Leçon 4-PV

LEÇON 4: LES TECHNOLOGIES DES PANNEAUX PHOTOVOLTAÏQUES

 

Technologies : Un panneau est un ensemble de cellules. Les couches minces ont une épaisseur faible, de l’ordre du micro et en deçà. Le matériau le plus répandu est le silicium qui est un semi-conducteur. Un semi-conducteur est un isolant mais qui peut devenir conducteur très facilement en excitant les électrons de valence. Par exemple, si on éclaire une plaque photovoltaïque, la plaque devient conductrice et on crée un courant électrique. Les technologies les plus répandues dans le marché sont :

  • Les couches minces de silicium (monocristallin ou multicristallin et amorphe), Le silicium solaire est soit cristallin soit amorphe. Si l’on parle de matériau « cristallin » c’est parce que le silicium qui les constitue est ordonné. Les cellules au silicium cristallin sont plus répandues. Elles se présentent sous forme de plaquettes rondes, carrées ou pseudo-carrées. La cellule au silicium monocristallin couramment disponible sur le marché atteint les rendements les plus élevés. Ses procédés de fabrication assez onéreux font de la cellule monocristalline la plus chère du marché. Une technologie  répandue du marché est celle de la cellule multicristalline car très bien maîtrisée sur le plan industriel et offrant un bon rapport qualité/prix. Le silicium amorphe est désordonné. L’organisation des atomes n’est pas régulière comme dans un cristal.  
  • Les couches minces de tellurure de cadmium (CdTe), Coût faible, fonctionne avec un éclairement faible, coefficient thermique bas mais rendement limité (8%)
  • Les couches minces de diséléniure de cuivre-indium (CIS), mais nécessite une surface plus importante pour atteindre les mêmes rendements que les cellules épaisses.

Les deux dernières technologies ne sont pas très développées à cause de la toxicité.

4.Cellules de 1ère génération

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Le saviez-vous ? La durée de vie annoncée de ces technologies est d’environ 25 ans. Cependant, au-delà, la cellule fournit toujours de l’électricité mais est moins performantes (en delà de 80% de sa puissance initiale pour les meilleures technologies). Le rendement maximal de ces cellules est de 31% – limite de Shockley-Queisser

4.1 Cellules de 1ère génération

4.1.1 Avantages et inconvénients du Silicium Monocristallin

a- Avantages :

  • durée de vie plus longue
  • meilleur rendement par faible taux d’ensoleillement (adapté aux régions et pays aux températures basses)

b-Inconvénients :

  • fabrication plus onéreuse
  • fabrication énergivore et génératrice de CO2
  • rendement plus faible par température élevée

4.1.2 Avantages et inconvénients du Silicium Polycristallin

a- Avantages :

  • production plus régulière par an
  • rendement plus élevé par forte température (adaptés aux régions et pays chauds)
  • plus économique et moins cher
  • empreinte écologique plus faible
  • moins sensible aux variations de température

b-Inconvénients :

  • plus encombrant
  • durée de vie légèrement inférieure

NB: Ce sont ces deux types de cellule qui sont les plus utilisées pour la production d’électricité photovoltaïque et représentent 90% des parts du marché.

4.2 Cellules de 2ème génération : couches minces

 rendement de 6 à 9%

 

            

 

 

 

 

Le silicium amorphe : Peu chère à fabriquer, flexibilité d’intégration, capte les rayons solaires par temps nuageux et s’use avec le temps

🌞Les amorphes sont adaptés aux applications installés dans un environnement défavorable (végétations, milieu urbain…) et où la surface plus importante du panneau solaire n’est pas une contrainte. Exemples d’applications : Signalisation routière, borne de paiement; Éclairage de sécurité en site isolé; Système de contrôle des cours d’eau…

On les retrouve aussi sur les appareils nomades tels que les calculatrices, les radios et les jouets

4.3 Cellules de 2ème génération : couches minces

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NB: Ces cellules ont un r
endement de 13 à 16% et des applications diverses et variées : Intégration esthétique aux bâtiments

4.4 Autres technologies de cellules

4.4.1 Cellules au CIGS (rendement supérieur à 20% en laboratoire, 13% en installé) : Avantage : amélioration des propriétés d’absorption par l’adjonction d’une quantité limitée de gallium aux cellules CI

4.4.2 Cellules multi-jonctions : Avantage : rendements de conversion supérieurs à 40 %

  Inconvénient : coûts de fabrication encore très élevés. Ces cellules s’emploient exclusivement dans les concentrateurs solaires.

4.4.3Cellules organiques : Inconvénient : problème de stabilité dans le temps des différents éléments constituant la cellule

Vidéo de la leçon

 

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