Evolution technologique des cellules photovoltaïques

et perspectives d’avenir

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et perspectives d’avenir Genappes

23 juin 2007

NOTIONSPHOTOVOLTAÏQUES

Photovoltaïque

Transformation de l’énergie

lumineuse en électricité

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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

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• 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

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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

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– Relativement cher

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Fabrication d’une cellule

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Cellule photovoltaïque

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De la cellule au module

• Obtenir une tension suffisante grâce à la connexion en série de nombreuses cellules,

• Protéger les cellules et leurs

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• Protéger les cellules et leurs contacts métalliques contre les conditions ambiantes (humidité),

• Protéger mécaniquement les cellules, qui sont très fragiles.

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Fabrication d’un module

Feuille d’EVA, fast cure, haute

Laminé de Tedlar (TPT), protection contre l’humidité, …

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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

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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

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• Possibilité d’utiliser des techniques d’imprimerie.

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Ex. CIGS par nanosolarSource: nanosolar

SCHOTTIberica

Barcelone

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3ÈME GÉNÉRATION

• Nouvelles techniques– Cellules multi jonctions� Augmenter le rendement

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3ÈME GÉNÉRATION

• Nouvelles techniques– Cellules à concentration

�diminuer le coût�Mais nécessité d’un système de suivi du soleil

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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

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