
• Nouvelles techniques– Cellules à concentration
�diminuer le coût�Mais nécessité d’un système de suivi du soleil
18
de suivi du soleil
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Direct Illumination
Reflected Illumination
Les rendements= énergie électrique / énergie solaire
TypeRendement cellule (en
labo)
Module (en labo)
Module (commercial)
Niveau de développement
1ère générationSilicium monocristallin 24,70% 22,70% 12-20% Production industrielle
Silicium polycristallin 20,30% 16,20% 11-15% Production industrielle
2e génération
Silicium amorphe 13,40% 10,40% 5-9% Production industrielle
19www.ef4.be
Silicium amorphe 13,40% 10,40% 5-9% Production industrielle
Silicium cristallin en couche mince 9,40% 7% Production industrielle
CIS 19,30% 13,50% 9-11 % Production industrielleCdTe 16,70% 6-9% Prêt pour la production
3e génération
Cellule organique 5,70% Au stade de la rechercheCellule de Grätzel 11% 8,40% Au stade de la recherche
Cellules multi-jonctions 39%* 25-30%**
Au stade de la recherche, production exclusivement pour applications spatiales
*sous concentration de 236 soleils** Module triple jonction GaInP/AsGa/G/GeSource : Systèmes Solaires – hors série spécial recherche solaire – juillet 2006
PERSPECTIVESD’AVENIR
Perspectives des technologies sur le marché européen
2000
2500
3000
3500
80
100
120
140MW GW
30%p.a. 25%p.a.
21www.ef4.be
0
500
1000
1500
0
20
40
60
2002 2005 2010 2015 2020 2025 2030
1G: c-Si2G: couches minces3G: nouveaux concepts Source: EPIA, 2005
Compétitivité du prix de l’électricité solaire avec le prix de l’électricité du réseau
Photovoltaics
Utility peak power 0,6
0,8
1,0
€/kWh
900 h/a: 0,60 €/kWh
1800 h/a: 0,30 €/kWh
22www.ef4.be
Source: RWE Energie AG and RSS GmbH
Utility peak power
Bulk power
0,0
0,2
0,4
0,6
1990 2000 2010 2020 2030 2040
0,30 €/kWh
Source: EPIA, 2005
Compétitivité du prix de l’électricité solaire avec le prix de l’électricité du réseau
2005 2010
23
2015 2020
Source: EPIA, 2005
Perspectives d’avenir
24Source: Scientific Board « Global change of Environment » to the German Government, 2003
Plus d’informations sur
www.ef4.be