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Actu-Environnement

Le CEA s'associe à la société JUSUNG pour développer des panneaux photovoltaïques à haut rendement

Le CEA et JUNSUNG ont annoncé la signature d'un accord de collaboration de deux ans et d'une valeur de 7 millions d'euros pour développer des cellules photovoltaïques associant à la fois le silicium cristallin et le silicium amorphe.

Energie  |    |  Florence Roussel  |  Actu-Environnement.com
Dans un contexte climatique et énergétique tendu, l'énergie solaire abondante et gratuite fait l'objet de nombreuses recherches. Elle peut être utilisée de plusieurs façons mais c'est la transformation directe du rayonnement solaire en électricité, le photovoltaïque, qui concentre aujourd'hui le plus de recherches. Il est question d'améliorer à la fois les performances des matériels et la compétitivité économique de la filière. Les cellules photovoltaïques qui composent les modules font à ce titre l'objet de toutes les attentions.

Une cellule est notamment constituée d'un semi-conducteur qui récupère l'énergie de la lumière transmise par les photons et la rend sous forme de courant électrique. Plusieurs technologies reposant sur des matériaux semi-conducteurs ont été mises au point mais leurs degrés de maturité, de performance et de durée de vie sont très différents. À l'heure actuelle, les installations les plus commercialisées sont à base de Silicium, un élément intéressant grâce à sa structure atomique. Utilisé majoritairement sous sa forme cristalline (silicium polycristallin ou monocristallin), le silicium est à la base d'une technologie éprouvée et robuste dont l'espérance de vie atteint 30 ans et dont le rendement est de l'ordre de 13 %.
Une autre technologie utilisant le silicium sous une forme dite « amorphe » a également vu le jour. Matériau plus récent, utilisé en couche mince, le silicium amorphe présente des coûts de fabrication moindre que le silicium cristallin mais son efficacité est inférieure (rendement de 7%).

Aujourd'hui, les recherches s'orientent vers une association de ces deux technologies. Le Laboratoire d'innovation pour les technologies des énergies nouvelles et des nanomatériaux du Commissariat à l'Energie Atomique (CEA-Liten) vient par exemple de s'associer avec la société JUSUNG, principal fournisseur coréen d'équipements pour les fabricants de semi-conducteurs, pour le développement de cellules solaires silicium à haut rendement (supérieur à 20%). D'une durée de deux ans et d'une valeur de 7 millions d'euros, cet accord de collaboration doit aboutir à la mise en place d'une nouvelle filière technologique basée sur le concept de l'hétérojonction entre les deux formes du Sillicium. La jonction entre le silicium cristallin et le silicium amorphe permettrait en effet d'augmenter le rendement de conversion. Un nouvel équipement sera prochainement installé à l'Institut national de l'énergie solaire (INES) en Savoie, institut au sein duquel le CEA Liten a regroupé l'ensemble de ses équipes dédiées à la recherche et développement sur l'énergie solaire.
Le Liten, mène également des travaux de recherches sur l'amélioration du rendement des cellules photovoltaïques en silicium. L'effort porte essentiellement sur l'optimisation des procédés de fabrication des cellules sur silicium multi cristallin et plus récemment sur l'introduction de nouveaux concepts issus des micro et nanotechnologies.

Outre le sélénium, des recherches sont également effectuées sur d'autres semi-conducteurs. L'institut de recherche et développement sur l'énergie photovoltaïque (IRDEP) par exemple qui réunit EDF, le CNRS et l'Ecole nationale supérieure de chimie de Paris (ENSCP), travaille notamment sur une association de Cuivre-Indium-Sélénium (CIS) utilisée en couche mince. Encore au stade du laboratoire, cette technologie est moins efficace (rendement de 12%) mais présente l'intérêt de diminuer les coûts de fabrication des panneaux photovoltaïques. Toutefois, ces composés inorganiques seront bientôt remplacés par des composés organiques comme les plastiques. Le CEA y voit déjà de nombreux intérêts : peu onéreux, dégradables, faciles à manipuler et faciles à mettre en œuvre dans des formes variées (tuiles de bâtiments par exemple). L'utilisation des matériaux organiques pour des applications photovoltaïques a été étudiée de manière intensive durant les vingt dernières années, mais pour l'instant, ces recherches ont buté sur de faibles rendements de conversion des matériaux (5%) et de nombreux verrous technologiques restent à lever, notamment sur les matériaux, l'architecture des composants et les techniques de fabrication.

Réactions12 réactions à cet article

 
Qu'est-ce que le rendement ?

On recherche, dans les modules photovoltaïques, à améliorer le rendement, mais il me semble important de s'interroger sur la signification du "rendement" dans ce domaine.
La notion derendement est apparue avec la machine à vapeur, et de vieux livres parlent de rendement en "kilos de charbon par mètre cube pompé" ou par "tonne de charbon produite", ou autre unité pratique.
Avec la conversion générale en "unité d'énergie", le rendement est devenu un taux de récupération "énergie utilisable en sortie / énergie utilisée en entrée". Il n'en demeure pas moins qu'il est, avant tout un premier pas vers le calcul d'une rentabilité : "produit récupéré / argent dépensé".
Or, avec le photovoltaïque, le coût de l'énergie entrante est NUL, le soleil est encore gratuit (jusqu'à quand diront les spécialistes du fisc ?). Le facteur qui influe sur le coût du kWh est avant tout le prix de l'investissement.
Tant qu'on faisait du photovoltaïque pour équiper des satellites, le rendement était important, car le poids était un facteur clé, mais, pour équiper des toitures, celà devient secondaire.
Je propose donc qu'on invente un mode d'évaluation des cellules solaires basé sur le coût du kWh récupéré, en prenant en compte le prix de la cellule "en place et prête à fournir" et sa durée de vie prévisionnelle.
Si, pour le même prix, je peux mettre dix fois plus de cellules sur mon toit, mais qu'elles aient un redement réduit de moitié, j'aurais quand même cinq fois plus de kWh.

Yéti | 24 janvier 2008 à 08h20
 
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Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Plus de surface à faible rendement ça veut aussi dire plus de CO2 gaspillé pour toute les opérations de production, transport, installation et entretien des panneaux solaire.

ça veut dire aussi plus de consommation de ressource naturelle.

Enfin il faut qu'il soit techniquement possible de mettre 10 fois plus de panneau sur ton toit.

Et si on met des panneaux merdiques au lieu de bons, pour une même surface tu auras moins de Kwh. Et gaspiller ainsi du potentiel ne serait pas très intelligent au vu des enjeux.

bastien | 24 janvier 2008 à 08h45
 
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Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Tout est relatif et je suis globalement d'accord avec le yéti. On se pose des questions de rendement et on voudrait optimiser toutes les surfaces exposées disponibles alors qu'elles ne manquent pas sur la planète. D'un autre côté, on continue de chercher le plaisir de conduire... des voitures puissantes qui consomment beaucoup d'énergie (fossile ou non).
L'important n'est-il pas de réagir rapidement en adoptant les solutions les moins coûteuses possibles, quite à remplacer dans 20 ou 30 ans le matériel qui aura évolué d'ici là ?

Jean-Claude | 24 janvier 2008 à 09h10
 
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Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

L'important c'est de réfléchir avant de faire n'importe quoi. Prendre en compte le bilan de production de GES/Kw produit est important.

il ne faut pas faire n'importe quoi sous prétexte que c'est étiquetté énergie renouvelable. Energie renouvelable ne signifie pas forcément énergie propre.

après tout dépend de ce que l'on veut (supprimer le nucléaire? diversifier les sources d'energie?diminuer le prix de l'énergie? Sécuriser notre alimentation? ....) et des priorités qu'on y met.

bastien | 24 janvier 2008 à 10h24
 
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Re:Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Si j'ai 100 m2 de toiture et de façade, ce qui n'est pas gigantesque, je reçois environ 100 kW d'énergie solaire "brute" quand il y a du soleil. Pour les besoins d'une habitation de cette taille, il en faut environ 10.

Le chiffrage est "à la louche" et mériterai certainement d'être recalculé par des spécialistes plus pointus, mais l'ordre de grandeur reste là.

C'est pourquoi je pense qu'on pourrait récupérer "assez" d'électricité pour un usage domestique bonnète, même avec des capteurs à faible cout et à rendement modeste.

Bien sur, quand j'écris "faible cout", je sous entends non seulement le cout financier, mais aussi le cout "environnemental" . N'oublions pas que, étymologiquement, l'écologie est proche de l'écologie.

Yéti | 25 janvier 2008 à 20h58
 
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Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Et où en est-t-on avec les peintures photovoltaïques? Un article récent de SCIENCE et VIE ( septembre 2007 je crois) annonçait un rendement de 13% pour un coût 3 fois inférieur aux cellules silicium...Ce n'est pas une plaisanterie...
Il y aurait-t-il eu une réaction des industriels du silicium, menacés sur le retour de leurs investissements pharaoniques, pour étouffer l'affaire?
J'ai interrogé S et V qui ne répond pas, bizaremment....

BIGEAT | 27 janvier 2008 à 21h23
 
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Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Bonjour,
Il faut faire très attention au sujet de ces rendements.

S'agit-il d'un rendement expérimental (conditions optimales, on monte à 30% pour le silicium cristallin),

d'un rendement d'un capteur neuf,

d'un rendement d'un capteur en service (le rendement d'un capteur chute et se stabilise),

d'un rendement théorique,

d'un rendement mesuré moyen sur la durée de vie du capteur...

ric | 28 janvier 2008 à 09h37
 
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Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Merci à tous de vos réactions.

Je vais essayer de faire une synthèse, après réflexion (à mon âge ça prend un certain temps) :

Il y a un coût initial de fabrication des cellules et ce coût peut être exprimé en argent, en utilisation de ressources naturelles, en temps passé, en émission de gaz à effet de serre.

Il y a une production de kWh (ayant une certaine valeur) à partir d'énergie solaire gratuite et, à ce jour, non taxée.

Les capteurs ont un "cycle de vie", de leur production à leur déconstruction et/ou recyclage.

Pourrait-on définir un "rendement global rapporté au cycle de vie", qui serait à exprimer en utilisation de ressources naturelles, en temps passé, en émission de gaz à effet de serre, et/ou autres unités permettant de chiffrer au plus exact l'impact sur la planète du kWh produit ?

Merci de réfléchir encore un peu
.

yéti | 31 janvier 2008 à 19h46
 
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Re:Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

J'ai lu que le capteur photovoltaïque (pas de données précises, mais ca doit se trouver sur le site des constructeurs) "remboursait" l'energie nécessaire à sa fabrication en 2 ans (evidement cela dépend du type de technologie utilisée) pour une durée de vie d'au moins 20 ans.

ric | 01 février 2008 à 10h57
 
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Re:Re:Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

C'est déjà une première évaluation d'un rendement en terme "énergie investie / énergie produite".
Pour ce qui est de la matière première, le silicium est un des éléments les plus importants de la croute terrestre, donc pas de problème, sauf si on ne sait l'extraire que de certains minéraux (là, je n'ai pas d'éléments actualisés).
Ensuite, reste le problème du recyclage en fin de vie pour lequel je ne vois pas de gros problème.

Il n'y aurait donc plus qu'à lancer une fabrication de masse ?

Comme ce n'est pas le cas, j'ai du passer à côté d'un problème.

Yéti | 02 février 2008 à 08h53
 
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Re:Re:Re:Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Cela demande beaucoup d'argent de lancer une nouvelle production de masse. Les allemands et japonais y travaillent. C'est vrai qu'on aurait pu commencer il y a 40 ans...

ric | 04 février 2008 à 09h54
 
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Re:Re:Re:Re:Re:Qu'est-ce que le rendement ?

Attention Ric, des informations plus "secrètes" divulguent qu'il faut beaucoup d'heures d'ensoleillement avant que l'énergie produite par les photovoltaïques (à base de silicium cristallin) n'ait "remboursé" l'énergie nécessaire à l'élaboration du dit silicium. On parle de plus de 10 ans. Ce qui voudrait dire que ce n'est qu'au bout ce cette période que le capteur commencerait à dégager de l'énergie. On est loin des deux années dont tu parles. C'est d'ailleurs le côté négatif du cristallin (qui par ailleurs présente de bons rendements) par rapport à des techniques amorphes.

Sur un plan cartésien, le rendement d'un panneau photovoltaïque est la mesure de l'énergie électrique produite, rapportée à l'énergie solaire incidente, les deux en kWh/m²/unité de temps

Le rendement "global" objet de ce débat d'apparente davantage à une analyse en cycle devie, analyse dans laquelle on fait entrer toutes les énergies nécessaires à l'élaboration, le maintien en fonctionnement, la déconstruction en rapport avec l'énergie produite.

Merci pour cet intéressant débat.

Aloyse | 21 février 2008 à 18h13
 
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