Le photovoltaïque, histoire et définition
Le soleil est considéré comme une énergie renouvelable car elle est inépuisable à l’échelle humaine.
La technologie solaire photovoltaïque (photo = lumière en grec et volt = en référence à un des inventeurs de l'électricité Alessandro Volta) convertit la lumière contenu dans le rayonnement solaire en électricité.
Les premiers effets photovoltaïque sont mis en évidences par Antoine Becquerel en 1839 mais c’est dans les années 1950 que l’humanité découvre réellement le potentiel photovoltaïque en alimentant notamment les satellites.
Depuis une Vingtaine d’années l’innovation dans le photovoltaïque bat des record.
Comment ça marche ?
Dans le rayonnement qu'émet le soleil, plusieurs ondes électromagnétiques sont présentes des ultraviolets au rayons gammas. La lumière fait partie du spectre visible par l'oeil humain de l'ensemble des rayonnements électromagnétiques
Les ondes électromagnétiques contiennent des photons. Ce sont ces particules qui vont générer la production d'électricité dans la cellule photovoltaïque.
Une cellule solaire est constitué de deux couches de silicium (matériaux de la famille du métal). Les photons viennent percuter les électrons contenu dans la couche supérieure et leurs mouvements créer un courant électrique. Les électrons sont des particules qui gravitent autour du noyau des atomes.
La chaleurs n’intervient pas dans cette réaction. Elle diminue même le rendement du panneau.
L’installation photovoltaïque
Une installation photovoltaïque est constitué d’un ou plusieurs panneaux, relié à un onduleur (chargé de convertir le courant continu créer dans le panneaux en courant alternatif, exploitable par nos appareils) qui lui même est raccordé à un compteur (afin de quantifier le volume d'électricité produit par l’installation).
Lorsque les panneaux sont installés sur une toiture, deux techniques sont possibles. Intégré les panneaux au toit ou les poser sur châssis. Le châssis possède l’avantage de laisser un flux d’air passer entre les panneaux et le toit. Ce flux d’air refroidit l’installation et permet d’augmenter son rendement. L’intégration possède l’avantage esthétique.
Les différentes technologie de cellule
La cellule monocristallin
Un seul cristal de silicium constitue la cellule ce qui lui donne une surface parfaitement homogène et lisse qui est le résultat du dépôt du silicium fondu d'une seule traite et refroidit pour donner un cristal uniforme.
La cellule polycristallin
La cellule est constitué d’une multitude de cristaux de silicium, moins homogène son rendement est moindre. Surtout par faible ensoleillement. Mais aussi plus sensible à la chaleur.
La cellule amorphe
Il s’agit ici de la technologie photovoltaïque composé d'un couches mince de silicium cristallisé , permettant la création de panneaux souples. Il s’agit d’une technique beaucoup moins énergivore que celle mise en place pour les cellules cristallines. De ce fait, sa fabrication a un coût nettement plus faible, de quoi mettre l’énergie solaire à portée de la majorité des foyers. Il a un rendement nettement inférieur aux autres mais devient rentable sur de grande installations.
Les dernières innovations
Depuis les dernières années, le solaire photovoltaïque connait quelques innovations du fait de sa popularité croissante.
La première innovation concerne le recyclage des panneaux photovoltaïque. Contrairement à ce que l'imaginaire collectif suppose, les panneaux bénéficient d'un cycle de vie très interessant. Produire un panneau photovoltaïque demande de l'énergie (c'est sur ce point que l'on peut améliorer l'impact carbone en utilisant de "l'électricité verte") et des matériaux comme tous produits issu de l'industrialisation. On peut citer l’entreprise Voltec Solar en Alsace présentant un taux de recyclabilité de ses panneaux proche des 100 %.
Les matériaux composants les panneaux ne sont pas des terres rares. Principalement composé de silicium cristallin, produit à partir de sable ou de quartz, il est 100% recyclable au même titre que le verre, auquel viennent s'ajouter des composants de circuit électrique comme du cuivre, de l'argent ou de l'aluminium.
En 2007, l’association PV Cycle regroupe des fabricants européens de panneaux photovoltaïques pour organiser la collecte et le recyclage. Depuis 2014, fabricants et importateurs de panneaux photovoltaïques ont pour obligation légale de participer financièrement à la collecte et au traitement des déchets et de reprendre gratuitement les équipements solaires en fin de vie.
L’hétérojonction de silicium pour des panneaux aux meilleurs rendements. Ce sont des cellules photovaltaïques constitués de substrat de silicium cristallin sur lequel sont déposés de fines couches de silicium. Ces cellules nécessitent moins d’étapes de fabrication et sont moins gourmande en énergie lors de la fabrication. Elles augmentent la rentabilité grâce à la rentabilité d’exploitation mais aussi par l’augmentation du ratio de production globale. (production d’énergie pendant sa durée de vie / consommation d'énergie lors de la production du panneaux et de son recyclage). Ce procédé permet au panneaux est aussi beaucoup moins vulnérables aux variations de chaleur.
La deuxième innovation nous vient du problème lié à la chaleur qui baisse le rendement des cellules. La société a breveté un système qui fait circuler de l’eau sur le panneau, ce qui permet de refroidir le panneau car la chaleur a tendance à altérer le rendement du panneau.
Cela a également pour effet de nettoyer des éventuels résidus ou poussières qui pourraient diminuer la surface captive du panneau.
Cette société vient de lever 1 millions d’euro pour la recherche et le développement.
Augmentation de la productivité du panneaux de 10% par an.
Des panneaux solaires transparents. Une technologie produites par les chercheurs d’Ubiquitus Energy développant des panneaux avec les cellules photovoltaiques positionnés dans les bords du panneaux avec le verre au centre conçu pour orienter les rayons utiles vers ces même bords. Le panneau est donc totalement transparent. Cette technologie permettrait l’exploitation d’une des plus grandes surfaces inutilisé dans les bâtiments tertiaire notamment : les surfaces vitrées.