TOUT
CE QUE VOUS VOULIEZ SAVOIR SUR
L'ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE
Petit lexique à l'usage du photovoltaïcien
en herbe
(les chiffres sont de 1988...)
Conversion photovoltaïque (PV):
Conversion directe de l'énergie lumineuse en électricité
par un dispositif à base de matériau semi-conducteur. Grande
plage de puissances réalisables: du milliwatt (mW) aux mégawatts
(MW).
Photopile, cellule solaire, cellule photovoltaïque:
Dispositif semi-conducteur dans lequel des zones "d'impuretés"
sélectionnées (dopage positif "p" ou négatif "n")
créent un champ électrique interne capable de séparar
les paires de charges électriques créées par les "grains
de lumière" incidente (photons). Ces charges sont collectées
par des électrodes conductrices à l'avant et à l'arrière
du semi-conducteur. Le courant produit est de type continu. A titre d'exemple,
une photopile de silicium cristallin de 100cm2 fournit une puissancede
1 watt (0.5 volt, 2 ampères) sous le soleil d'une belle journée.
Watt-crête (Wc):
Puissance délivrée par une cellule PV sous un ensoleillement
optimum de 1kW/m2 à 25 degrés C (les performances
sont fonction de la température...). L'énergie ainsi produite
sera d'environ 1kWh.
Module photovoltaïque:
Assemblage en série de cellules PV pouvant fournir une tension
adéquate à la charge d'une batterie d'accumulateurs. L'enveloppe
(encapsulation) est particulièrement étudiée pour
résister 10 à 30 ans aux agressions de l'environnement. L'humidité
et l'oxygène sont l'ennemi N°1
En 1978, le prix de vente était de l'ordre de 200FF/Wc contre
4 à 50 en 1988. En 1998, on devrait être aux alentours de
10, déjà compétitif avec les piles sèches et
certaines applications des générateurs thermiques diesel.
Rendement de conversion PV:
Rapport entre la puissance de sortie d'une photopile et la puissance
lumineuse incidence: 10 à 20% pour le silicium. Le rendement de
conversion est la mesure habituelle, pas nécessairement la plus
pertinente, des progrès des technologies. Il faut aussi bien distinguer
les résultats de laboratoires sur de petites surfaces (<100cm2),
des résultats moyens en production industrielle. Un facteur 2 à
3 est... "courant" entre les deux.
Silicium cristallin (c-Si):
Les photopiles sont en général fabriquées à
partir de plaquettes de silicium cristallin. Leur épaisseur est
de 0.2 à 0.4mm. Le diamètre est de 100 mm pour les
plaquettes de silicium cristallin (identique aux plaquettes de l'industrie
des puces électroniques) ou de dimensions 100 x 100 mm pour les
plaquettes carrées au silicium multicristallin obtenues par moulage
de lingots parallélépipédiques.
Silicium amorphe (a-Si):
Matériau plus récent, utilisé en couche mince,
découvert vers 1978. L'épaisseur du semi-conducteur est de
0.001 mm. Les couches minces d'alliage du silisium amorphe (non cristallin)
et de l'hydrogène sont déposées par décomposition
assistée par plasma de gaz dans une enceinte à vide. Le substrat
est généralement du verre, éventuellement de l'acier
inoxydable ou un plymère souple. Ce type de photopiles ets largement
utilisé dans les calculettes de poche solaires. On veut aboutir
à la fabrication de photopiles au silicium amorphe aussi performantes
et moins chères que celles au silicium cristallin.
Autres matériaux et concepts:
Pour mieux utiliser le spectre solaire avec sa gamme étendue
de longueurs d'ondes (300 à 1500 mm), on superpose des photopiles
ayant des propriétés (gap) optiques différentes. Chaque
photopile du "tandem" (s'il y en a deux!) convertit ainsi une paire de
spectre. On utilise le germanium, le carbone, l'azote qui permettent d'augmenter
les rendements de conversion, ainsi que plus récemment d'autres
minéraux cristallins en couche mince, à base d'alliage des
composés des colonnes III et V du tableau de Mendeleiev (GaAs, Inp,...),
ainsi que des couches de disséléniure de Cuivre-Indium (CuInSe2)
Générateur Photovoltaïque:
Système complet assurant la production et la gestion de l'électricité
fournie par les modules PV. L'énergie est stockée dans des
accumulateurs et/ou transformée en courant alternatif suivant le
type d'application.
Source: Magazine Systèmes Solaires No 37-38
/ juillet - août 1988. André Claverie, AFME
