L'énergie solaire


La physique des cellules photovoltaiques


Panneaux solaires La photovoltaique c'est la conversion directe de lumière solaire en électricité. Le mot "photo" vient du grec qui veut dire lumière et "voltaique" vient du nom d'un physicien Italien Alessandro Volta qui a beaucoup contribué à la découverte de l'électricité et d'après qui on a aussi nommé l'unité de tension électrique le "volt".

La photovoltaique c'est la manière la plus élégante de produire de l'électricité. Elle se produit sans bruit, sans parties mécaniques et sans que des produits toxiques soient libérés.



Maison solaire
L'énergie solaire peut servir pour beaucoup de choses


L'éclairage (autoroutes, arrêts d'autobus,...).
Les communications (Stations de relais de téléphone, bornes d'appel d'urgences sur autoroutes, téléphones mobiles,..).
La fourniture d'électricité pour des sites éloigné du réseau normal (Forêts, montagnes, ..).
Capteurs isolés (Infos méteorologique, traffic routier, enregistrements sismiques, recherche scientifique,..).
Pour de petites stations de pompage ou d'irrigation.
Chargement des batteries de voitures (les batteries normales, ou de voitures électriques..).
Protection contre la corrosion (car les pipes-lines et autres tuyaux enfouis sous terre ou dans l'eau perdent des ions et rouillent - il perdent des ions - on peut les protéger en appliquant une différence de potentiel, donc un courant électrique).
Evidemment l'utilisation de cellules photovoltaiques est plus efficace dans les régions trés ensoleillée tel que les Etats-Unis, ou les pays du sud en général, mais cela ne veut pas dire qu'on ne peut pas les utiliser dans le reste du monde.



Beau temps pour les cellules solaires


      La production et le développement des cellules photovoltaïques tirent profit des technologies du silicium développées par l'industrie microélectronique.

      Avec les technologies courantes et six heures d'ensoleillement par jour, la satisfaction des besoins quotidiens en électricité d'un pays comme les Etats-Unis nécessiterait un carré de 160 km de côté de cellules photovoltaïques. Si une telle perspective semble encore très lointaine, l'industrie photovoltaïque a néanmoins augmenté son marché de 38% en 1997, bénéficiant ainsi des différents programmes lancés successivement au Japon (80.000 toits solaires en 2000), aux Etats-Unis (1 million en 2010), et par l'Union Européenne (500.000 en Europe et autant dans les pays en voie de développement, en 2010).

Panneaux solaires       La capacité de production doit tripler d'ici l'an 2000, avec une étonnante variété de technologies. La plus répandue utilise des procédés de l'industrie microélectronique, essentiellement la fabrication des cellules de silicium sur des galettes de monocristaux par lithographie traditionnelle, une technologie concurrencée depuis peu par la gravure au laser. La production d'autres semi-conducteurs en couches minces, tellure de cadmium (CdTe) et disélénure d'indium et de cuivre (CIS), est également en bonne voie. Le silicium est aussi utilisé sous d'autres états: silicium amorphe en couches minces, de faible rendement mais moins cher et largement utilisé depuis vingt ans; silicium polycristallin qui, malgré ses faibles propriétés d'absorption, peut être également utilisé en films minces.

      En effet, ces systèmes piègent la lumière à l'intérieur de la cellule, rendent aléatoire sa direction de propagation et multiplient ainsi par cinquante l'épaisseur optique apparente. Grâce aux économies d'échelle, chacune de ces technologies peut théoriquement garantir des coûts voisins de un dollar par watt, contre quatre à six actuellement. A l'instar de la production, la recherche est en plein développement. Particulièrement prometteuse, une triple jonction à base de silicium amorphe a été développée au National Renewable Energy Laboratory (NREL) au Colorado, en association avec United Solar Systems Corp. (Michigan).

      De composition différente, les trois couches capturent différentes longueurs d'onde, ce qui double les rendements par rapport à la limite théorique des jonctions simples (12%). Toujours au NREL, des chercheurs proposent une solution au problème du stockage pour les besoins nocturnes: la conversion directe de l'énergie solaire en hydrogène. Leur système a une double fonction, photovoltaïque et électrolytique: la couche supérieure de phosphure d'indium et de gallium absorbe la lumière visible et produit de l'hydrogène, tandis que la couche inférieure d'arséniure de gallium absorbe le proche infrarouge et produit de l'oxygène. Le rendement global affiché est de 12%, contre 4% ou 6% pour les systèmes traditionnels.



Le téléphone mobile solaire


Mobile solaire

L'Institut pour les systèmes d'énergie solaire Fraunhofer de Freiburg (Allemagne) - The Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems (ISE) - a mis au point un chargeur à solaire pour un modèle de téléphone portable existant sur le marché. Les cellules photovoltaique de cet engin ont un rendement de 20%.

Voir aussi la page sur les produits à énergie solaire.






Concentrateur solaire


Un projet européen va permettre de fournir des solutions photovoltaïques à moindre prix. Le système consiste à utiliser une lentille qui va concentrer la lumière sur une très petite cellule photovoltaïque à haut rendement.

Le projet de recherche Hercules a réuni des compétences de la Russie, de la Belgique, de l'Espagne et de l'Allemagne..

C'est à l'entreprise espagnole Isofoton qu'est revenue la tâche de fabriquer les panneaux solaires issus de cette technologie.

Le facteur de concentration atteint est de 1000, et la lumière est envoyée sur une cellule d'1mm². La technologie des DEL-LED à même été mise à contribution.





L'entreprise Australienne Green & Gold Energy a développé un dispositif photovoltaique à concentrateur qui suit le soleil et utilise des cellules solaires à haut rendement.

Le Sunball est une demi-spère qui utilise des lentilles de Fresnel, elle mesure 40cm ou 1m de diamètre.

Le dispositif peut même être installé sur un toit ne donnant pas vers le sud, donc on peut le mettre côté cour plutôt que côté rue. Il peut automatiquement se placer de façon à être protégé du vent. La machine sera sans-doute proposé à l'export vers l'Europe à l'été 2006.




Autres liens sur les concentrateurs solaires :





Augmenter la surface utile


Pour obtenir un meilleur rendement, les fabricants de cellules photovoltaiques essaient d'augmenter la surface utile Cellule solaire de SunpowerCorp. d'absorption de la lumière, car sur la surface des capteurs on pose généralement les contacts électriques qui vont servir au flux des électrons.

BP, par exemple, réduit la taille de ces contacts en gravant une tranchée au laser avant de poser les contacts, ce qui permet de diviser leur taille par 8. La méthode est plus radicale chez Sunpower Corp. (voir photo ci-contre) qui met les contacts au dos des cellules, et ce grâce à un procédé breveté.


Liens :

Photovoltech et un article du magazine Photon

Corpwatch : BPs greenwashing (1999)

Ecology news network : 18,3% wirkunsgrad




Mini-capteur solaire


L'entreprise américaine Clare Inc. a annoncé début octobre 2003 la commercialisation d'un nouveau produit à capteur solaire pouvant être intégré dans de nombreux appareils électroniques courants. Ce mini module solaire fournit 7,5V et peut servir pour des chargeurs des batteries, à fournir de l'énergie à une télécommande, équiper des détecteurs de lumières auto-alimentés, etc... Le prix pour les intégrateurs est de 1$ pièce.

D'autres modèles sont déjà prévus, allant de 2V à 30V et dans plusieurs formes possibles, plates par exemple, pour utiliser dans des cartes à puce.







Cellules à Spectre solaire


La lumière du soleil est composée de nombreuses longueurs d'onde (que l'on retrouve dans les couleurs de l'arc-en-ciel ou à travers un prisme). La faible efficacité des cellules solaires actuelles vient du fait qu'elles ne captent qu'une faible partie des photons du spectre solaire.

Une équipe du laboratoire de Berkeley - avec l'aide d'une autre université japonaise - vient de trouver un moyen d'améliorer les alliages actuels en utilisant des composés qui capturent les photons dans tout le spectre solaire, atteignant une efficacité théorique de 50% .

Jusqu'à maintenant, pour arriver à ce résultat, on empilait différentes couches de matériaux pour capturer les photons de différentes longueurs d'onde, mais ces techniques étaient coûteuses et très complexes.

Ces nouvelles découvertes sont très prometteuses, mais encore au stade expérimental.. elles intéressent néanmoins les fabricants de satellites, car ces cellules solaires sont résistantes aux radiations.



Liens en anglais :

Article du laboratoire de Berkeley : Full spectrum solar cell - (11-2002)

Pour les spécialistes : résumé et PDF (09-2003).







Cellules sphériques


Pour pouvoir mettre des cellules photovoltaïques partout, il faudrait qu'elles soient pliables, que l'on puisse leur donner la forme des surfaces sur lesquelles on veut les poser; eh bien maintenant c'est possible, grâce aux cellules sphériques. Il s'agit de "tapis" de minuscules billes (1mm de diamètre) de silicium utilisé comme capteurs photovoltaïques.

L'avantage est que ces billes peuvent recevoir la lumière depuis n'importe quel angle, et que l'on peut les plier, pour par exemple les incorporer sur des vêtements qui rechargeraient vos appareils nomades.

Deux entreprises, une Canadienne (Speral Solar) et une Japonaise (Kyosemi) développent des cellules sphériques, avec 2 technologies différentes; la Japonaise utilise une tour de 14 mètres de haut (sous vide) dans laquelle des gouttes de silicium fondu tombent et prennent une forme sphérique en état de microgravité, et le support sur lequel elles sont placées peut être transparent. Cependant, la firme canadienne est plus proche de la commercialisation de son produit.



Liens en anglais :

Site officiel de Spheral Solar


Autres liens : New Scientist (15-02-2003) - vidéo sur exn (DiscoveryChannel) au format WindowsMedia (08-05-2003)







Les "Sliver Cells"


Une entreprise Australienne, Origin Energy, vient de lancer la production de "sliver cells", ou cellules en "copeaux", qui sont des minis cellules photovoltaïques de 50µm d'épaisseur, 1mm de large et 10 cm de long. On peut les assembler de façon compacte les unes collées à côté des autres, ou même espacées afin d'utiliser leurs faces arrière pour récupérer l'énergie lumineuse.

Leur faible épaisseur permet de les plier, et leur nouveau mode de production utilise beaucoup moins de silicium (qui est l'élément de base - onéreux - des cellules photovoltaïques) - jusqu'à huit fois moins selon les concepteurs, ce qui pourrait bientôt faire baisser les prix des cellules solaires.



Liens en anglais :

Site officiel de OriginEnergy




Un ruban de silicium


Solarforce, une entreprise Française, à mis au point un procédé pour économiser le silicium, (dont on perd habituellement 30 à 50% lors de la découpe avec une scie), en utilisant un ruban de carbone qui passe dans du silicium fondu. Par adhérence, un film de silicium se dépose. Il va durcir et il suffit ensuite de brûler le carbone et on se retrouve avec 2 fines plaques de silicium prêtent à être découpées au laser pour en faire des cellules photovoltaïques.



Liens en anglais :





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Liens pour s'équiper :

Liste d'installateurs : portail-solaire.

Enerplan : Association Professionnelle de l'Energie Solaire.


Emporiosun, pour s'équiper sans budget.




Quelques liens généraux :

Des récepteurs photovoltaïques à base de fullerène (C60).

Saturne inspire une nouvelle technologie : Arte TV (1999)

Dynamique moléculaire de la conversion électrique de l'énergie solaire (en anglais) - (08-2000)




Liens sur les futures technologies du photovoltaique :


Berkeley Lab : Hybrid Solar Cells Cheaper, Better (en anglais) - (04-2002)




Liens sur le solaire chaleur / la cuisine solaire :