Réussir bovins viande 30 septembre 2013 à 08h00 | Par Ludovic Vimond

Plein phare sur les panneaux photovoltaïques

Le marché des panneaux photovoltaïques — aussi appelés modules — s’est diversifié avec l’arrivée de nouvelles technologies ces dernières années.

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Structure et fonctionnement schématique des panneaux photovoltaïques
Structure et fonctionnement schématique des panneaux photovoltaïques - © Graphies.Thèque-Fotolia.com

Le marché des systèmes photovoltaïques est aujourd’hui occupé à 85 % par les modules dotés de cellules au silicium mono et multicristallin, dont les rendements énergétiques continuent à progresser et les coûts à diminuer. Mais d’autres technologies arrivent sur le marché. Leurs rendements énergétiques se calculent en faisant le ratio énergie électrique collectée/énergie lumineuse reçue sur la cellule.
Aussi, le choix d’une solution se raisonne en fonction de son budget, du tarif de rachat de l’électricité (voir tableau), mais également de la surface de toit idéalement exposée (vers le Sud) à sa disposition.


C’est le différentiel électrique qui génére un courant électrique


Dans son principe, une cellule photovoltaïque se compose de deux parties pouvant être de matériaux différents, générant un différentiel électrique lorsqu’elles sont exposées à la lumière. Par exemple, sur une cellule au silicium, la partie supérieure contient du silicium dopé « p » (pour positivement), c’est-à-dire enrichi en bore, tandis que la partie inférieure, dopée « n » (négativement), est enrichie en phosphore. Des contacts métalliques en faces avant et arrière exploitent le différentiel électrique pour générer un courant électrique.
Concernant les installateurs, il vaut mieux se rapprocher des professionnels bénéficiant des mentions « Reconnu Grenelle environnement », telles que les qualifications délivrées par Qualit’EnR ou Qualibat.

A gauche, cellules de silicium monocristallin ; à droite, cellules de silicium multicristallin.
A gauche, cellules de silicium monocristallin ; à droite, cellules de silicium multicristallin. - © Chromatika - Fotolia.com et D. Georgiev-Fotolia.co

Le silicium monocristallin

Il est obtenu par fusion du silicium puis refroidissement, le silicium se solidifiant en ne formant qu’un seul cristal. Ce dernier est ensuite découpé en fines tranches constituant des cellules d’un bleu uniforme et aux coins généralement arrondis. Son principe de fabrication et le haut degré de pureté de la silice impactent son coût. Le rendement énergétique varie selon les modèles, les technologies et les constructeurs. Il est compris entre 13 et 21 %, valeur atteinte par la société Sunpower, filiale de Total. Leur durée de vie dépasse les 25 ans.

 

Le silicium multicristallin

Également fondu, le silicium multicristallin (appelé parfois polycristallin) est refroidi dans une lingotière, où il forme plusieurs cristaux enchevêtrés. Visuellement, ces cellules
se distinguent par leurs formes carrées et par un aspect bleuté aux multiples reflets. Moins chères que les modules en silicium monocristallin, elles atteignent un rendement de 13 à 16 %, leur procurant un bon rapport qualité/prix. Leur rendement tend à diminuer lorsque la température augmente. Leur durée de vie dépasse les 25 ans.

A gauche, module à hétérojonction de silicium ; à droite, module à couches minces de silicium amorphe.
A gauche, module à hétérojonction de silicium ; à droite, module à couches minces de silicium amorphe. - © Sanyo, NRLE.

Les modules à hétérojonction de silicium

Les cellules du module sont constituées de matériaux de nature différente : un substrat en silicium monocristallin sur lequel on dépose un ensemble de couches minces de silicium amorphe. L’objectif recherché étant d’optimiser l’absorption du spectre solaire incident. Jusqu’à il y a peu, ce type de cellule atteignait un rendement entre 11 à 13 %. Mais les recherches font évoluer les performances : ainsi, le module Hit du constructeur Sanyo dépasse les 19 % de rendement. Le coût de l’investissement s’en ressent.

 

Les couches minces de silicium amorphe

Le silicium, chauffé jusqu’à atteindre l’état gazeux, se condense au contact d’une plaque de verre. Ainsi, il ne dispose pas de structure cristalline, mais offre une certaine souplesse.
De couleur gris foncé, on le retrouve sur les calculatrices et les montres « solaires ».
Économiques, ces cellules peuvent se monter sur support souple et sont efficaces à faible luminosité ou par temps couvert. Cependant, leur faible rendement, de l’ordre de 7-8 %, explique la disparition progressive de cette technologie et son remplacement par la technologie micromorphe.
Le principe consiste à combiner en série une cellule en couches minces de silicium amorphe et une cellule en couches minces de silicium microcristallin, afin de capter un plus large
spectre solaire. Le silicium amorphe agit dans le spectre du rayonnement visible, tandis que le silicium microcristallin évolue sur du proche infrarouge.
Les rendements des modules se situent autour de 10 % et leur prix en euros par watt est parmi les plus bas sur l’ensemble des technologies.

- © NRLE

Les modules en couches minces CdTe, CIS, CGIS

 

Il existe des technologies employant d’autres matériaux semi-conducteurs
que le silicium. C’est le cas des cellules CdTe, en tellurure de cadmium, ou des cellules en alliage CIS (cuivre, indium, sélénium) et de leurs variantes CIGS, contenant
du gallium en plus. Elles offrent une durée de vie supérieure
à 25 ans. La contenance de cadmium, potentiellement toxique,
freine le développement des cellules CdTe et pose la question
du coût de recyclage. Néanmoins, elles figurent parmi les technologies les moins chères et offrent une bonne efficacité d’absorption, ainsi qu’une bonne résistance à l’élévation de
ma température. Les modules CIS et CGIS sont pour l’instant
plus coûteux, car encore peu répandus. De plus, les disponibilités
en indium sont limitées.
Côté performances, les modules commerciaux atteignent
un rendement de 11 à 13,5 %. Mais les recherches font exploser
les records en laboratoire les uns après les autres, le dernier en date étant de 20,4 %. Les moduels CdTe évoluent également rapidement,
les rendements commerciaux étant de 11 et 12 %.

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