Quelle surface en panneaux PV pour l'énergie mondiale ?

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Obamot
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par Obamot » 16/09/15, 00:08

Je reprends ici cet intéressant sujet.

Le post de Maloche d'il y a quelques années, et qui parlait de 40% de rendement à venir pour le PV sont en train d'être atteint:

36% net en tenant compte de la perte du système, ...mais C-PV donc +500% de collecte de photons !!! (Et à ce que je comprends.)

Pour moi c'est: rendement brut de 46% en attendant un éventuel correctif en cas de mauvaise interprétation (mais je crois bien qu'on y est)

Ce n'est un rêve, c'est en train de se faire sous nos yeux (je ne pensais pas le voir de mon vivant...)

Capt_Maloche a écrit :
Obamot a écrit : ....tout simplement plus rentable avec le nouveau photovoltaique à ultra-haute efficience de 46% de rendement max...! >>> et même 4x mieux en concentration (les C-PV, tiens, ça devrait intéresser Maloche...)


46% ?? où ça? où ça?? Image

Ah, mais c'est pas fait, il s'agit de l'association de nos CEA de Chambery et Grenoble avec un labo Allemand pour créer un "Virtual Lab" et gagner du temps, comme on l'a fait avec l'arme nucléaire

il y a du lourd là desous :D

C'est en effet le CEA, mais je ne vois pas pourquoi tu dis que ce n'est pas fait Maloche? Ils ont atteint ce seuil, mais ont régulièrement monté en puissance ces dernières années. Là c'est "le dernier cru". Où est-ce que je me suis trompé?

Je publie un autre lien:
http://www.sciencesetavenir.fr/high-tec ... laire.html

Source: sciencesetavenir.fr, Olivier Lascar Publié le 05-12-2014 à 09h00 a écrit :46 % de la lumière convertie en électricité, record mondial pour une cellule solaire

Ce capteur solaire de l'extrême a été conçu par des Français et des Allemands. Il pourrait être utilisé dans les gigantesques "fermes solaires" des régions bénéficiant d'un large ensoleillement.


PAS MIEUX. L'Europe, championne du monde. Le vieux continent confirme sa première place dans un domaine enviable, celui de la conversion de la lumière en électricité. Le seuil était de 44,7%, il vient de passer à 46%. Ce taux a été atteint par une cellule solaire développée conjointement par le CEA-Leti, l'entreprise française Soitec (à l'origine une émanation, justement, du CEA) et l’Institut Fraunhofer pour les Systèmes Energétiques Solaires (ISE) en Allemagne.

Des semi-conducteurs avec un meilleur rendement que le silicium
Contrairement à ces panneaux photovoltaïques qui recouvrent les toits des maisons écolos, la cellule solaire de tous les records n'est pas fabriquée en silicium. "Nous utilisons d'autres semi-conducteurs, des matériaux dits III-V", commente Thomas Signamarcheix, responsable du labo des substrats avancés du CEA-Leti. Comprenez des éléments chimiques classés dans les 3e et 5e colonnes du tableau périodique de Mendeleïev. Leur avantage : "Ils ont un rendement meilleur que le silicium", reprend le chercheur français.

"Jonctions"
Ainsi, le capteur solaire ayant atteint le taux de conversion de 46% est constitué d'un empilement de plusieurs couches - ou "jonctions" - dont chacune réagit à la lumière dans une certaine longueur d'onde. "Imaginez des briques de Lego vert, rouge et bleu. Nos jonctions sont de même, chacune convertissant en électricité qui la lumière verte, qui la rouge, qui la bleue", reprend Thomas Signamarcheix.

« Pas un mouton à 5 pattes »

Reste une question : ce record de 46 % restera-t-il confiné aux quatre murs du laboratoire ? "Non. Car la cellule solaire qui a produit ce taux de conversion n'est en rien un mouton à 5 pattes. Elle a au contraire été fabriquée à l'aide d'une technologie - consistant à coller les couches les unes sur les autres par de l'adhésion moléculaire - parfaitement maîtrisée par l'industrie depuis 20 ans, et notamment par l'entreprise Soitec, même si c'était dans le cadre d'autres applications".

"Fermes solaires"
Le dispositif aux semi-conducteurs III-V doit donc pouvoir être utilisé par exemple dans les "fermes solaires", ces grandes centrales solaires installées dans les régions qui bénéficient d’un ensoleillement direct élevé. Mais l’intégration de ces dispositifs dans les systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) s'accompagnera néanmoins d'une perte en rendement total, "d’où l’importance d’implémenter rapidement ces dispositifs dans des installations pilotes qui seront le seul moyen de valider ce gain" précise Thomas Signamarcheix.

Car les cellules à 46% y seront encapsulées, parmi d'autres composants, dans des systèmes photovoltaïques à concentration (CPV) - par exemple des lentilles qui concentrent la lumière du Soleil, 508 fois ! "Et il y a fatalement des pertes à chaque niveau des systèmes CPV. Ainsi les modules consistant en l’assemblage des dispositifs avec les lentilles présentent actuellement au mieux un rendement de 36,7%", explique le chercheur du CEA-Leti. "Néanmoins, chaque électron gagné par la conversion du dispositif représentera toujours un gain pour ces systèmes de production d’énergie propre". Déjà un sacré progrès par rapport aux 25% (au mieux) des bons vieux capteurs solaires en silicium.


Donc je ne sais pas si tu lis comme moi, mais oui c'est déjà fait, t'avais juste cinq ans d'avance! Et eux ils ont plus de dix ans d'avance sur les pronostiques. Ça tient sûrement aux décisions de sortie de nucléaire de certains pays, il y a des trucs comme ça qui sortent ENFIN des placards...

N'oublions pas que Solar Impulse II a réalisé son exploit de traversée de l'Atlantique avec un rendement moyen de 12%! Avec de tels panneaux ils auraient bénéficié probablement du double.

Du moment que l'on sait que c'est possible, et plus de la théorie, il ne reste plus qu'à attendre que des panneaux avec des rendements similiaires soient constitués avec des semi-conducteurs courants et disponibles en abondance!

Et pourquoi pas 3 layers en sillicium(?) Sony a déposé un brevet il n'y a pas si longtemps que ça (certes pour des capteurs photos CMOS, mais c'est pour dire que c'est faisable dans le substrat et pas seulement en collant 3 couches ensemble), c'est dans les tuyaux, je pense...

Crdt.
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par elephant » 16/09/15, 08:38

Bien sûr que le sujet est intéressant, Obamot. Mais, avoue, ça n'avait rien à faire dans un sujet sur Nickel Hydrogène....

T'as pas quelques illustrations sur la structure de ces panneaux ?
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par Capt_Maloche » 16/09/15, 22:52

Tu verras d'autres évolutions importantes de ton vivant :-)

Un rapport de 2013 sur les multicouche https://www.see.asso.fr/file/5300/download/10348


Avec un tableau de l'évolution des rendements par technologie
Image


et un crobard d'un système multicouche
Image

ce doit être 18% pour les cellules du solar Impulse non?
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"La consommation s'apparente à une recherche de consolation, un moyen de remplir un vide existentiel croissant. Avec, à la clé, beaucoup de frustration et un peu de culpabilisation, accrue par la prise de conscience écologique." (Gérard Mermet)
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par Obamot » 17/09/15, 00:38

De mon vivant? Possible, comme les super-hypercapa au graphène par exemple(?), au fait ont-ils résolu leur problème de diélectrique ou savent-ils comment ils comptent le résoudre?

Question rendement: j'avais noté 21% pour Solar Impulse II (en fait on n'en sait trop rien ;-) ça c'est plus ou moins officiellement...) les 12% c'est en comptant le cycle nocturne ou ils ne produisent rien dans la moyenne quotidienne...

Voilà le schéma de Sony pour le captage de différentes longueur d'ondes de photon dans un même substrat:

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La source: Brevet Sony #US2009/0303371A1 >>> heureusement que j'avais gardé les illustrations sur mon DD, car le lien est mort...

Le principe des C-PV à 3 layers collés, ici par lentilles fresnel:

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Source: Solaraddedvalue.com

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Source: greenrhinoenergy.com

Faut quand même rappeler que ces nouvelles technologies sont particulèrement bien venues, car avec elles est résolu un certains nombre de problèmes:
— une ceinture de centrales solaire est désormais rentable dans tout le sud de l'Europe (Désertec I avec le solaire thermodynamique et la stabilité politique attendue en Afrique du Nord pourront attendre...);
— il y aura moins de perte due au transport du courant par rapport à Désertec I;
— comme nous avons moins besoin d'aller au sud, le rendement sera meilleur (trop de Soleil et trop de chaleur nuisait au rendement, aussi paradoxal que ça puisse parraître...)
— le reproche par rapport à la modification de l'albédo, tombe par rapport à Désertec (ce reproche m'a bien fait marrer par rapport au bétonnage tout azimut, et au reste de l'empreinte humaine car totalement disproportionné, mais bon...);
— on entrevoit aussi la possiblité de produire du courant par temps couvert;
— la compétitivé par rapport au nucléaire (qui reste encore vainqueur question facteur de charge) entre dans une phase décisive (dès lors que les moyens de stockage à bas coût auront émergé des labos, nous n'aurons plus besoin massivement de nucléaire) le rendement d'une centrale est autour de 25% en permanence, avec 46% brut et 1'200 kW·/m² (sur moyenne d’ensoleillement de ~2'000 heures par an, soit 1'300'000/200 = 650W comme puissance moyenne solaire par mètre-carré.)
— la production totalement autonome d'énergie électrique par les particuliers, commence a avoir des bases sérieuses avec de moins grande surfaces nécessaires, cela devient de plus en plus intéressant;
— de tels rendement justifieront pleinement la conception de panneaux hybrides (infrarouge/photovoltaique);

Il ne manque pas grand chose, il suffit de tenir quelques jours avec des solutions de stockage par déphasage et...
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par Christophe » 17/09/15, 00:48

Obamot a écrit :Voilà le schéma de Sony pour le captage de différentes longueur d'ondes de photon dans un même substrat:

Image


Je ne comprends RIEN mais absolument RIEN ! :D
Euh avec la légende cela irait peut être un peu mieux...

Mais c'est la première fois que je vois des couleurs dans un schéma qui ressemble fortement à celui d'un brevet d'invention ! :cheesy:
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par Obamot » 17/09/15, 05:11

...oui bon d'accord, désolé, c'était clair pour moi, j'avais étudié ça longuement.

Si tu veux, les photons de chaque gamme d'onde (RVB) ne se propagent pas à la même vitesse. C'est grâce à ce phénomène qu'ils ont eu l'idée de dire qu'ils pourraient s'en servir pour les capter à différents "étages" dans le substrat du fait de leur différentiel de vitesse....
Ainsi, si on prend l'exemple des capteurs photographiques CCD, ceux-ci voyant en N/B, on imagine bien que le rendement était moins bons (+ pertes dues à la matrice de Bayer)

On peut en déduire (ça doit être environ ça...) que dès lors que les photons se font sélectionner par leur vitesse intrinsèque, ils sont piégés dans l'épaisseur du substrat dans des sortes de "puits quantiques" et au final au comptage, il doit y en avoir beaucoup moins de perdus.

Dans les C-PV du CEA, les couches de substrat sont collées les unes sur les autres. Dans le brevet ci-dessus, c'est juste leur vitesse qui les sélectionnent (que l'on me corrige si je me trompe, mais c'est ce qui me fait dire qu'il doit y avoir encore du potentiel dans le bon vieux silicium si on le traitait en conséquence)

Je fais une tentative d'explication qui vaut ce qu'elle vaut. Un capteur c'est un seau et dans le seau, à la place de l'eau il y a des photons puis des électrons. Quand le seau est trop plein il déborde: les CCD avaient un meilleur rendement quantique (entre 40 et 60 %) que les CMOS (20 %), mais les CMOS pouvaient retenir beaucoup plus d'électrons (150'000 contre 30'000 pour un CCD) le seau était plus grand. Mais dans les deux cas, les photons n'étaient pas différenciés alors que désormais, avec ces technologies multicouches, il n'y aura plus de débordement de photon des puits (ou quelque chose) puisque désormais on a 3 seaux au lieu d'un et au final il est à noter que les performances (capacités) ont doublé! Avec le backilluminated, ils sont mêmes allés jusqu'à 90% (mais là ce sont des capteurs photographiques...)

Voilà grosso modo ce qu'il se passe (ou tout du moins ce que j'ai capté.) :mrgreen:

Pour la couleur sur le croquis, oui tu as l'œil, c'est moi qui les ai rajoutées pour une meilleure compréhension :?

Pour ton MP, merci bien, laisse-moi le temps d'y réfléchir.

Crdt.
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