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Les technologies clés
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Fiche Technologie-clé n : 100
VERSION 3
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Définitions
conversion
directe du rayonnement solaire en électricité grâce
à des cellules photovoltaïques réalisés à
partir de matériaux semi-conducteurs.
Techniques mise en oeuvre :
un système photovoltaïque (ou photopile) comprend : les
cellules photovoltaïques proprement dites (associées en modules et
en panneaux, collectant les rayonnements du soleil), une batterie (stockant
l'électricité générée), un régulateur
(qui gère cette batterie), un onduleur (qui adapte les
caractéristiques de l'énergie stockée à celles
requises par les appareils).
Concernant les cellules, trois grandes filières
sont à distinguer : la filière au silicium monocristallin
(cellules produites à partir de silicium tiré puis
découpé en plaquettes circulaires, et dont le rendement moyen est
de 16 à 18 %), la filière au silicium multicristallin
(cellules produites à partir des déchets de l'industrie
électronique sous forme de lingots carrés refroidis axialement,
découpés en plaquettes minces et débarrassées de
leurs défauts recombinants par diffusion de phosphore ou d'aluminium,
dont le rendement moyen est de 13 à 15 %), la filières à
couches minces (regroupant principalement les cellules au silicium
amorphe hydrogéné, mais d'autres semi-conducteurs sont
étudiés comme le tellure de cadmium. Leur rendement moyen est de
6 à 9 %).
Contexte concurrentiel et économique
disposer d'une source de production
d'électricité grâce à l'exploitation de
l'énergie solaire qui, contrairement aux hydrocarbures et combustibles
minéraux solides, est abondante, propre et inépuisable. Le soleil
fournit en effet à la terre plusieurs centaines de fois
l'équivalent de la consommation énergétique de
l'humanité, bien que cette manne soit inégalement répartie
dans l'espace (800 à 2500 kWh/m2 selon les régions du globe) et
dans le temps. D'un point de vue économique, l'utilisation de la
technologie photovoltaïque répond à un double défi :
la forte croissance de la consommation d'électricité dans le
monde (notamment dans les Economies Dynamiques d'Asie) ; et l'absence des
infrastructures nécessaires pour satisfaire les besoins les plus
élémentaires en électricité de 2 milliards
d'êtres humains non reliés au réseau.
Fonctions remplies :
production autonome
d'électricité.
Technologies concurrentes :
dans le domaine de la production d'électricité, en dehors des
moyens centralisés (centrales thermiques et nucléaires), les
technologies concurrentes en terme d'énergie renouvelables ou de sites
éloignés du réseau sont : l'éolien, la petite
hydraulique, les groupes électrogènes, le biogaz, et les
batteries et piles électriques.
Evolutions technologiques :
des
évolutions sont attendues des trois filières de cellules
photovoltaïques afin d'améliorer leur caractéristiques. Pour
le silicium monocristallin, certains développement ont permis de
dépasser un rendement de 20 %, voire au delà. On étudie
également la possibilité de les soumettre à un rayonnement
concentré. Un des grands espoir d'évolution repose sur le
silicium multicristallin, qui serait déposé en couche semi-minces
pour réduire par quatre l'épaisseur de silicium
nécessaire. Quant à la filière du silicium amorphe, les
évolutions visent un rendement supérieur et meilleure
stabilité.
Programmes de recherche :
la R&D touche
tant les matériaux que les nouveaux procédés de
fabrication. Seize pays ont engagé une coopération en mars 1993
sous l'égide de l'Agence Internationale de l'Energie. Il faut
également souligner les grands programmes nationaux. Au Japon, une
expérience porte sur l'équipement de 70 000 toits de maisons
particulières reliées au réseau. Aux Etats-Unis, un
programme a été lancé en 1992 par le Department of Energy
(DoE), "PVMat", visant à favoriser le passage des réalisations
développées dans les laboratoires au stade de la production
industrielle. En Allemagne, le programme "1000 toits", reliés au
réseau, a été lancé en 1990 par le Ministère
de la Recherche. Cette opération a aujourd'hui dépassé les
2500 toits. L'Italie se spécialise plutôt dans
l'aménagement de petites centrales. (3,3 MW) Enfin l'Australie
mérite d'être citée puisque l'UNIDO (United Nations
Industrial Development Organisation, émanation de l'ONU) a choisi Perth
comme site du premier Centre d'Application de l'Energie Solaire. L'objectif est
de développer et commercialiser des technologies solaires
adaptées aux pays en voie de développement de la région
Asie-Pacifique.
Energie