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Dossier : lumière sur le photovoltaïque et les panneaux solaires

Découvrez le dossier « Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires ». De nombreuses cellules photovoltaïques ont vu le jour pour exploiter au mieux la lumière du Soleil au travers de panneaux solaires. Afin de produire de l'électricité, silicium, terres rares ou plastiques sont employés, mais chaque technologie a des atouts et des faiblesses dans ce domaine prometteur.

 

Le Soleil fournit chaque année suffisamment d'énergie pour répondre plus de 7.500 fois aux besoins de la population mondiale. Progressivement, de nouvelles installations solaires voient le jour.

 

De nombreux pays souhaitent réduire leurs émissions de gaz à effet de serre. Pour ce faire, ils ont décidé de développer diverses filières exploitant des énergies renouvelables.

 

La filière du photovoltaïque est en pleine croissance depuis quelques années, ce qui s'est traduit par l'installation de dizaines de millions de panneaux solaires un peu partout dans le monde.

 

Le photovoltaïque fait parler de lui depuis seulement quelques années, même s'il a connu un premier essor dans l'industrie spatiale au milieu du XXe siècle. Les prémices de son histoire remontent pourtant à 1839.

 

S'il est de plus en plus fréquent d'observer des panneaux solaires installés sur des toits, leur anatomie interne reste bien souvent méconnue, comme leur principe de fonctionnement. Le cœur d'une installation solaire n'est autre qu'un ensemble de cellules photovoltaïques composées de matériaux semi-conducteurs. Découvrons en détail ce qui s'y passe.

 

En 2011, 87 % des installations photovoltaïques installées dans le monde comportaient du silicium mono ou multi cristallin. Bien qu'étant l'élément chimique le plus abondant sur Terre après l'oxygène, le silicium ne peut être trouvé à l'état pur.

 

Les cellules au silicium cristallin affichent de beaux rendements, le record ayant atteint 27,6 % en laboratoire. Ces entités photovoltaïques, qu'elles soient monocristallines ou multicristallines, possèdent de nombreux avantages, mais aussi quelques inconvénients dommageables comme leur poids ou leur rigidité.

 

Les cellules photovoltaïques de deuxième génération ont littéralement fait une cure d'amaigrissement. Elles ne font plus que quelques micromètres d'épaisseur, ce qui les rend légères et surtout souples.

 

Les termes photovoltaïque, mince et silicium ne sont pas incompatibles, bien au contraire. Les cellules au silicium amorphe en sont le plus bel exemple.

 

Les cellules au tellurure de cadmium (CdTe) affichent des rendements intéressants étant donné leurs caractéristiques, ce qui explique probablement leur succès actuel. Elles renferment pourtant des éléments rares...

 

Les cellules photovoltaïques au CIGS sont prometteuses. En effet, le mélange de cuivre, de gallium, d'indium et de sélénium est un très bon absorbant (ce qui se traduit par des rendements élevés), dépourvu de toxicité pour l'environnement et la santé.

 

Le cuivre, le zinc, l'étain, le soufre et le sélénium forment ensemble un matériau semi-conducteur de choix, puisqu'il est fait d'éléments courants et non toxiques. Dommage que le rendement affiché par les cellules CZTS ne soit pas plus élevé...

 

Les cellules photovoltaïques de première et deuxième génération préalablement présentées manquent cruellement de couleur, puisque sans adaptation spécifique, seuls deux tons sont disponibles : gris et bleu. Grâce aux polymères, les panneaux solaires peuvent désormais afficher de belles structures rouges, jaunes ou encore roses.

 

Certaines cellules photovoltaïques font de plus en plus parler d'elles, alors que d'autres restent méconnues, même si l'avenir pourrait leur sourire. Les technologies mises en jeu sont diverses et variées : concentration de la lumière solaire, imitation de la photosynthèse ou encore recours à des boîtes quantiques.

 

De nombreuses informations, chiffrées ou non, ont été fournies pour chaque cellule photovoltaïque, qu'elles soient de première, de deuxième ou de troisième génération. Les plus intéressantes d'entre elles ont été rassemblées sous la forme d'un tableau.

 

Les panneaux solaires installés sur les toits, ou dans des centrales photovoltaïques, incorporent des dizaines de cellules qu'il faut particulièrement bien protéger. En effet, elles sont sensibles à de nombreux facteurs environnementaux, comme l'humidité ou la poussière.

 

Nos objets électroniques ont tous une durée de vie limitée. Les panneaux solaires aussi ! Au vu du nombre grandissant d'installations photovoltaïques construites chaque année dans le monde, des filières de recyclage se sont mises en place, chacune avec sa propre méthode pour détruire les cellules et réemployer leurs matériaux.

 

Futura-Sciences souhaite remercier le comité d'organisation des Journées nationales du photovoltaïque (JNPV), dont Jean-Luc Pelouard était le président en 2012, pour l'accueil fait à notre rédacteur. Nous tenons également à remercier chaleureusement Sébastien Delbos, de l'Institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (Irdep).

 

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Les cellules photovoltaïques, cœur des panneaux solaires. © DR