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Auteur(s)
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Jean-Claude MULLER : Membre du Programme interdisciplinaire énergie du CNRS - Institut d’électronique du solide et des systèmes InESS (UMR 7163, CNRS-ULP)
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Avant la fin de la première moitié de ce siècle, la conversion directe de la lumière du soleil en électricité grâce au photovoltaïque (PV) devrait franchir le seuil qui le rendra compétitif par rapport aux autres sources de production d’électricité.
Dans le dossier Électricité photovoltaïque- Principes, les principes de la conversion photovoltaïque ont été donnés. Ils incluent des notions relatives à l’énergie transmise par le soleil, des éléments de physique des semi-conducteurs, les mécanismes de conduction de charges électriques, les caractéristiques électriques fondamentales du dispositif photovoltaïque et son usage en tant que générateur de courant. En conclusion, une application pratique donne une évaluation rapide du dimensionnement d’une installation photovoltaïque.
Dans les pages suivantes, on s’intéresse aux différentes filières d’élaboration du dispositif photovoltaïque. En effet, il reste des verrous technologiques à lever relatifs à la fabrication des cellules solaires, qui sont trop gourmandes en énergie et qui ont des répercussions sur l’environnement : si la cellule photovoltaïque produit de l’électricité sans aucun rejet dans l’atmosphère, beaucoup de procédés actuels de fabrication sont proches de ceux de la microélectronique et mettent en jeu trop d’opérations qui nécessitent l’usage de produits chimiques et de gaz extrêmement toxiques. La dernière partie est consacrée à des exemples d’applications du photovoltaïque en sites isolés ou connectés à des réseaux, ainsi qu’à l’évolution du marché et des prix du kilowattheure photovoltaïque à l’horizon 2040.
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Matériaux et filières technologiques3. Perspectives d’avenir du photovoltaïque
Afin de rester compétitifs dans les vingt ans à venir, les matériaux à base de silicium cristallin évoluent sans cesse (pour plus de détail se référer à l’ouvrage ) vers :
-
soit des substrats de plus en plus minces ou obtenus par coulée continue ;
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soit des films minces de Si cristallisés sur des substrats étrangers ou transférés par pelage sur un verre ou un plastique.
Pour l’horizon 2025, la plupart des experts entrevoient une percée significative de la production industrielle des films minces. Il s’ensuivra un élargissement de la gamme des produits PV, avec l’émergence de nouveaux concepts de cellules à base de matériaux polymères ou de colorants. Actuellement, ces dernières présentent respectivement des rendements en laboratoire de 3 à 10 %, avec encore des problèmes de stabilité.
À l’inverse, d’autres experts, dont le professeur T. Saitoh pionnier du silicium cristallin au Japon, présentent la filière à base de silicium cristallin comme « éternelle ». Le développement des billes de silicium, de 0,6 mm de diamètre imprimées sur un substrat souple d’aluminium (Sté SSP de Photowatt Int., Canada), ainsi que les potentialités des matériaux nano- ou micro-cristallins sont des bons exemples des capacités du silicium à rebondir dès l’émergence de technologies concurrentes.
Le marché mondial est en plein essor et le cumul des installations devient important. Au point que la part de l’électricité photovoltaïque dans la production mondiale sort du bruit de fond : 0,03 % de la production mondiale en 2005. La part d’électricité produite en sites isolés d’une part (habitat isolé, pompage de l’eau, balises maritimes, relais téléphoniques) et en sites connectés au réseau d’autre part (centrales et surtout toits photovoltaïques) ne cessent de croître. À l’horizon 2020, le photovoltaïque pourrait représenter prés de 1 % de la consommation mondiale d’électricité et plus de 14 % à l’horizon 2040. Sa part devrait également dépasser...
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