Dans le contexte actuel de crise du pétrole, et d’augmentation des besoins en énergie, le photovoltaïque semble être la solution d’avenir par excellence. Ainsi, si on pouvait capter totalement le rayonnement solaire reçu par la Terre en une heure, on pourrait pourvoir aux besoins énergétiques mondiaux pendant un an.
Cependant, le photovoltaïque n’est pas très utilisé aujourd’hui notamment à cause de son coût élevé de production d’électricité. En effet, la technologie de transformation physique du rayonnement du soleil en énergie n’en est qu’à ses débuts, la plus large utilisation du phénomène photovoltaïque étant la photosynthèse chimique par les plantes à partir de la lumière. Nous allons explorer 3 pistes pour augmenter la part du photovoltaïque dans la production d’électricité.
1) Réduire les coûts des panneaux solaires
Une fois le prix de l’installation photovoltaïque payé, on pourrait penser le système rentable à long terme. Or, entre le coût élevé de fabrication des panneaux et leur durée de vie limitée, l’électricité solaire coûte plus cher à produire que celle produite « conventionnellement », avec des combustibles fossiles ou par centrale nucléaire.
- Une première solution est d’augmenter la taille des cellules pour diminuer le nombre de manipulations nécessaires à la fabrication d’un panneau. Et donc son prix.
- Une autre technique, déjà utilisée aujourd’hui, est de mettre des concentrateurs, sorte de loupes, en amont de la cellule pour augmenter l’énergie solaire arrivant sur la cellule. Il faut alors moins de cellules pour la même quantité d’électricité produite, on diminue donc le prix d’autant.
- Enfin, les industriels envisagent d’abandonner le silicium en tant que matériau de base, au profit d’autres matériaux tels que le sélénium ou l’indium. Des cellules faites à partir de ces matériaux sont moins efficaces que celles à base de silicium, mais les coûts sont diminués car le silicium se raréfie et est donc de plus en plus cher comparé aux autres matériaux envisageables.
2) Augmenter le rendement des panneaux solaires
L’efficacité d’une cellule solaire est définie comme le rapport entre l’énergie électrique sortant de la cellule et l’énergie solaire arrivant sur la cellule. Dans les panneaux aujourd’hui commercialisés, l’efficacité est au maximum de 20%, sous réserve d’un éclairement optimal et de panneaux parfaitement entretenus.
Une cellule est constituée de deux parties distinctes : du silicium dopé « p » c’est à dire positivement, et du silicium dopé « n », négativement, comme visible sur ce schéma. Ce sont ces deux parties qui sont responsables de l’effet photovoltaïque qui créé l’électricité à partir d’un photon.
- Afin de doper le silicium, on envoie à grande vitesse des ions, qui s’incrustent alors dans le matériaux. Pour augmenter le rendement, il est possible de changer l’implantation des cellules, c’est à dire changer les ions qui y sont incrustés pour augmenter de quelques pourcents ( 2 à 3 ) l’efficacité.
- Une seconde piste est de chercher à recapturer la chaleur perdue dans le panneau grâce à de nano semi conducteurs au cœur de la cellule. En théorie, ces nouvelles cellules doubleraient l’efficacité des cellules traditionnelles, allant donc jusqu’à 40% d’efficacité.
- Finalement, une technique testée est l’implantation dans la cellule de nanocristaux. Ceux-ci produiraient 3 fois plus d’électricité car ils captent mieux le rayonnement solaire et le transforment en plus d’électricité. L’efficacité maximale théorique de ces cellules seraient de 85%, descendant à 65% à cause des pertes d’énergie par l’échauffement des cellules.
3) Des cellules efficaces même sans lumière
Actuellement, les cellules photovoltaïques, composant les panneaux solaires, captent l’énergie de la lumière visible. Or, notre astre émet de nombreux rayons invisibles qui ne sont pas captés. Désormais, des cellules arrivent à capter le rayonnement infrarouge et donc transformer en énergie n’importe quelle source de chaleur, que ce soit le soleil ou une flamme. Ces cellules, appelées thermophotovoltaïques, peuvent ainsi avoir un rendement allant jusqu’à 35%.
On peut enfin dresser les objectifs de l’industrie du photovoltaïque pour 2020 : diminuer le coût du Watt à 50 centimes le Watt ( contre 1€/W actuellement), augmenter la durée de vie de 30 ans et ne consommer qu’un gramme de matières premières pour un Watt. Finalement, un rendement de 50% dans les panneaux vendus dans le commerce est à espérer pour l’horizon 2030.
Source: Wiki2d
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