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Les technologies du photovoltaïque

Alexandre Edmond Becquerel, découvreur de leffet photovoltaïqueFiche d’information reproduite avec l’aimable autorisation du syndicat des énergies renouvelables, disponible au format PDF sur le site du SER sous le titre Fiche d’information sur les technologies du photovoltaïque.

Découvert par Edmond Becquerel, au milieu du XIXème siècle, l’effet photovoltaïque transforme directement la lumière solaire en énergie électrique.

Deux technologies, le silicium cristallin et les cellules à couche mince, dominent actuellement le marché. L’amélioration de la performance du photovoltaïque fait l’objet d’efforts soutenus et en très nette croissance de la part de plusieurs pays (Japon, Etats-Unis, Allemagne…).

La France, au travers de la création de l’INES (Institut National de l’Energie Solaire) ou de projets industriels comme Solar Nano Crystal, investit également de plus en plus dans la recherche.


Définition et principe de fonctionnement d’une cellule photovoltaïque

Une cellule photovoltaïque est un composant électronique qui, exposé à la lumière, génère de l’électricité. Elle peut être utilisée seule (calculatrice, montre…) mais, la plupart du temps, les cellules sont regroupées dans des modules ou panneaux photovoltaïques.

Il existe plusieurs familles de cellules photovoltaïques. Actuellement, les plus répandues sur le marché sont les cellules en silicium cristallin et les cellules en couches minces. D’autres en sont au stade de la Recherche et Développement.


Les cellules photovoltaïques en silicium cristallinLes cellules en silicium cristallin

Les cellules en silicium cristallin constitué de fines plaques de silicium, un élément chimique très abondant et qui s’extrait notamment du sable ou du quartz. Le silicium est obtenu à partir d’un seul cristal ou de plusieurs cristaux : on parle alors de cellules monocristallines ou multicristallines.
Les cellules en silicium cristallin sont d’un bon rendement (de 14 à 15 % pour le multicristallin et de près de 16 à 19 % pour le monocristallin). Elles représentent plus de 90 % du marché actuel.


Les cellules photovoltaïques en couches mincesLes cellules en couches minces

Les cellules en couches minces sont fabriquées en déposant une ou plusieurs couches semi-conductrices et photosensibles sur un support de verre, de plastique, d’acier… Cette technologie permet de diminuer le coût de fabrication, mais son rendement est inférieur à celui des cellules en silicium cristallin (il est de l’ordre de 5 à 13 %). Les cellules en couches minces les plus répandues sont en silicium amorphe, composées de silicium projeté sur un matériel souple.
La technologie des cellules en couches minces connaît actuellement un fort développement, sa part de marché étant passée de 2 %, il y a quelques années, à plus de 10 % aujourd’hui.


Part de la technologie des cellules photovoltaïques en France en 2006Les autres types de cellules photovoltaïques

Les cellules à concentration: elles sont placées au sein d’un foyer optique qui concentre la lumière. Leur rendement est élevé, de l’ordre de 20 à 30 %, mais elles doivent absolument être placées sur un support mobile afin d’être constamment positionnées face au soleil.

Les cellules organiques: composées de semi-conducteurs organiques déposés sur un substrat de plastique ou de verre, ces cellules, encore au stade expérimental, offrent un rendement moyennement élevé (de l’ordre de 5 à 10 %) mais présentent des perspectives intéressantes de réduction de coûts.


La recherche en France et dans le monde sur les cellules photovoltaïques

En France, le budget national de R&D a augmenté sensiblement depuis 2003, comme l’indique le tableau ci-dessous. Ce budget représente près de la moitié du budget de recherche sur les énergies renouvelables.

Budget annuel consacré à la R&D photovoltaïque en France

Les principaux acteurs de la recherche sont les grands établissements de recherche publique: CNRS et universités. En partenariat avec EDF, le CNRS et l’Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Paris, ont créé un institut de recherche, centré sur le développement d’une filière innovante: l’Institut de Recherche et de Développement sur l’Energie Photovoltaïque (IRDEP).

Depuis 2000, le Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) consacre une part importante de son programme sur les Nouvelles Technologies de l’Énergie au photovoltaïque.
La création de l’INES (Institut National de l’Énergie Solaire) en 2006 et la mise en place progressive dans cet institut d’équipes de recherche du CEA et du CNRS témoignent de la volonté d’intensifier les recherches et de doter notre pays de capacités technologiques suffisantes pour assurer le transfert industriel.

Enfin, de nombreux industriels – Photowatt, EMIX, Apollon Solar, SolarForce, Invensil, BP solar, Tenesol… – poursuivent une activité de recherche dans le cadre de programmes Agence Nationale de la Recherche / ADEME.
Le grand projet industriel Solar Nano Crystal, regroupant l’essentiel des industriels français du silicium, associé à des moyens de recherche importants, est né dans le cadre des programmes mobilisateurs de l’Agence de l’Innovation Industrielle.

Le projet Solar Nano Crystal a été accepté par OSEO-ANVAR en mars 2008.
Il vise à mettre en place un ensemble de moyens de production et de R&D intégrant toute la filière du silicium, depuis la production du silicium solaire jusqu’à celle des modules.

Dans le reste du monde, d’importants budgets de R&D sont consacrés à la filière photovoltaïque:

  • Au États-Unis, le budget est passé de 56 M€ en 2005 à prés de 140 M€ en 2007
  • Au japon, le budget R&D a été en moyenne supérieur à 100 M€ entre 2004 et 2006
  • En Allemagne, en 2007, le budget alloué à la R & D s’élevait à 175 M€. Il devrait atteindre 224 M€ en 2010

8 réponses

  1. Anthony
    | Répondre

    Bonjour,

    Peut-on “rendre à César ce qui appartient à César”…..je crois que là on peut le dire 🙂

    En effet, le document que je viens de lire attribue la découverte de l’effet photovoltaïque à Edmond Becquerel (1820-1891), qui entre nous soit dit s’appelle Alexandre Edmond, alors que c’est son père Antoine César Becquerel (1788-1878) qui en est l’inventeur et l’a présenté en 1939 à l’Académie des Sciences, Alexandre Edmond venait à peine d’avoir 19 ans, je vous vois venir, vous allez me dire qu’il y a des surdoués :-).

    Alexandre Edmond quand lui est parvenu à obtenir grâce à la photographie une reproduction du spectre solaire et à réalisé beaucoup de travaux importants.

    Pour l’Histoire Alexandre Edmond à engendré Antoine Henri Becquerel, dit Henri Becquerel (1852-1908) Prix Nobel de Physique en 1903 en compagnie de Pierre et Marie Curie pour leur découverte de la radioactivité spontanée, entre autre, lui même à engendré Jean Becquerel (1878-1863) qui à entre autre travaillé sur la Théorie de la relativité.

    Certes, vous allez me dire qu’avec une famille de Physiciens aussi importants les uns que les autres il y a de quoi se tromper 😉

    Bien cordialement,
    Anthony

  2. Anthony
    | Répondre

    Pardon une coquille c’est glissée dans ma prose : Jean Becquerel (1878-1953)
    Fôte de frappe 🙂

  3. Mahaut
    | Répondre

    Bonjour,

    Je voudrais savoir si vous avez les chiffres pour 2008 et 2009 en ce qui concerne les parts de marché pour chacune des technologies (référence au schéma ‘part de la technologies des cellules en 2006). Merci!

    • Marc
      | Répondre

      Bonjour,
      Pas de chiffres sur 2008 et 2009 !
      Les cellules en couches minces se sont déjà emparées de 10% du marché. Et surtout les cellules en couches minces autres qu’en silicium détiendront 40% du marché en 2012 selon l’Institut Prometheus du Développement Durable – http://www.prometheus.org
      A+

  4. diallo
    | Répondre

    bonjour
    je vous ecris depuis le burkina faso je voudrais savoir si on peut produire de la glace a partir du photo voltaique si oui veuillez mettre en rapport avec derniers .

    • le Lillois
      | Répondre

      Bonjour Diallo,
      Au vue de ce document je dirais : oui !
      le lien : http://www.cder.dz/download/ICRESD07_26.pdf

    • Henri
      | Répondre

      Bonjour Diallo, voici un début de réponse à votre question…

      MEDISCO est un projet co-financé par la CE dont l’objectif est de concevoir, tester et optimiser le concept de rafraîchissement solaire thermique pour l’industrie agro-alimentaire dans la région du bassin méditerranéen.

      Informations :
      Dott. Mario Motta
      Département d’Energétique – Polytechnique de Milan
      Piazza Leonardo da Vinci, 32
      20133 – Milano ITA

      Mail : info@medisco.org
      Pour plus d’informations sur le projet : http://www.medisco.org
      Plaquette de présentation : http://www.medisco.org/files/static/upload/fr.pdf

      Bien à vous,
      Henri

  5. Marc
    | Répondre

    Rendement record : + de 40% pour un panneau photovoltaïque de Boeing !
    Quand les panneaux solaire actuels convertissent en électricité seulement 20% de l’énergie reçue, le nouveau panneau solaire de Boeing arrive au taux de conversion record de 41,6%.
    Ca c’est du photovoltaïques à haut rendement ! Bravo.

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