Solaire photovoltaïque

TOUT CE QUE VOUS VOULIEZ SAVOIR SUR
L'ENERGIE PHOTOVOLTAÏQUE
ACTUALITE INTERNATIONALE
1999

décembre L'HEBDO (Suisse)
Leclanché déclenche la cellule Graetzel
TT:
TUILES PHOTOVOLTAIQUES. Berne s'enorgueillit, d'avoir, depuis juillet, le plus grand toit solaire électrique au monde. C'est le dépôt de grains qui est recouvert de 16.650 de ces tuiles, 2.000 m2 au total et le côté architectural (c'est un bâtiment classé) a été préservé. Fabricant des tuiles: Atlantis Energie AG. Production annuelle 167 kwh/an. Ce courant est injecté au réseau à destination des consommateurs de courant "vert". Coût total: 65 millions de FB.
ECONOMIE DU PHOTOVOLTAIQUE.
Oui, le photovoltaïque est économique pour 70% des cellules produites. C'est le cas pour 115 des 152 Mégawatt produits en 1998. 40 MW alimentent des petits appareils de moins de 5 watt de puissance [entre parenthèses les quantités produites par an]: calculettes (130 millions), montres (20 millions), chargeurs de batteries (20 millions), clôtures électrique (300.000 unités l'an), éclairages de jardins (2millions) (Renewable Energv world, oct. 99).
POMPE SOLAIRE
GWU-Solar, de Fürth (+49-911-79 10 19 17) fabrique des pompes solaires pour capteurs photovoltaïques de 5 à 14W pointe. Une fois lancée 1 seul Watt suffit. Utilisations: caravane, chalet, étangs, abreuvoirs... Tension 12V=. Poids 5,5 kg
SI:
TOKYO: Toits solaires
La mairie de Tokyo veut montrer l'exemple et a lancé un plan pour diminuer la consommation d'énergie de la ville de 20 % d'ici à 2010. Alors que l'on compte actuellement 600 toits solaires photo-électriques, le plan municipal en prévoit 170’000 dans dix ans, soit 3% des toitures de la ville, ce qui permettra d'avoir une puissance électrique de 500 MW (un demi-réacteur nucléaire). (source : Tam-Tam, septembre 1999) novembre TT:
SUISSE
Depuis juin dernier, quelque 150 ménages de Lausanne et du canton de Neuchâtel ont installé des capteurs photoélectriques sur leur toit. Générant 130 kWh/an, cela leur permet de regarder la télé ~3h1/2 par jour. Le prix total, 30.375 FB, est réduit à 12.375 FB pour l'usager. Le surplus, soit 18.000 FB, est pris en charge, par moitié, par les autorités de Lausanne et Neuchâtel et par le fabricant Muntwyler. (European Energy Report, 8 sept. 99, page 16).
* Gerhard Schröder regagnera des voix en inaugurant la nouvelle usine Shell de cellules solaires à Gelsenkirschen, le 16 novembre prochain. Une enquête récente du Socialforschung prouve que 92 % des personnes interrogées souhaitent que l'énergie solaire soit plus largement exploitée tandis que l'hydraulique obtenait 86% et l'éolien 83% des votes (Ren. En. Rep.)
PAYS-BAS
NOVEM prédit, dans les 5 ans à venir, un rendement accru, de 14 à 18% des cellules solaires, couplée à une baisse importante du pris de revient. Ceci grâce à une fabrication en grande série. Le coût du kWh ainsi obtenu égalerait celui du kWh réseau. octobre SA No 632: Un semi-conducteur plus doué que le silicium
Le chêne et le roseau:

    Incroyable, un semi-conducteur capable de s'auto-réparer à la manière d'un être vivant ! Sa structure désordonnée lui permet de plier là où le silicium casse. Une révolution dans le domaine de l'électronique.
    Révolution dans l'électronique : un semi-conducteur vient de révéler qu'il pouvait se réparer tout seul ! Ce matériau s'appelle le diséléniure de cuivre et d'indium, ou plus familièrement CIS, et contrairement à tous les autres semi-conducteurs, il préserve ses propriétés électroniques quelles que soient les contraintes extérieures, voire il les améliore.
     Cette découverte a été réalisée par le Laboratoire d'électrochimie de l'ENSCP (Ecole nationale supérieure de chimie de Paris), associé au Département des matériaux et interfaces de l'Institut Weismann (Israël) et à l'université de Stuttgart (Allemagne). Depuis quelques années déjà, les scientifiques s'étonnaient de l'incroyable stabilité de ce semi-conducteur. Des photopiles réalisées avec une couche mince de CIS par Siemens-Solar sont quasi intactes après huit ans de fonctionnement en extérieur. Mieux, des panneaux allemands testés sur un satellite depuis deux ans n'ont montré aucun signe de dégradation malgré l'intense bombardement des rayons cosmiques. Mais il a fallu quinze ans d'études et des méthodes d'observation perfectionnées pour comprendre d'où lui venait cette exceptionnelle stabilité. Et son secret bouleverse les présupposés de l'électronique.
     Rappelons les faits. Pour être stable, précepte bien connu des électroniciens, un semi-conducteur doit être ordonné. La plus célèbre illustration est le silicium : son organisation toute militaire en fait un modèle d'insensibilité au monde extérieur. Ses atomes, tous identiques, sont agencés régulièrement en un réseau rigide, indéformable, qui le rend très résistant aux chocs, aux radiations, aux impuretés et maintient dans le temps ses propriétés électroniques.
     Seulement voilà, cette organisation inflexible exige des conditions de production draconiennes. La moindre impureté, le moindre défaut cristallin pendant la fabrication créent des pièges à électrons qui font chuter de manière irréversible ses performances de génération et de conduction photovoltaïques. Conséquence : un silicium de qualité est très cher. De plus, s'il est résistant aux agressions extérieures, c'est seulement jusqu'à un certain seuil. Dans des cas extrêmes comme pour le silicium des photopiles spatiales, les radiations cosmiques trop élevées finissent par endommager le matériau.      Le CIS bouscule tous ces préceptes. Tout aussi conducteur et stable que le silicium, il n'est ni parfaitement ordonné, ni discipliné, pire ses atomes sont mobiles ! Un pavé dans la mare de la physique des semi-conducteurs, une hérésie pour les spécialistes d'électronique. Le CIS est composé d'atomes de sélénium, gros et immobiles, d'indium, plus petits, et surtout de cuivre, baladeurs.Le réseau est flexible et les défauts y sont multiples : des atomes étrangers de fer, d'or ou de sodium se rencontrent couramment, les atomes composant le CIS n'ont pas de place aussi parfaitement définie que dans le silicium, ils peuvent laisser leur place vacante et les liaisons atomiques se font et se défont. Peu importe.
     Quoi qu'il advienne, le matériau reste de marbre. Il continue à générer et à conduire l'électricité comme si de rien n'était. Jean-François Guillemoles chercheur au Laboratoire d'électrochimie de l'ENSCP nous livre le secret:

«Bien que les calculs de structure soient quasi impossibles à faire pour un matériau aussi désordonné, explique-t-il, nous sommes arrivés, à force d'expériences, à élaborer une hypothèse. Si des défauts apparaissent régulièrement dans la structure cristalline du semi-conducteur, ils sont tout aussi régulièrement réparés. L'acteur principal de cette guérison est le cuivre qui bouge au hasard dans le solide. Lorsqu'il rencontre un endroit endommagé, il va s'associer aux atomes déplacés ou manquants de manière à restaurer la fonctionnalité du matériau. Ce mécanisme est provoqué par la tendance du cristal à rester proche de l'équilibre chimique.»

En d'autres termes, pour la première fois, c'est la désorganisation qui fait la stabilité.

«L'autre grande différence entre le silicium et le CIS, poursuit le physicien, c'est que le premier est plastique et le second élastique. Alors que le silicium résiste jusqu'à rompre, le CIS peut supporter des agressions extérieures jusqu'à un seuil plus élevé parce qu'il s'adapte, s'autorégénère. C'est l'histoire du chêne et du roseau. »

Ce résultat, présenté à la Conférence européenne de recherche sur les matériaux à Strasbourg et publié cet été dans la revue Advanced Materials, a semé le trouble dans l'esprit des électroniciens de l'assistance. Jean-François Guillemoles l'évoque en souriant :

« A la fin de l'exposé, une équipe de Britanniques est venue nous trouver pour révéler qu'ils observaient depuis deux ans des phénomènes de ce type en microscopie électronique mais n'avaient jamais osé les publier [lire l'encadré ci-contre]. C'est une véritable révolution culturelle dans le monde des matériaux pour lequel la qualité, c'est l'ordre. »

     Bon marché !
     La révolution serait en tous cas financière. En effet, l'avantage mis en avant par les promoteurs du CIS, c'est son faible coût. Pas besoin de conditions drastiques pour réaliser un matériau désordonné. Le laboratoire de Paris travaille même sur un procédé de fabrication par simple voie chimique, utilisant une solution aqueuse de cuivre, d'indium et de sélénium pour déposer électrochimiquement, à température ambiante, des couches minces de CIS.
     De plus, le CIS absorbe mieux la lumière que le silicium. Résultat : il faut 100 micromètres de silicium pour faire une photopile, 2 seulement pour le CIS.

«Au final, estime Jean-François Guillemoles, un panneau solaire en silicium fournit de l'électricité à 5 F du KW/h, un panneau en CIS diviserait le coût par quatre.»

On n'en est pas encore là. Pour l'instant, les premières photopiles, produites par Siemens, sont fabriquées en trop petites séries, au prix du silicium cristallin. Elles coûtent donc encore assez cher. Mais dans l'avenir, elles représenteront peut-être enfin un moyen abordable d'utiliser l'énergie solaire.

TT:
Leur efficacité s'améliore. si, en laboratoire, elle est montée à 29%, les réalisations commerciales vont de 13 à 16% et l'usine BP (mais oui, le pétrolier!) en Espagne tout comme Sunpower et Amonix flirtent avec du 16%, voire du 24%. Le US National Renewable Energy Laboratory a méme atteint 40%, en laboratoire, avec la multijonction 111-V. Efficacité accrue, mais aussi, baisse des prix au kWh. Comparant la production en Mégawatt, de cellules solaires (respectivement 1992 et 1998) on trouve:
USA 18,1 et 53,7. Europe 16,4 et 31 e tJapon 18,8 et 49. Plus de 80% de la croissance de 1997 à1998 (72% en deux ans) du Japon est due aux subsides de l'Etat pour installer des panneaux photovoltaïques, reliés au réseau, en toiture des habitations résidentielles. septembre La carte solaire des TPG(Tout l’immobilier, No 66, 9/99)
TT:
La mairie de Tokyo veut, à l'aide du plan "Tokyo Energy Vision", faire de cette ville une Energy saving city. Elle veut réduire, pour l'an 2010, la con sommation énergétique de 20% et y installer 170.000 toits solaires, soit 3% des maisons de la ville, 500.000 kW de photovoltaïque au total. A ce jour, 600 toits l'ont (Renewable ENERGY World, 3/99,p.1 1)
- "Cheap Power"/ Une energie bon-marché, c'est ce que nous promet le Sunday Times du 25/7/99. Des cellules solaires plus fines qu'un cheveu humain moulables à souhait. Ce sont les CIS développées à l'Université de Floride par Sheng Li. Elles devraient coûter moins de 6 FB pièce! Leur rendement est de 8 à 10% mais les 18% seront probablement atteints. En '98, le marché du PV a atteint 38 milliards de FB Août TT:
1) BP
Ce pétrolier installe actuellement des toitures photovoltaïques sur 200 de ses stations, cela dans 20 pays. Chacune fournira, par grand soleil, 20 kW d'élèctricité (de quoi faire fonctionner 55 téléviseurs durant 5 heures chaque jour). BP est, lui aussi, un grand producteur de cellules photovotaiques et, selon Greenpeace, il aurait investi, en 1997, quelque 926 millions de FB dans les domaines des énergies renouvelables (Windpower Monthly):
(cliquez sur les images)

2) HORODATEURS
Nous vous en parlions dans un récent T-T et, selon Le Soir du 25/6/99, chacun a coûté 250.000 FB. C'est, malgré leur prix, une bonne affaire puisqu'il rapportent, par an, 166.660 FB à la ville de Bruxelles (salaires des agents verbalisants exclus!). Juillet

BE:
Führende PV-Produzenten 1997 (Quelle Waycott)

Die Sonnenseiten einer Fusion
(m/ge) Die Fusion von BP und Amoco bringt nicht nur einen neuen Ölriesen hervor. Sie vereint auch zwei der grössten Solarzellenproduzenten, nämlich BP Solar uns Solarex (50% im Eigentum von Amoco), Zusammengenommen würden diese Firmen rund 40% der Photovolaik-Produktions-\kapazität kontrollieren.
Traduction automatique (!?), donc approximative (je ne suis pas germanophone...):
Principaux producteurs en 1997. La fusion de BP et d'Amoco ne crée pas seulement un nouveau géant pétrolier. Deux des plus grands producteurs de cellules solaires se sont unis, c.-à-d. BP solar et Solarex (propriétaire de 50% d'Amoco). Ces deux compagnies représenteront approximativement 40% de la capacité de production du photovoltaïque.
(SV):
Horodateurs solaires :

Le Havre a commencé d'équiper ses rues à stationnement limité, d'une quinzaine d'horodateurs alimentés en énergie électrique par des panneaux solaires. Il faudra 3 ans pour que le parc entier, soit 112 appareils, soit équipé. Juin (TT):
BELSIA
    Cette "Belgian Solar Industry Association" nous avise que des subsides communaux (presque exclusivement en Flandre), régionaux et d'Intercommunales, peuvent être sollicités pour installer chez soi un capteur solaire d'eau chaude. Pour y installer un capteur photovoltaïque, seules 4 communes flamandes et la région flamande vous y aident (jusqu'à 50%). Infos à l'APERE 02/218 78 99
Photovoltaïque:
    Ce moyen de production électrique absolument statique (aucune pièce en mouvement) connait un essor sans précédent. le marché mondial a connu une croissance de 24% les 5 dernières années (40% de croissance en 1997!) tandis que les prix baissaient de 25%. Les ventes ont atteint 1253 MWp (Mégawatt pointe) pour franchir les 150 MWp d'ici l'an 2000. La Grèce seule, grâce à l'appui fiscal du gouvernement, utilise plus de 50% de la production européenne de PV. Se souvenir que les cellules au silicium monocristallin (on y voit nettement la structure cristalline, souvent bleue) ont un rendement allant de 12 à 17% tandis que l'efficacité des polyctristallines ou amorphes, moins chères, va de 6 à 8 %). Le prix des dernières devrait avoisiner les 20 FB/Wp.
(SI):
Photopiles, rendements records:
    On pensait que le rendement des photopiles ne pouvait pas dépasser 25 à 27 %, mais c'était un raisonnement avec des cellules planes. Une équipe de recherche de Harvard, aux USA, a mis au point un laser qui permet d'obtenir des photopiles en forme de "chou-fleur" avec des micro-cônes qui permettent d'obtenir de manière expérimentale des rendements de 60 %. Reste à transformer cela en procédé industriel. (source : Courrier International, 18 février 1999) mars MAIS EST-CE DU PV ou plutôt déjà son avenir?! (Des cellules solaires sur le modele des plantes!)
Algérie: un projet photovoltaïque vise à alimenter en électricité les 1.000 habitants de 20 villages. L'usine solaire de Melouka, inaugurée en 1985, est la plus grande du monde. (source: IPTS, févr 99)
SYS:
Un mur antibruit d'autoroute revêtu de modules PV en France!
(à venir) février ALLEMAGNE
    Entre 1990 et 1997 ont été mis en service, en Allemagne, 7.300 installations de capteurs PV totalisant 23 MW, et 100.000 capteurs thermiques totalisant 740.000 m²de surface (Internationales Wirtschaftsforum Regenerative Energien der Universittit Münster).
"Le solaire", dit le Worldwatch Institute, "est la forme d 'énergie qui, après l'énergie éolienne, se développe le plus rapidement dans le monde. Le taux d'accroissement de ce marché (16% depuis 1990) serait dix fois supérieur à celui de l'industrie pétrolière". En 1997, dit ce rapport, les ventes de cellules solaires ont augmenté de plus de 40% (Futuribles, nov 98).
TIBET
    Les 144 panneaux photovoltaïques illustrés, (30 kW) installés par NESTE à Shenge village. A 3600 m d'altitude alimentent les maisons. Téléphone, radio et télévision ont changé le mode de vie des habitants. Le frigo du dispensaire permet de conseryer les médicaments et, grâce à des batteries de stockage, les enfants peuvent maintenant étudier le soir.
(SI)
Nouvelles de la cité solaire indiquée en novembre 1998
    Dans le cadre de la réhabilitation d'un quartier de Herne, la cité administrative a vu le jour. Particularité: les neuf bâtiments sont liés entre eux par une immense serre de 13 000 m2 dont le toit est recouvent sur 10 000 m2 de cellules photoélectriques assurant l'électricité des bureaux. Comme la production d'électricité solaire dépassera les 750 000 kWh annuels nécessaires, l'excédent sera revendu au réseau. La serre offrira au public un jardin public original avec sous 6 mètres de platond, des plantations de style méditerranéen. Les émanations de méthane provenant des anciennes mines (600 000 tonnes par an) sont récupérées dans des chaudières qui assureront le chauffage des bâtiments Ce sont des architectes français qui ont conçu l'ensemble, lequel sera inauguré en mai prochain.
(source Environnement magazine, février 99)
Ça bouge! (en tout cas... en Suisse!) "Héliotram"
    D'autres preuves de l'évolution du marché?:
Et d'une ! (Source OFEN) Evolution de la puissance des installations PV en Suisse
et de deux !! voir la courbe finale... (Fabrizio Carlevaro et Franco Romerio, CUEPE, in SEBES, Stratégies Energétiques & Société, 1995; accès webmaistre)
Source La Recherche, janvier:
    Avec les technologies courantes et 6 heures d'ensoleillement par jour, la satisfaction des besoins quotidiens en électricité des Etats-Unis nécessiterait un carré de 160km de côté de cellules PV (NdYR: Du même ordre de grandeur que les terrains militaires US!...). Si une telle perspective semble encore lointaine (idem: plus même l'abandon du militaire que la construction des centrales PV!!...),, l'industrie PV a néanmoins augmenté son marché de 38% en 1997, bénéficiant ainsi des différents programmes lancés successivement au Japon (80000 toits solaires en 2000), aux Etats-Unis (1 million en 2010) et par l'UE (500000 en Europe et autant dans les PVD, en 2010). 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, un etechnologie concurrencée depuis peu par la gravure au laser. La production d'autres semi-conducteurs en couches minces, tellure de cadmium (CdTe) et diséléniure 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 20 ans, silicium polycristallin qui, malgré ses faible spropriétés d'absorption, peut être également utilisé en films minces. En effet, ces systèmes piègent la lumière à l'intérieur de la cellule, rendant aléatoire sa direction de propagation et multiplient ainsi par 50 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 4 à 6 actuellement. A l'instar de la production, la recherche est actuellement en plein développement. Particulièrement prometteuse, une triple jonction à base de silisium amorphe a été développée au NREL (National Renewable Energy Laboratory) 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. janvier - Gelsenkirchen: en cette ville au nord de l'Allemagne, la 1ère pierre de la plus importante usine au monde de cellules PV a été posée le 4 juin. 80% des parts sont à Deutsche Shell AG, le reste à Pilkington Solar International GmbH. L'usine sise sur un terrain de Pilkington, produira dès oct 99, avec entre 650 et 750 emplois, plus de 25MW de cellules par an. Leur prix devrait baisser de 20%. Il va de soi que le toit de l'usine, bardé de cellules fournira une partie du courant.
- Webasto reste actuellement le plus gros producteur de cellules intégrées dans les toits ouvrants de voitures, avec une production annuelle de quelque 30000 pièces. Chacune délivre 25 W et, via le système de ventilation existant, aère les voitures parquées au soleil.
- Balises: Russes et Norvégiens ensemble, transforment leurs balises en mer et même leurs phares. Construites par la Norvège, des balises alimentées en électricité par du PV, vont de 60W pour les balises flottantes à 4,4 kW pour les phares habités. Pas moins de 2700 phares et balises bordant les côtes norvégiennes longues de 21.000km ont, depuis une vingtaine d'années, vu remplacer gaz et kérosène. Le long des côtes russes, la mer de Barents et l apéninsule de Kola (célèbre pour les sous-marins nucléaires qui y rouillent!...), c'est depuis cet été, aussi le PV qui remplace les si dangereuses sources radioactives au stontium 90. C'est un exploit technique. En effet, les températures dans le cercle arctique vont de +35 à -35 degrés C et les batteries doivent emmagasiner assez d'électricité pour les 3 mois de nuit polaire. Ce sont des Ni-Cad de type "Sunica", produites par Sft. Elles ont un point de congélation inférieur à celui des batteries plomb-acide (Source: Renewable Energy World, sept.98, p.75).