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L'avenir de panneaux solaires photovoltaïques La première génération de panneaux photovoltaïques, mise au point il y a plus de 30 ans, était basée sur de plaques de silicium utilisées dans la production de processeurs. Les innovations dans le choix des matériaux et dans les procédés de fabrication ont permis d'augmenter de rendement des cellules régulièrement. La concentration de l'énergie solaire sur des cellules plus performantes est une autre voie de développement. Mais elle ne saurait pas répondre à la demande en croissance exponentielle du marché. La seconde génération vit le jour il y a une décennie avec l’arrivée des premières cellules à couches minces. Cette technologie permet de couvrir de grandes surfaces avec des panneaux photovoltaïques flexibles et légers. La troisième génération est issue de la nanotechnologie, les panneaux photovoltaïques ressemblent à celui des couches minces, mais les coûts de production sont plus faibles, car les cellules sont imprimées sur un support. La production en masse, cent fois plus rapide que la méthode conventionnelle, risquerait bien de rendre les panneaux solaires accessibles à tous dans une avenir proche. Le rendement des modules photovoltaïques est généralement moins de 16% pour les cellules monocristallines et polycristallines et moins de 10% pour les cellules amorphe, cependant de nouveaux produits avec des rendements beaucoup plus élevés sont dans une phase de recherche et de développement : les cellules solaires à base de silicium multicristallin ont montré un rendement pouvant atteindre les 20,3% et les cellules en couches minces produites à partir du disélénure de cuivre-iridium-gallium (CIGS) ont atteint 19,9% de rendement en laboratoire.
L'entreprise japonaise prévoit de construire une usine de production de cellules pour la fin 2010, avec une capacité de 600 MW/an. Ces cellules nommées "Sanyo HIT" utilisent une technologie créant un modèle hybride composé d'un film de silicium amorphe recouvrant un substrat de silicium cristallin. |
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| Grandes dimensions | |||
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Le module EST460 de l'entreprise chinoise ENN a une superficie de 5,7 m2 et une puissance nominale de 460 Wc. La technologie PV en couches minces de silicium à jonction tandem donne un rendement d'environ 8%. Les modules vont servir d'abord pour la construction d'une centrale solaire de 5 MW en Mongolie intérieure. |
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| La concentration | |||
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Un rendement de 40,7% a été atteint par l'entreprise américaine Spectrolab en 2006, avec une cellule "multi-jonction" composée de plusieurs couches différentes qui captent des parties distinctes du spectre solaire. Ces cellules de haut rendement sont particulièrement adapté à la concentration solaire, parce elles coûtent cher. Les modules photovoltaïques à concentration permettent une utilisation de l’effet loupe pour démultiplier l’impact du rayonnement du soleil et augmenter la production d'une surface de cellule donnée.
Les héliostats de 10 m2 concentrent les rayons du soleil sur une cellule photovoltaïque qui convertie la lumière en électricité, et la chaleur émise par la concentration du rayonnement solaire est capturée via un système de refroidissement liquide. Ce système de captage solaire hybride permet à la centrale de convertir 75% de l'énergie reçu, soit en électricité, soit en eau chaude. |
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| Nano-technologies | |||
La
technologie Cuivre Indium Sélénium
(CIS) présente plusieurs avantages.
C'est une technologie de couche mince qui peut être construite sur un
substrat flexible. Les grands groupes investissent massivement au sein des plus prometteuse des "startups" photovoltaïques. Nanosolar par exemple, avait déjà rempli son carnet de commandes pour 18 prochains mois avant même d’avoir commencé la production dans ses locaux tout neufs.
Fabrication
continue de cellules CIS par impression.
Photo
Innovalight
Les cellules solaires organiques ont de bonnes perspectives d'avenir, mais elles ne sont pas encore en mesure de concurrencer les cellules en silicium car leur rendement reste faible.
Konarka a aussi développé une sorte de fibre solaire qui pourrait servir pour la fabrication des sacs ou des vêtements.
Cellules
solaires de Grätzel Des chercheurs de l’École Polytechnique
Fédérale de Lausanne (EPFL) et de l’Université de Stanford ont développé
et testé à Lausanne des cellules photovoltaïques nanocristallines à colorants.
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| Une centrale solaire dans le désert | |||
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Les
experts tablent sur un investissement de 400 milliards d'euros : Les premiers foyers à bénéficier de cette électricité verte devrait être approvisionnée d'ici 2025 et à terme l'ensemble des centrales solaires pourrait produire jusqu'à 15% des besoins énergétiques européens. Voir : www.desertec.org |
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| Une centrale solaire dans l'espace | |||
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Actuellement la société Solaren propose d'envoyer 200 MW de panneaux solaires dans l'espace. L'énergie y serait alors captée 24 heures sur 24 et transmise au sol par radio-fréquence vers une station de réception à Fresno en Californie.
Le principal obstacle est le coût de la mise en orbite des quelques 25 tonnes de matériel. Si Solaren obtiennent les financements, l'expertise et les autorisations nécessaires pour mettre en oeuvre le projet, la centrale pourrait entrer en service en 2016. www.solarenspace.com |
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Hydrogène "propre" |
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L'hydrogène est l'atome le plus répandu de l'univers, mais il n'existe pas à l'état pur et il faut le fabriquer avant l'utiliser. Ainsi, l'hydrogène n'est pas une source d'énergie mais un vecteur. Le vecteur "hydrogène" est intéressant à trois conditions: qu'il soit d'origine renouvelable, qu'il puisse être stocké et ensuite distribué à des conditions économiques raisonnables.Les vrais défis sont l'extraction d'hydrogène propre et son stockage de manière sûre et économique. Stocker le surplus d'énergie éolienne, solaire ou géothermique sous forme d'hydrogène est possible mais des chercheurs mettent en lumière deux filières propres très séduisantes. La première consiste à réaliser une photolyse de l'eau. Cette conversion directe recourt à des photo-catalyseurs à semi-conducteur immergés dans un électrolyte aqueux ou dans l'eau. La deuxième approche est biologique: elle vise à imiter ou à améliorer ce que font naturellement certains micro-organismes, comme les algues ou les bactéries. Les voies synthétiques ou biologiques offrent le moyen le plus élégant et le plus économique de produire de l'hydrogène en grandes quantités ; car l'énergie solaire est inépuisable, et sa disponibilité spatiale compense les faibles rendements. Une course scientifique majeure s'est engagée au sein des chercheurs du monde, qui avance à grands pas grâce aux nanotechnologies. Mais disposer de l'hydrogène est une chose; savoir la stocker de manière rationnelle et à des coûts économiques s'avère tout aussi important. Cette course vers l'hydrogène "propre" devient passionnante.
La société affirme que son procédé peut rivaliser avec la production d'hydrogène à partir de gaz naturel (la méthode la moins chère utilisée actuellement) et ce, sans produire de gaz à effet de serre. Le procédé utilise le titane, modifié pour absorber la lumière du soleil. Avec cette méthode, l'hydrogène peut être produit à faible coût à proximité de son lieu d'utilisation, limitant ainsi les dépenses énergétiques supplémentaires. |
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Le procédé présente l'avantage de séparer l'hydrogène et l'oxygène de l'eau par voie thermochimique, sans passer par la production d'électricité. L'élément clé du dispositif est une structure alvéolaire en céramique, recouverte d'un matériau se liant facilement aux atomes d'oxygène. La réaction chimique de séparation a lieu à des températures relativement faibles, accessibles aux technologies solaires concentrées. Une centrale solaire à tour d'une puissance de 100 kWth implantée sur la plate-forme solaire d'Alméria, en Espagne a servi pour l'expérimentation. Le DLR se dit très satisfait des premiers résultats obtenus et les prochaines étapes consisteront à intensifier la production en améliorant le rendement des matériaux. Dès à présente, une puissance d'1 MW est envisagée. HydroFILL est un appareil qui se branche sur un panneau solaire ou une prise de courant électrique, afin d'extraire l'hydrogène contenu dans le réservoir d'eau intégré. L'hydrogène obtenu est ensuite stocké sous forme solide dans de petites cartouches rechargeables (HydroSTIK) et réutilisables à volonté.
Les HydroSTIK une fois chargés sont retirés de l'HydroFILL et peuvent alors être inséré dans un autre dispositif munit d'une pile à combustible. L'hydrogène stocké est libéré à basse pression. L'HydroFILL consomme 60 Watts par heure pour produire 10 litres (0,001 kg) d'hydrogène. En sortie, les MiniPak génèrent 2.5W (5V, 400mA) de puissance DC.
L'électrolyseur PEM GENHY multistacks à régulation de charge a été conçu par la société CETH (Compagnie Européenne des Technologies de l'Hydrogène) pour fonctionner avec une alimentation intermittente. Il est de ce fait parfaitement adapté au stockage des énergies renouvelables. En transformant l'énergie électrique en hydrogène et oxygène propre, ce procédé technologique répond aux besoins des industriels mais également aux nouveaux enjeux énergétiques et environnementaux. |
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Un
avenir 
Sanyo
Electric annonce le lancement à partir de décembre 2009, d'un nouveau
module photovoltaïque dont le rendement obtenu serait de l'ordre
17,4%. 
En
attendant l'industrialisation des modules plus performants, certaines
entreprises se lancent dans la fabrication de modules de grandes dimensions
afin de baisser les coûts.
L'entreprise
israélienne Zenith Solar a conçu un concentrateur
solaire hybride capable de produire à la fois de l'électricité
et de dégager suffisamment de chaleur pour en faire une source de
chauffage.
En
septembre 2009, la production a démarré dans l'usine d'assemblage de
Nanosolar située à Luckenwalde près de Berlin. L'automatisation permet
de maintenir une cadence de production d'un panneau toutes les dix
secondes, soit une capacité annuelle de 640 MW, à condition que l'usine
fonctionne en continue (24 h / 7 jours).
Les
nano-technologies ouvrent de nouveaux horizons pour les produits
photovoltaîques. Innovalight dans le Silicon Valley développe un
"encre de silicium" composé des nanoparticules de silicium mélangées
à un solvant et versées sur un substrat. Le
solvant est ensuite extrait, laissant une cellule solaire dont la forme dépend
de la surface où elle a été versée.
Les
chercheurs de l'Institut
Fraunhofer
de l'énergie solaire (ISE) à Fribourg-en-Brisgau travaillent des procédés
pour la production en masse de cellules photovoltaïques organiques
de l'épaisseur d'une feuille de papier. 
La
société américaine Konarka Technologies
annonce la production des cellules solaires organiques
en couche mince transparentes.
Ces cellules solaires réalisées par l'intermédiaire d'une presse
rotative auront un rendement de 3 à 4%.
Cellules
solaires flexibles fabriqués par des chercheurs de l'Institut
technologique de Californie en utilisant un maillage de longs fils minces
de silicium qui sont ensuite incorporés dans un substrat en polymère. Ce
nouveau type de cellule, avec une meilleure absorption de la lumière du
soleil et une conversion plus efficace des photons en électrons, n'utilise
qu'une faible proportion de matériaux semi-conducteurs. Les fils de
silicium mesurent entre 30 et 100 microns de long et possèdent un diamètre
de 1 micron de diamètre. 
Exploiter
l'abondance du soleil présent dans le désert du Sahara pour produire de
l'électricité est un projet grandiose qui pourrait voir le jour, car les
plus importants groupes industriels allemands ont créé le consortium Desertec
pour étudier le projet. 
Capter
l'énergie dans l'espace pour la transmettre sur la terre, n'est pas une idée nouvelle et repose sur la
technologie des communications par satellite. L'idée
a été lancée par Peter Glaser aux États-Unis à la fin des années 60,
et des militaires ont toujours encouragé le développement technique comme
moyen potentiel pour alimenter les troupes en électricité sur le terrain
ou même comme arme de guerre. La Nasa a même expérimenté la
transmission de l’électricité via micro-ondes dans les années 70. 
La puissance
potentielle de l'énergie solaire dans l'espace est 8 à 10 fois supérieure
à celle disponible sur Terre. PG&E,
la première compagnie électrique californienne a conclu un accord avec
Solaren et s'engage à lui racheter l'électricité produite, sans pour
autant prendre part au risque financier que représente le projet. 
Nanoptek
Hydrosol
est un programme de recherche piloté par l'agence aérospatiale allemande
(DLR) depuis 2002. 
C'est
le premier générateur à hydrogène portable à usage domestique. La
cartouche de stockage est faîte d'un alliage métallique spécifique qui
absorbe l'hydrogène à travers une structure cristalline. 
