De manière générale, les cellules photovoltaïques peuvent être vues comme un empilement de matériaux la couche active ou l'absorbeur constituée d'un premier matériau accepteur d'électrons et d'un second matériau donneur d'électrons, formant une jonction donneur-accepteur ; les contacts métalliques avant et arrièreconstituant les électrodes positive + et négative – chargées de collecter le courant généré ;des couches supplémentaires comme un anti-reflet ou une couche plus fortement dopée permettant d'améliorer les performances de la cellule meilleure absorption de la lumière, meilleure diffusion des porteurs de charges dans le matériau etc. Ainsi, ce qui différencie une technologie solaire d'une autre, c'est principalement la nature de l'absorbeur. De ses propriétés physico-chimiques dépendent les procédés de dépôt utilisés, la nature et les caractéristiques des autres composants de la cellule anti-reflet, électrodes... ainsi que son architecture globale type de substrat, épaisseur, positionnement des électrodes etc. Les principales technologies solaires photovoltaïques On peut distinguer trois grandes familles de cellules solaires les cellules au silicium cristallin, pour lesquelles l'élément actif est le silicium dopé dans la masse. Bien que plus ancienne, cette technologie représente encore 90 % des parts de marché du fait de sa robustesse et de ses performances rendement modules allant de 12 à 20 % pour une durée de vie de 30 ans environ ainsi que des investissements importants qui lui ont été destinés, que ce soit pour la transformation du silicium, l'élaboration des cellules ou l'assemblage des modules. les cellules à base de couches minces qui ont en commun le procédé de dépôt du matériau semiconducteur à faible épaisseur sur des substrats variés et donnant un aspect uni, produisant des modules de rendement légèrement inférieur de 7 à 13 %. La part de marché pour l'ensemble de ces technologies est d'environ 10 % et reste relativement stable ces filières ont perdu l'avantage de leur moindre coût de production avec les investissements massifs consentis dans le silicium au début des années 2000. les cellules à base de photovoltaïque organique, segment sur lequel la recherche s'intensifie dans la perspective de produire des cellules à très bas coût pour des applications nouvelles. Leur principe de fonctionnement est basé sur les cellules à colorant de Michaël Grätzel avec des variations sur le type de matériaux utilisés. Avec des rendements de l'ordre de 3 à 5 %, leur point faible reste aujourd'hui encore leur durée de vie limitée. Enfin, la famille des hybrides présentée sur l'illustration ci-dessous rassemble les cellules mettant en présence des technologies de natures différentes pour atteindre des rendements optimisés. En 2014, le marché mondial du photovoltaïque a atteint un volume de fabrication de nouveaux modules de plus de 40 GW de puissance cumulée. Avec la généralisation et la compétitivité de la technologie solaire dans de nombreuses régions du monde, la croissance du marché ne fait que confirmer les prévisions des experts. La répartition entre les différentes technologies est représentée sur le graphe suivant, avec 91 % de silicium cristallin dont 56 % de polycristallin et 9 % de couches minces CdTe 4%, a-Si 1,6% et CIGS 3,5%, les autres technologies n'ayant pas atteint le stade de la production de masse. Globalement, la maturation des technologies est lente, de l'ordre de plusieurs décennies, mais les rendements continuent de s'améliorer. Répartition des technologies sur le marché mondial en 2017©Fraunhofer ISE Dernière Mise à jour 08/01/2020 Jusqu’à la fin du XXème siècle, l’industrie photovoltaïque, qui ne représentait qu’un marché négligeable pour les producteurs de silicium, a dépendu pour son approvisionnement du silicium destiné à l’industrie électronique, dont les besoins de pureté sont très supérieurs aux siens 99,9999% pour le silicium de grade solaire contre 99,999 999 99% pour le silicium de grade électronique, d’où un coût anormalement élevé. Composant électronique Lors de la crise qui a secoué l’industrie des micro-processeurs au début des années 2000, suite à l’éclatement de ce que l’on a appelé la 'bulle Internet', l’industrie photovoltaïque est apparue pour la première fois aux producteurs de silicium comme un client potentiellement intéressant, bien que de second rang. Devenu en 2007 un débouché de premier plan pour la production mondiale de silicium, le photovoltaïque est désormais en mesure d’imposer ses exigences et de créer une filière spécifique de production de silicium de qualité solaire, moins pur, moins énergivore et donc moins cher que le silicium électronique. En 2010, environ 12 % de la production mondiale de silicium métal est destinée à l'industrie solaire, 35 % à la chimie silicones, 45 % aux alliages d'aluminium et 4 % pour l'électronique source Roskill Information Services Ltd. Le silicium cristallin Structure d'une cellule au silicium cristallin©NREL Les cellules au silicium cristallin sont fabriquées à partir de silicium purifié, matériau dans lequel sont insérés en quantité infime des atomes de bore et de phosphore afin de créer des zones chargées différemment et de former la jonction donneur-accepteur. Cette famille regroupe les filières du silicium monocristallin mono-Si ou sc-Si en anglais lorsque les cellules proviennent d'un lingot dont la maille cristalline l'arrangement des atomes est homogène, et celles du silicium polycristallin poly-Si ou mc-Si en anglais lorsqu'il existe plusieurs réseaux cristallins juxtaposés formant des grains dans une même cellule. Substrat silicium raffiné obtenu en différentes étapes à partir du quartz, cristallisé par tirage d'un lingot mono ou moulage en lingotière poly puis découpé en plaques Fabrication dopage au bore du silicium, dans la masse, texturation de surface, dépôt d'un anti-reflet TiO2 ou SiN en face avant, dopage phosphore en face avant, dopage aluminium en face arrière par dépôt Al, sérigraphie des contacts Ag en face avant et arrière remarque raffinage du silicium à haute température Epaisseur 150 à 200 μm Taille de cellule 156 mm x 156 mm Rendement moyen cellule mono 16 à 24 %, poly 14 à 18 % Aspect aspect uniforme bleu foncé à noir mono, effet de mosaïque bleutée poly Transparence par espacement des cellules Module polycristallin à gauche et monocristallin à droite Technologies dérivées MWT pour Metal Wrap Through les électrodes de contact sont transférées en face arrière rendement module 16% IBC pour Interdigitated Back Contact utilisation de silicium très pur dopé n avec des contacts intégralement en face arrière rendement module 20 % Structure d'une cellule Sunpower©Sunpower EWT pour Emitter Wrap Through l'émetteur dopé n est ramené en face arrière fabricant Advent Solar, Qcells, Stiebel Eltron HIT pour Heterojunction with Intrinsic Thin layer silicium cristallin enchâssé entre deux fines couches de silicium amorphe fabricant Panasonic, dont le rendement module atteint 19 %. Structure d'une cellule HIT©Panasonic Le silicium amorphe Structure d'une cellule au silicium amorphe© Le silicium amorphe est obtenu par dépôts successifs de couches dopées et non dopées de silicium purifié en phase gazeuse. Le procédé de fabrication des cellules, calqué sur la technologie mise en œuvre pour les écrans plats, est moins onéreux car il opère à basse température et utilise bien moins de matériau que le silicium cristallin. Cependant, le fait que les atomes de silicium soient désorganisés pas de maille cristalline dans la matériau conduit à de plus faibles rendements. La superposition de plusieurs jonctions simples permet d'augmenter le rendement global de cellule. Substrat verre face avant ou verre, polymère ou métal face arrière Fabrication gravure du verre frontal, dépôt du contact frontal ZnO ou SnO2 ou ITO, dépôt chimique en phase gazeuse de trois couches de silicium amorphe à partir de gaz précurseurs ex SiH4 et H2 dopé bore, non dopé et dopé phosphore, dépôt du contact métallique face arrière ex Ag ou Al/Ni, structuration en tuile par rayure laser après chaque étape de dépôt remarque dépôt basse température 200°C environ Epaisseur 1 μm dont 0,3 μm de silicium amorphe Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 4 – 10 % module 5 – 7% stabilisé Aspect brun-rougeâtre à bleu-violet Transparence par micro-gravure Module souple Unisolar en silicium amorphe production arrêtée©United Ovonics Modules Asi Thru et Asi Opak production arrêtée©Schott Solar Modules translucides au silicium amorphe©Nexpower Les faibles coûts de production ayant été rattrapés par ceux du silicium cristallin, bien plus performant, expliquent sa quasi disparition du marché, mis à part pour les calculatrices ou l'intégration aux produits verriers dans le bâtiment. Technologies dérivées Double ou triple jonction de silicium amorphe Cellule triple jonction a-SiH©Unisolar Dernière Mise à jour 08/01/2020 Elles ont en commun un certain nombre d’atouts elles permettent de fabriquer des modules d’une surface plus importante 4 voire 6 m2, qui peuvent même être ensuite découpés, elles ne craignent pas l’échauffement qui peut faire chuter le rendement des modules cristallins autour de 60°C, ce qui les rend plus aptes à l’intégration, elles captent mieux le rayonnement diffus et sont donc mieux adaptées à certains sites, en phase industrielle, leur coût de fabrication est en principe moins élevé procédé roll-to-roll, … mais présentent aussi certains inconvénients industrialisation moins avancée, matières premières limitées et en concurrence avec d’autres usages, toxicité des matériaux, recyclage plus complexe. Le tellurure de cadmium CdTe Structure d'une cellule au CdTe©NREL Les procédés de dépôt du tellurure de cadmium pour la fabrication des cellules solaires sont extrêmement rapides, ce qui permet de réduire les coûts de production. De plus, les rendements ne cessent de s'améliorer, devenant compétitifs avec ceux du silicium cristallin. Substrat verre face avant Fabrication dépôt d'une couche conductrice transparente ex oxyde d'étain dopé à l'indium, dépôt d'une mince couche fenêtre en CdS puis de la couche d'absorption en CdTe et recristallisation par chauffage, dépôt du contact face arrière Epaisseur 5 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 9 – 17 % module 13% - record à 18,2% Aspect uni vert foncé à noir Transparence non Principaux fabricants First Solar, classé dans les 10 premiers fabricants de modules PV toutes technologies confondues. A mis en place un système de reprise et de recyclage de ses panneaux. Sur le plan environnemental, cette filière utilise les rebuts du raffinage du minerai de zinc, et les quelques études publiées sur la toxicité du matériau concluent à une innocuité de celui-ci sous sa forme liée à du tellure, qui ne se décompose qu'à une température supérieure à 1000°C. Sur cette base, la filière photovoltaïque bénéficie à ce jour d'une exemption à la directive ROHS en vigueur dans l'Union Européenne, qui interdit l'usage du cadmium dans les produits et équipements. Module CdTe©First Solar Bien que le substrat de cellule puisse être souple, le marché connaît majoritairement des modules rigides, certainement pour des raisons d'encapsulation du CdTe. Le Cuivre Indium Gallium diSelenium CIGS L'amélioration de la performance de ces cellules s'est appuyée sur la chimie des chalcopyrites, famille de minéraux faisant référence au CuFeS2. Au niveau de la fabrication, des procédés de sérigraphie et d'électrodéposition sont aujourd'hui utilisés, particulièrement adaptés à l' industrialisation de la filière. Structure d'une cellule CIGS©NREL Substrat verre, métal ou polymère face arrière Fabrication dépôt du contact face arrière molydène, dépôt par co-évaporation de cuivre, indium, gallium et disélénium, dépôt d'une fenêtre de CdS en bain chimique puis dépôt de ZnO dopé aluminium par pulvérisation cathodique, anti-refletsemiconducteur à structure chalcopyrite CuInGaSe2, couche mince polycristalline, hétérojonction CIGS/CdS/ZnO Epaisseur 1,5 - 3,5 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 11 – 18 % max 21,7% Aspect uni gris foncé à noir Transparence par micro-gravure Principaux fabricants FujiElectric, Odersun, GlobalSolar, HelioVol, NanoSolar, Solarion, SoloPower, MiaSolé, Ascent Solar, Solibro L'intégration au bâtiment est un marché de choix pour cette technologie. Modules CIGS PowerFlex de Global Solar©Hanergy Modules couches minces de rendement 14,6%©Manz AG Technologie mère Cuivre Indium diSelenium ou CIS même composition sauf celle de l'absorbeur en CIS et non en CIGS. Rendement modules 11 – 13 %. Fabricants Avancis, NexCIS arrêt, SolarFrontier Autres technologies couches minces Silicium micromorphe Cellule au silicium micromorphe©Oerlikon cellule tandem de silicium amorphe et de silicium microcristallin μc-SiH, une structure mixte de a-Si, de grains de c-Si et de vides obtenue par dépôt chimique en phase gazeuse de SiH4 et H2 activé par plasma, de rendement module 7 à 12 %. Fabricants Astronergy, Auria Solar, Brilliant , Ersol, HelioSphera, Malibu, Masdar, Mitsubishi Heavy, Moser Baer, NexPower, Pramac, Scharp, Schott Solar, Sanyo, TianWei Arseniure de Gallium GaAs matériau monocristallin fabriqué à partir du semiconducteur GaAs dit multijonction III – V, de rendement de cellule de l'ordre de 44 %. Silicium polycristallin en couche mince constitué de minuscules grains de silicium polycristallin formant des cellules de 1 à 10 μm d'épaisseur pouvant être déposées en flux continu sur des substrats souples. Dernière Mise à jour 08/01/2020 Les intérêts de cette filière sont la simplicité et la faible consommation d'énergie des processus de fabrication sérigraphie, enduction centrifuge ou jet d'encre, à partir de matériaux abondants et peu chers, ainsi que le dépôt sur des substrats flexibles dans une large gamme de couleurs. Son développement à grande échelle est aujourd'hui freiné par la faible mobilité des porteurs de charges dans le matériau, limitant le rendement, et la faible durée de vie des cellules, de quelques dizaines d'heures à quelques mois avant dégradation. Sur ce dernier point, des améliorations sont attendues dans les procédés d'encapsulation pour remédier aux fuites d'électrolytes et dans l'utilisation de matériaux d'électrodes alternatifs. D'autres recherches portent aussi sur l'optimisation de l'absorbeur et l'utilisation d'architectures multijonctions empilement de couches organiques sur silicium cristallin par exemple. Enfin, l'industrialisation des procédés de fabrication reste à venir. Les applications visées à l'heure actuelle sont principalement des usages comme l'électronique grand public, la bagagerie, le transport, les panneaux publicitaires, bien que l'intégration à des bâtiments pilotes ait été réalisée. Cellules à colorant DSsC - Dye Sensitized solar Cell Ce sont des cellules hybrides organiques-inorganiques, qui utilisent de petites molécules comme absorbeur. Elles sont constituées d'un sandwich d'oxyde de titane, de pigment photosensible colorant et d'un électrolyte à base d'iode, liquide ou gélifié. Elles peuvent être imprimées sur des substrats variés et notamment sur les matières plastiques. Structure d'une cellule à colorant ou à pigment photosensible ou cellule de Grätzel©Oxford PV Substrat verre ou polymère Fabrication deux plaques en verre enduites d'oxyde conducteur transparent TCO entourent une couche d'oxyde de titane TiO2 imprégnée de colorant ex polypyridine de ruthénium pour capter la lumière visible ainsi qu'un gel électrolytique ex I-/I3- et du platine comme électrode arrière. Dépôt du TiO2 par sérigraphie sur le verre supérieur, puis recuit à 450°C pour l'obtention d'un film à nanoparticules microporeux. Epaisseur 15 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement cellule moyen 8 – 12 % modules commerciaux 3 – 5% Stabilité 3-4 ans source CEA INES, pas de stabilité à long terme, faible résistance à la température. Baisse de performance < 10 % au-delà de 20 000 h. Couleur rouge, brun, vert, noir bleu, noir selon le colorant Transparence oui Fabricants potentiels Dyesol, 3GSolar, Fujikura, G24Power, Solaronix, Dynamo, Oxford PV, DyePower, Yingkou OPV, Exeger-NLAB Solar, DyeTec Solar. Modules DSSC de Solaronix©Merck Module DSSC de 30 x 30 cm2 de rendement 6%©Dyenamo Cellule DSSC de GCell©GCell Le développement de cette technologie est porté par les industriels de la chimie en mesure de synthétiser les précurseurs. Cellules à polymères Principe d'une cellule en matière plastique©DGS L'émergence des cellules à polymères autres que ceux utilisés dans les cellules à colorant date des années principe de fonctionnement des cellules à polymères organiques, dites cellules plastiques », est le même que celui des cellules à colorant. Le matériau absorbeur ou donneur d'électrons peut être soit de petites molécules organiques comme des phthalocyanines, des polyacenes, ou des squarenes combinées avec des perylene ou des fullerènes comme accepteur ; soit des molécules à longue chaîne ex polymères de type P3HT, MDMO-PPV, PEDOTPSS, PET, PC61BM, PCDTBT... combinées avec des dérivés des fullerènes comme accepteurs PC60BM, PC70BM. Substrat verre Fabrication dépôt d'un oxyde conducteur transparent TCO sur le verre avant, dépôt d'un mélange de polymère ou d'oligomère et d'une masse de remplissage, dépôt du contact arrière Epaisseur 400 nm Taille de cellule celle du substrat Rendement cellule moyen 8 – 10 % modules 3 – 5% Couleur selon le colorant Transparence oui Principaux fabricants Heliatek, Konarka arrêt, Mitsubishi et eight19 Heliafilm sur bâtiments Cleantech, Park de Jurong Town Corporation à Singapour©Heliatek Cellules Konarka production arrêtée©Konarka En raison de la durée de vie qui ne dépasse pas les 10 ans, voire les 2 ans, les applications pressenties sont le mobilier urbain, l'électronique nomade, l'automobile… bien que des pilotes sur bâtiment aient été installés. Cellules à pérovskites Structure d'une cellule à pérovskite©Martin Green et Al / Nature Photonics La technologie émergente des cellules solaires à pérovskites, en constante évolution, bénéficie de toutes les attentions du monde scientifique. L'augmentation spectaculaire des rendements observée depuis 2010 explique cet intérêt. Sur le plan minéralogique, la pérovskite est une structure cristalline calquée sur celle du titanate de calcium CaTiO3. Cette molécule est formée de 8 octaèdres dont le centre de chacun est occupé par un cation le calcium et les sommets par des anions l'oxygène, le titane se trouvant au centre du cristal. Structure d'un cristal de pérovskite générique ABX3©Martin Green et Al / Nature Photonics La structure la plus répandue est à base de iodure de plomb méthylammonium CH3NH3PbI3. Substrat verre Fabrication Dépôt de TiO2 par couches atomiques, revêtement par centrifugation de la couche de Pérovskite CH3NH3PbI3, dépôt de la couche de transport de trou Hole Transport Material en CuSCN par revêtement en centrifugation ou en solution. Dépôt du contact arrière en argent ou or par évaporation procédé de sérigraphie à l'étude. Epaisseur de cellule 1 μm Taille de cellule selon le substrat stade R&D à ce jour Rendement cellule moyen 11 - 18 % max 20,1 % Stabilité Très instable lorsque l'on dépasse 35 % d'humidité. Pour une température inférieure à 45°C et au-delà de 500 h, baisse d'efficacité inférieure à 20 % non testé au-delà de 45°C. Couleur rouge, jaune, brun Transparence oui Fabricants potentiels Dyesol, Oxford PV La fabrication de panneaux photovoltaïques à base de cellules à pérovskite va devoir attendre le remplacement du plomb par un matériau moins toxique présentant des performances similaires, leur stabilisation à long terme vis-à-vis des UV et de l'humidité et la réalisation de cellules de taille plus importante échantillons de laboratoire à l'heure actuelle. Module pérovskite de rendement 8%©IMEC Cellule à pérovskite de rendement 15%©Oxford University Technologies dérivées Tandem avec le silicium cristallin ou le CIGS pour doper la productivité +20% par élargissement du spectre d'absorption de la lumière. Dernière Mise à jour 08/01/2020 De manière générale, les cellules photovoltaïques peuvent être vues comme un empilement de matériaux la couche active ou l'absorbeur constituée d'un premier matériau accepteur d'électrons et d'un second matériau donneur d'électrons, formant une jonction donneur-accepteur ; les contacts métalliques avant et arrièreconstituant les électrodes positive + et négative – chargées de collecter le courant généré ;des couches supplémentaires comme un anti-reflet ou une couche plus fortement dopée permettant d'améliorer les performances de la cellule meilleure absorption de la lumière, meilleure diffusion des porteurs de charges dans le matériau etc. Ainsi, ce qui différencie une technologie solaire d'une autre, c'est principalement la nature de l'absorbeur. De ses propriétés physico-chimiques dépendent les procédés de dépôt utilisés, la nature et les caractéristiques des autres composants de la cellule anti-reflet, électrodes... ainsi que son architecture globale type de substrat, épaisseur, positionnement des électrodes etc. Les principales technologies solaires photovoltaïques On peut distinguer trois grandes familles de cellules solaires les cellules au silicium cristallin, pour lesquelles l'élément actif est le silicium dopé dans la masse. Bien que plus ancienne, cette technologie représente encore 90 % des parts de marché du fait de sa robustesse et de ses performances rendement modules allant de 12 à 20 % pour une durée de vie de 30 ans environ ainsi que des investissements importants qui lui ont été destinés, que ce soit pour la transformation du silicium, l'élaboration des cellules ou l'assemblage des modules. les cellules à base de couches minces qui ont en commun le procédé de dépôt du matériau semiconducteur à faible épaisseur sur des substrats variés et donnant un aspect uni, produisant des modules de rendement légèrement inférieur de 7 à 13 %. La part de marché pour l'ensemble de ces technologies est d'environ 10 % et reste relativement stable ces filières ont perdu l'avantage de leur moindre coût de production avec les investissements massifs consentis dans le silicium au début des années 2000. les cellules à base de photovoltaïque organique, segment sur lequel la recherche s'intensifie dans la perspective de produire des cellules à très bas coût pour des applications nouvelles. Leur principe de fonctionnement est basé sur les cellules à colorant de Michaël Grätzel avec des variations sur le type de matériaux utilisés. Avec des rendements de l'ordre de 3 à 5 %, leur point faible reste aujourd'hui encore leur durée de vie limitée. Enfin, la famille des hybrides présentée sur l'illustration ci-dessous rassemble les cellules mettant en présence des technologies de natures différentes pour atteindre des rendements optimisés. En 2014, le marché mondial du photovoltaïque a atteint un volume de fabrication de nouveaux modules de plus de 40 GW de puissance cumulée. Avec la généralisation et la compétitivité de la technologie solaire dans de nombreuses régions du monde, la croissance du marché ne fait que confirmer les prévisions des experts. La répartition entre les différentes technologies est représentée sur le graphe suivant, avec 91 % de silicium cristallin dont 56 % de polycristallin et 9 % de couches minces CdTe 4%, a-Si 1,6% et CIGS 3,5%, les autres technologies n'ayant pas atteint le stade de la production de masse. Globalement, la maturation des technologies est lente, de l'ordre de plusieurs décennies, mais les rendements continuent de s'améliorer. Répartition des technologies sur le marché mondial en 2017©Fraunhofer ISE Les filières au silicium Le silicium est le deuxième élément le plus abondant sur terre après l’oxygène, avant le carbone et l’azote. Il représente environ 25 % en masse de l’écorce terrestre, ce qui permet de le considérer comme inépuisable. On le trouve entre autres dans le sable, le quartz et les feldspaths. Utilisé depuis très longtemps pour la fabrication du verre sous forme de dioxyde de silicium plus connu sous le nom de 'silice', ses propriétés de semi-conducteur en font le matériau privilégié pour la fabrication des composants électroniques. Jusqu’à la fin du XXème siècle, l’industrie photovoltaïque, qui ne représentait qu’un marché négligeable pour les producteurs de silicium, a dépendu pour son approvisionnement du silicium destiné à l’industrie électronique, dont les besoins de pureté sont très supérieurs aux siens 99,9999% pour le silicium de grade solaire contre 99,999 999 99% pour le silicium de grade électronique, d’où un coût anormalement élevé. Composant électronique Lors de la crise qui a secoué l’industrie des micro-processeurs au début des années 2000, suite à l’éclatement de ce que l’on a appelé la 'bulle Internet', l’industrie photovoltaïque est apparue pour la première fois aux producteurs de silicium comme un client potentiellement intéressant, bien que de second rang. Devenu en 2007 un débouché de premier plan pour la production mondiale de silicium, le photovoltaïque est désormais en mesure d’imposer ses exigences et de créer une filière spécifique de production de silicium de qualité solaire, moins pur, moins énergivore et donc moins cher que le silicium électronique. En 2010, environ 12 % de la production mondiale de silicium métal est destinée à l'industrie solaire, 35 % à la chimie silicones, 45 % aux alliages d'aluminium et 4 % pour l'électronique source Roskill Information Services Ltd. Le silicium cristallin Structure d'une cellule au silicium cristallin©NREL Les cellules au silicium cristallin sont fabriquées à partir de silicium purifié, matériau dans lequel sont insérés en quantité infime des atomes de bore et de phosphore afin de créer des zones chargées différemment et de former la jonction donneur-accepteur. Cette famille regroupe les filières du silicium monocristallin mono-Si ou sc-Si en anglais lorsque les cellules proviennent d'un lingot dont la maille cristalline l'arrangement des atomes est homogène, et celles du silicium polycristallin poly-Si ou mc-Si en anglais lorsqu'il existe plusieurs réseaux cristallins juxtaposés formant des grains dans une même cellule. Substrat silicium raffiné obtenu en différentes étapes à partir du quartz, cristallisé par tirage d'un lingot mono ou moulage en lingotière poly puis découpé en plaques Fabrication dopage au bore du silicium, dans la masse, texturation de surface, dépôt d'un anti-reflet TiO2 ou SiN en face avant, dopage phosphore en face avant, dopage aluminium en face arrière par dépôt Al, sérigraphie des contacts Ag en face avant et arrière remarque raffinage du silicium à haute température Epaisseur 150 à 200 μm Taille de cellule 156 mm x 156 mm Rendement moyen cellule mono 16 à 24 %, poly 14 à 18 % Aspect aspect uniforme bleu foncé à noir mono, effet de mosaïque bleutée poly Transparence par espacement des cellules Module polycristallin à gauche et monocristallin à droite Technologies dérivées MWT pour Metal Wrap Through les électrodes de contact sont transférées en face arrière rendement module 16% IBC pour Interdigitated Back Contact utilisation de silicium très pur dopé n avec des contacts intégralement en face arrière rendement module 20 % Structure d'une cellule Sunpower©Sunpower EWT pour Emitter Wrap Through l'émetteur dopé n est ramené en face arrière fabricant Advent Solar, Qcells, Stiebel Eltron HIT pour Heterojunction with Intrinsic Thin layer silicium cristallin enchâssé entre deux fines couches de silicium amorphe fabricant Panasonic, dont le rendement module atteint 19 %. Structure d'une cellule HIT©Panasonic Le silicium amorphe Structure d'une cellule au silicium amorphe© Le silicium amorphe est obtenu par dépôts successifs de couches dopées et non dopées de silicium purifié en phase gazeuse. Le procédé de fabrication des cellules, calqué sur la technologie mise en œuvre pour les écrans plats, est moins onéreux car il opère à basse température et utilise bien moins de matériau que le silicium cristallin. Cependant, le fait que les atomes de silicium soient désorganisés pas de maille cristalline dans la matériau conduit à de plus faibles rendements. La superposition de plusieurs jonctions simples permet d'augmenter le rendement global de cellule. Substrat verre face avant ou verre, polymère ou métal face arrière Fabrication gravure du verre frontal, dépôt du contact frontal ZnO ou SnO2 ou ITO, dépôt chimique en phase gazeuse de trois couches de silicium amorphe à partir de gaz précurseurs ex SiH4 et H2 dopé bore, non dopé et dopé phosphore, dépôt du contact métallique face arrière ex Ag ou Al/Ni, structuration en tuile par rayure laser après chaque étape de dépôt remarque dépôt basse température 200°C environ Epaisseur 1 μm dont 0,3 μm de silicium amorphe Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 4 – 10 % module 5 – 7% stabilisé Aspect brun-rougeâtre à bleu-violet Transparence par micro-gravure Module souple Unisolar en silicium amorphe production arrêtée©United Ovonics Modules Asi Thru et Asi Opak production arrêtée©Schott Solar Modules translucides au silicium amorphe©Nexpower Les faibles coûts de production ayant été rattrapés par ceux du silicium cristallin, bien plus performant, expliquent sa quasi disparition du marché, mis à part pour les calculatrices ou l'intégration aux produits verriers dans le bâtiment. Technologies dérivées Double ou triple jonction de silicium amorphe Cellule triple jonction a-SiH©Unisolar Les technologies couches minces Outre le silicium amorphe, qui fait le lien entre les deux grandes catégories, les recherches dans le domaine des matériaux semi-conducteurs ont conduit à l’apparition d’une diversité de technologies utilisant des complexes de matériaux en couches minces. Les technologies les plus courantes aujourd’hui produites industriellement sont le Tellurure de Cadmium CdTe, qui présente l’avantage d’une très grande stabilité dans le temps et d’un coût modéré ; le Cuivre/Indium/Sélénium CIS, le Cuivre/Indium/Gallium/Sélénium CIGS et le Cuivre/Indium/Gallium/Disélénide/Disulphide CIGSS, qui présentent les rendements les plus élevés parmi les couches minces mais à un coût plus élevé ; l’Arséniure de Gallium Ga-As dont le haut rendement et le coût très élevé conduisent à en réserver l’usage essentiellement au domaine spatial. Toutes confondues, ces filières représentent à peine plus de 10% du marché photovoltaïque mondial actuel, mais on a vu récemment un essor de la technologie CIGS. Elles ont en commun un certain nombre d’atouts elles permettent de fabriquer des modules d’une surface plus importante 4 voire 6 m2, qui peuvent même être ensuite découpés, elles ne craignent pas l’échauffement qui peut faire chuter le rendement des modules cristallins autour de 60°C, ce qui les rend plus aptes à l’intégration, elles captent mieux le rayonnement diffus et sont donc mieux adaptées à certains sites, en phase industrielle, leur coût de fabrication est en principe moins élevé procédé roll-to-roll, … mais présentent aussi certains inconvénients industrialisation moins avancée, matières premières limitées et en concurrence avec d’autres usages, toxicité des matériaux, recyclage plus complexe. Le tellurure de cadmium CdTe Structure d'une cellule au CdTe©NREL Les procédés de dépôt du tellurure de cadmium pour la fabrication des cellules solaires sont extrêmement rapides, ce qui permet de réduire les coûts de production. De plus, les rendements ne cessent de s'améliorer, devenant compétitifs avec ceux du silicium cristallin. Substrat verre face avant Fabrication dépôt d'une couche conductrice transparente ex oxyde d'étain dopé à l'indium, dépôt d'une mince couche fenêtre en CdS puis de la couche d'absorption en CdTe et recristallisation par chauffage, dépôt du contact face arrière Epaisseur 5 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 9 – 17 % module 13% - record à 18,2% Aspect uni vert foncé à noir Transparence non Principaux fabricants First Solar, classé dans les 10 premiers fabricants de modules PV toutes technologies confondues. A mis en place un système de reprise et de recyclage de ses panneaux. Sur le plan environnemental, cette filière utilise les rebuts du raffinage du minerai de zinc, et les quelques études publiées sur la toxicité du matériau concluent à une innocuité de celui-ci sous sa forme liée à du tellure, qui ne se décompose qu'à une température supérieure à 1000°C. Sur cette base, la filière photovoltaïque bénéficie à ce jour d'une exemption à la directive ROHS en vigueur dans l'Union Européenne, qui interdit l'usage du cadmium dans les produits et équipements. Module CdTe©First Solar Bien que le substrat de cellule puisse être souple, le marché connaît majoritairement des modules rigides, certainement pour des raisons d'encapsulation du CdTe. Le Cuivre Indium Gallium diSelenium CIGS L'amélioration de la performance de ces cellules s'est appuyée sur la chimie des chalcopyrites, famille de minéraux faisant référence au CuFeS2. Au niveau de la fabrication, des procédés de sérigraphie et d'électrodéposition sont aujourd'hui utilisés, particulièrement adaptés à l' industrialisation de la filière. Structure d'une cellule CIGS©NREL Substrat verre, métal ou polymère face arrière Fabrication dépôt du contact face arrière molydène, dépôt par co-évaporation de cuivre, indium, gallium et disélénium, dépôt d'une fenêtre de CdS en bain chimique puis dépôt de ZnO dopé aluminium par pulvérisation cathodique, anti-refletsemiconducteur à structure chalcopyrite CuInGaSe2, couche mince polycristalline, hétérojonction CIGS/CdS/ZnO Epaisseur 1,5 - 3,5 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement moyen cellule 11 – 18 % max 21,7% Aspect uni gris foncé à noir Transparence par micro-gravure Principaux fabricants FujiElectric, Odersun, GlobalSolar, HelioVol, NanoSolar, Solarion, SoloPower, MiaSolé, Ascent Solar, Solibro L'intégration au bâtiment est un marché de choix pour cette technologie. Modules CIGS PowerFlex de Global Solar©Hanergy Modules couches minces de rendement 14,6%©Manz AG Technologie mère Cuivre Indium diSelenium ou CIS même composition sauf celle de l'absorbeur en CIS et non en CIGS. Rendement modules 11 – 13 %. Fabricants Avancis, NexCIS arrêt, SolarFrontier Autres technologies couches minces Silicium micromorphe Cellule au silicium micromorphe©Oerlikon cellule tandem de silicium amorphe et de silicium microcristallin μc-SiH, une structure mixte de a-Si, de grains de c-Si et de vides obtenue par dépôt chimique en phase gazeuse de SiH4 et H2 activé par plasma, de rendement module 7 à 12 %. Fabricants Astronergy, Auria Solar, Brilliant , Ersol, HelioSphera, Malibu, Masdar, Mitsubishi Heavy, Moser Baer, NexPower, Pramac, Scharp, Schott Solar, Sanyo, TianWei Arseniure de Gallium GaAs matériau monocristallin fabriqué à partir du semiconducteur GaAs dit multijonction III – V, de rendement de cellule de l'ordre de 44 %. Silicium polycristallin en couche mince constitué de minuscules grains de silicium polycristallin formant des cellules de 1 à 10 μm d'épaisseur pouvant être déposées en flux continu sur des substrats souples. Le photovoltaïque organique Demain, toute une série de nouvelles technologies aux noms plus ou moins exotiques systèmes à concentration, cellules à colorants ou à polymères, pérovskites, puits quantiques, … aujourd’hui au stade de la recherche viendront s’ajouter à la diversité des options en apportant chacune leurs points forts, que ce soit une baisse spectaculaire des coûts, un rendement très élevé ou une facilité de mise en œuvre. La filière des cellules solaires organiques, mettant en jeu de procédés chimiques, a démarré avec la mise au point de cellules dites à colorant » au début des années 1990 dont le concept est calqué sur celui de la photosynthèse. Globalement, une cellule solaire organique utilise des composés semi-conducteurs organiques. De fines couches organiques déposées à partir d'une solution liquide sont prises entre deux électrodes. Dans la couche photo-active ou absorbeur, le donneur et l'accepteur d'électrons sont généralement en mélange plutôt qu'empilés et peuvent être de différentes natures chimiques, ce qui explique la grande variété de ces cellules. Structure d'une cellule PV organique©NREL Les intérêts de cette filière sont la simplicité et la faible consommation d'énergie des processus de fabrication sérigraphie, enduction centrifuge ou jet d'encre, à partir de matériaux abondants et peu chers, ainsi que le dépôt sur des substrats flexibles dans une large gamme de couleurs. Son développement à grande échelle est aujourd'hui freiné par la faible mobilité des porteurs de charges dans le matériau, limitant le rendement, et la faible durée de vie des cellules, de quelques dizaines d'heures à quelques mois avant dégradation. Sur ce dernier point, des améliorations sont attendues dans les procédés d'encapsulation pour remédier aux fuites d'électrolytes et dans l'utilisation de matériaux d'électrodes alternatifs. D'autres recherches portent aussi sur l'optimisation de l'absorbeur et l'utilisation d'architectures multijonctions empilement de couches organiques sur silicium cristallin par exemple. Enfin, l'industrialisation des procédés de fabrication reste à venir. Les applications visées à l'heure actuelle sont principalement des usages comme l'électronique grand public, la bagagerie, le transport, les panneaux publicitaires, bien que l'intégration à des bâtiments pilotes ait été réalisée. Cellules à colorant DSsC - Dye Sensitized solar Cell Ce sont des cellules hybrides organiques-inorganiques, qui utilisent de petites molécules comme absorbeur. Elles sont constituées d'un sandwich d'oxyde de titane, de pigment photosensible colorant et d'un électrolyte à base d'iode, liquide ou gélifié. Elles peuvent être imprimées sur des substrats variés et notamment sur les matières plastiques. Structure d'une cellule à colorant ou à pigment photosensible ou cellule de Grätzel©Oxford PV Substrat verre ou polymère Fabrication deux plaques en verre enduites d'oxyde conducteur transparent TCO entourent une couche d'oxyde de titane TiO2 imprégnée de colorant ex polypyridine de ruthénium pour capter la lumière visible ainsi qu'un gel électrolytique ex I-/I3- et du platine comme électrode arrière. Dépôt du TiO2 par sérigraphie sur le verre supérieur, puis recuit à 450°C pour l'obtention d'un film à nanoparticules microporeux. Epaisseur 15 μm Taille de cellule selon le substrat Rendement cellule moyen 8 – 12 % modules commerciaux 3 – 5% Stabilité 3-4 ans source CEA INES, pas de stabilité à long terme, faible résistance à la température. Baisse de performance < 10 % au-delà de 20 000 h. Couleur rouge, brun, vert, noir bleu, noir selon le colorant Transparence oui Fabricants potentiels Dyesol, 3GSolar, Fujikura, G24Power, Solaronix, Dynamo, Oxford PV, DyePower, Yingkou OPV, Exeger-NLAB Solar, DyeTec Solar. Modules DSSC de Solaronix©Merck Module DSSC de 30 x 30 cm2 de rendement 6%©Dyenamo Cellule DSSC de GCell©GCell Le développement de cette technologie est porté par les industriels de la chimie en mesure de synthétiser les précurseurs. Cellules à polymères Principe d'une cellule en matière plastique©DGS L'émergence des cellules à polymères autres que ceux utilisés dans les cellules à colorant date des années principe de fonctionnement des cellules à polymères organiques, dites cellules plastiques », est le même que celui des cellules à colorant. Le matériau absorbeur ou donneur d'électrons peut être soit de petites molécules organiques comme des phthalocyanines, des polyacenes, ou des squarenes combinées avec des perylene ou des fullerènes comme accepteur ; soit des molécules à longue chaîne ex polymères de type P3HT, MDMO-PPV, PEDOTPSS, PET, PC61BM, PCDTBT... combinées avec des dérivés des fullerènes comme accepteurs PC60BM, PC70BM. Substrat verre Fabrication dépôt d'un oxyde conducteur transparent TCO sur le verre avant, dépôt d'un mélange de polymère ou d'oligomère et d'une masse de remplissage, dépôt du contact arrière Epaisseur 400 nm Taille de cellule celle du substrat Rendement cellule moyen 8 – 10 % modules 3 – 5% Couleur selon le colorant Transparence oui Principaux fabricants Heliatek, Konarka arrêt, Mitsubishi et eight19 Heliafilm sur bâtiments Cleantech, Park de Jurong Town Corporation à Singapour©Heliatek Cellules Konarka production arrêtée©Konarka En raison de la durée de vie qui ne dépasse pas les 10 ans, voire les 2 ans, les applications pressenties sont le mobilier urbain, l'électronique nomade, l'automobile… bien que des pilotes sur bâtiment aient été installés. Cellules à pérovskites Structure d'une cellule à pérovskite©Martin Green et Al / Nature Photonics La technologie émergente des cellules solaires à pérovskites, en constante évolution, bénéficie de toutes les attentions du monde scientifique. L'augmentation spectaculaire des rendements observée depuis 2010 explique cet intérêt. Sur le plan minéralogique, la pérovskite est une structure cristalline calquée sur celle du titanate de calcium CaTiO3. Cette molécule est formée de 8 octaèdres dont le centre de chacun est occupé par un cation le calcium et les sommets par des anions l'oxygène, le titane se trouvant au centre du cristal. Structure d'un cristal de pérovskite générique ABX3©Martin Green et Al / Nature Photonics La structure la plus répandue est à base de iodure de plomb méthylammonium CH3NH3PbI3. Substrat verre Fabrication Dépôt de TiO2 par couches atomiques, revêtement par centrifugation de la couche de Pérovskite CH3NH3PbI3, dépôt de la couche de transport de trou Hole Transport Material en CuSCN par revêtement en centrifugation ou en solution. Dépôt du contact arrière en argent ou or par évaporation procédé de sérigraphie à l'étude. Epaisseur de cellule 1 μm Taille de cellule selon le substrat stade R&D à ce jour Rendement cellule moyen 11 - 18 % max 20,1 % Stabilité Très instable lorsque l'on dépasse 35 % d'humidité. Pour une température inférieure à 45°C et au-delà de 500 h, baisse d'efficacité inférieure à 20 % non testé au-delà de 45°C. Couleur rouge, jaune, brun Transparence oui Fabricants potentiels Dyesol, Oxford PV La fabrication de panneaux photovoltaïques à base de cellules à pérovskite va devoir attendre le remplacement du plomb par un matériau moins toxique présentant des performances similaires, leur stabilisation à long terme vis-à-vis des UV et de l'humidité et la réalisation de cellules de taille plus importante échantillons de laboratoire à l'heure actuelle. Module pérovskite de rendement 8%©IMEC Cellule à pérovskite de rendement 15%©Oxford University Technologies dérivées Tandem avec le silicium cristallin ou le CIGS pour doper la productivité +20% par élargissement du spectre d'absorption de la lumière. Dernière Mise à jour 08/01/2020 Publications Liens externes Graphe des meilleurs rendements de cellules PV édité par le NREL Laboratoire National des Energies Renouvelables aux Etats-Unis La conversion photovoltaïque de l’énergie solaire Revue Découverte, Nos 344-345, 2007 Les panneaux solaires - Illustration de l'effet photovoltaïque Animation interactive CEA A voir également
Lescellules photovoltaïques sont le principal composant d’un panneau solaire, tandis que les panneaux solaires sont un composant essentiel d’un système solaire. Alors qu’une seule cellule photovoltaïque est capable de convertir la lumière du soleil en électricité, le panneau est essentiel pour combiner et diriger la production d’énergie de nombreuses cellules vers votre
En matière d’énergie renouvelable, nombreuses sont les sources d’énergies naturelles exploitables, comme le soleil et l’eau. Pour tirer profit de l’énergie solaire, il existe deux principaux dispositifs, que sont le panneau photovoltaïque et le panneau les deux systèmes permettent de générer des économies sur le prix de la facture d’électricité, ils fonctionnent tous grâce au soleil. Leur installation ne nécessite pas de gros travaux et permet de prétendre à des aides présentent toutefois certaines dissimilitudes, en particulier au niveau de la technique d’exploitation de l’énergie solaire qu’ils sur la différence entre un panneau solaire et un panneau mode de fonctionnement du panneau photovoltaïqueLe panneau photovoltaïque assure la production de l’électricité grâce aux rayons du soleil. Les panneaux photovoltaïques se composent de cellules qualifiées de photovoltaïques ». Celles-ci jouent le rôle de capteurs de rayons reçue des rayons sera convertie en énergie électrique. Cette électricité produite est immédiatement prête à l’usage. Il est cependant également possible de la stocker à l’intérieur de solution écologique, le panneau solaire photovoltaïque ne diffuse pas de gaz à effet de serre. Permettant de produire de l’électricité en grande quantité avec un excellent rendement, les matériaux employés dans un système photovoltaïque sont ce type d’installation, vous pouvez bénéficier de l’énergie électrique sur le long réalité, la durée de vie des panneaux photovoltaïques peut aller jusqu’à une trentaine d’années. Vous pourrez alors réduire la consommation énergétique dans votre logement et réaliser un bon principales caractéristiques du panneau solaireGrâce au rayonnement du soleil, le panneau solaire produit de l’énergie, et notamment de la d’un panneau solaire est souvent choisie par les personnes désireuses d’avoir de l’eau chaude sanitaire dans leur logement. Dans certains cas, l’énergie solaire est également dédiée au chauffage d’une mécanisme du panneau solaire est simple. En exploitant les rayons du soleil, il les transforme en chaleur. Le panneau recueille la chaleur du soleil puis la renvoie au sein du transporteur d’énergie, en l’occurrence le fluide chaleur ainsi générée atteint un échangeur, lequel réchauffe l’eau et l’emmagasine dans un points à retenir sur la différence entre panneau photovoltaïque et solairePour faire la différence entre le panneau solaire et le panneau photovoltaïque, voici quelques points à retenir. Le panneau photovoltaïque utilise la lumière du soleil pour la transformer en électricité. Il s’agit sans doute de l’alternative la plus économique afin de répondre à vos besoins en électricité et ceci, de façon panneau solaire emploie l’énergie solaire pour la changer en chaleur. Ce système est la plupart du temps utilisé pour profiter de l’eau chaude il sert à fournir du chauffage domestique. À titre informatif, les panneaux solaires se déclinent en différents types le panneau solaire thermique, le panneau solaire hybride et le panneau solaire panneaux solaires aérovoltaïques peuvent aussi bien produire de la chaleur que de l’électricité. Les panneaux solaires hybrides génèrent deux sortes d’énergie, telles que la chaleur et l’électricité. Ainsi, le panneau aérovoltaïque est un panneau les panneaux solaires thermiques exploitent la chaleur du soleil pour la production de l’eau chaude sanitaire. Si vous avez un projet d’installation de panneau solaire, vous avez donc plusieurs pour un panneau solaire chez vousÀ l’heure d’aujourd’hui, s’offrir des panneaux solaires sur son toit est de plus en plus en vogue, cela vous fera disposer d’une source d’énergies qui réduira considérablement vos dépenses en électricité, car vous consommerez en priorité l’énergie que vous produirez vous-même. Pour installer des panneaux solaires chez soi, il faut faire appel à un professionnel qualifié, c’est le cas de l’entreprise Gouret, spécialiste du panneau solaire à Nantes !Les panneaux solaires sont une forme d’énergie éthique pour la planète, respectant la transition écologique pour l’avenir, de plus, l’installation de panneau solaire est mise en avant par EDF qui rend éligible ceux qui s’auto suffisent en énergie à une prime à l’investissement. Cette prime est dégressive et variable en fonction de la puissance de l’ aurez aussi le choix de vous auto suffire ou encore de revendre l’énergie que vous produisez à vos voisins dans le cadre d’une production qui dépasse vos besoins, votre fournisseur est obligé de vous racheter l’énergie que vous surproduisez, cela peut être le début d’un nouveau revenu, le tarif variera en fonction de votre type de production et la puissance produite !
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Lesoleil est l’une des énergies renouvelables les plus accessibles, et cela justifie le recours aux panneaux solaires. Ceux-ci se déclinent sous 2 formes spécifiques à savoir les panneaux photovoltaïques et les panneaux solaires. Ces équipements présentent à l’apparence quelques similitudes mais il existe des différences entre eux.
Il existe plusieurs types de panneaux solaires photovoltaïques à usage domestique sur le marché. Les types les plus courants sont Panneaux photovoltaïques solaires solaires à couches solaires solaires panneaux solaires photovoltaïques sont utilisés pour la production d'électricité grâce à l'effet photovoltaïque. Cependant, les installations solaires thermiques utilisent également un autre type de panneaux solaires appelés capteurs solaires, qui servent à la production d'eau chaude à usage 90% d'une installation photovoltaïque est basée sur l'utilisation de certaines variantes du silicium. Les différences entre les différents types de panneaux solaires sont basées sur la distribution, la composition et la pureté de ce matériau. Plus le silicium est pur, mieux ses molécules sont alignées et mieux il convertit le rayonnement solaire en nous analysons plus en détail les différents types de panneaux solaires et leurs caractéristiques Panneaux solaires à cellules de silicium monocristallinDans les panneaux solaires monocristallins, les cellules solaires en silicium monocristallin mono-Si sont assez faciles à reconnaître par leur coloration et leur apparence uniformes, ce qui indique une grande pureté du cellules monocristallines sont constituées de blocs ou lingots de silicium, de forme cylindrique. Par la suite, pour réduire les coûts de fabrication et optimiser les performances, les quatre faces des blocs cylindriques sont découpées pour réaliser des feuilles de panneau solaire monocristallin se distingue clairement d'un panneau polycristallin car dans le polycristallin les cellules n'ont pas d'angles arrondis et sont parfaitement différence fondamentale entre les cellules solaires monocristallines et polycristallines est la composition du cristal de silicium. Les cellules monocristallines sont formées par un seul type de cristal de silicium, on obtient ainsi un alignement assez parfait de tous les composants du solaires polycristallinsDans la fabrication de panneaux solaires polycristallins, la méthode Czochralski n'est pas utilisée. Dans ce type de panneau solaire, le silicium brut est fondu et versé dans un moule carré. Il est ensuite refroidi et coupé en tranches parfaitement plus grand avantage par rapport aux cellules monocristallines provient d'un processus de production à moindre diminue avec l'augmentation de la températureD'autre part, ce type de panneaux photovoltaïques présente certains inconvénients La plus faible tolérance à la chaleur de ces cellules signifie qu'elles ont un rendement inférieur à l'alternative précisément, on estime que dans les panneaux comprenant des cellules polycristallines, le taux d'efficacité est au maximum de 16 %.Panneaux solaires photovoltaïques à couches mincesLa base de ces panneaux est de déposer plusieurs couches de matériaux photovoltaïque sur un le type, la pose de panneaux solaires à couche mince a une efficacité de 7 à 13 %. Parce qu'ils ont un grand potentiel pour un usage domestique, ils sont de plus en plus modules photovoltaïques à couches minces sont fabriqués en déposant le matériau semi-conducteur sur un substrat de type verre, pour des panneaux solaires rigides destinés à être utilisés à l'extérieur. Dans le cas de panneaux souples pour des usages moins conventionnels, on utilise du module à couches minces est fabriqué sous forme de bloc et ne nécessite pas l'assemblage de plusieurs cellules. De plus, la quantité de matériau semi-conducteur présente dans le panneau est inférieure à celle des panneaux fabriqués avec des cellules standard. De cette manière, les coûts de production sont réduits, mais en revanche ils ont un rendement de panneaux à couche minceLes modules à couches minces se subdivisent en plusieurs catégories selon les matériaux semi-conducteurs déposés dessus, parmi les plus courants on trouve Silicium amorphe, dans lequel des atomes de silicium sont déposés chimiquement sous une forme structurellement désorganisée. Ils ont une efficacité moins constante que les autres de cadmium CdTe Ce sont plus fins avec un prix inférieur et une efficacité sulfure de cadmium microcristallin CdS les coûts de production sont très faibles en raison de Il est appliqué sur un support métallique pour un revêtement par de gallium GaAs, est un alliage binaire aux propriétés semi-conductrices, capable de garantir des rendements très élevés. Il est utilisé pour des applications scientifiques militaires ou de cuivre-indium CIS, d'une opacité allant de 100% à 70% obtenue grâce à des trous pratiqués directement dans le Indium Gallium Diséléniure CIGSHétérojonction est l' union entre différentes substances, dans laquelle une couche de silicium cristallin sert de surface de support à une ou plusieurs couches amorphes ou microsphérique, dans lequel du silicium polycristallin réduit est utilisé dans des sphères d'un diamètre d'environ 0,75 mm en cage dans un substrat en solaires hybridesIl existe également sur le marché des panneaux solaires dits hybrides. Les panneaux hybrides sont composés d'un panneau photovoltaïque et un panneau solaire thermique qui capte la chaleur du permettent de produire de l'eau chaude sanitaire et de l'électricité en même temps à partir de la lumière du Soleil. Habituellement, on y installe un ballon de stockage pour stocker l'eau chaude solaires aérovoltaïquesUn panneau solaire aérovoltaïque est un panneau photovoltaïque pour produire de l'électricité qui en plus peut garantir une part importante du chauffage de l'habitation en récupérant la chaleur produite par la production d'électricité sous les air chaud est filtré avant d'être insufflé dans le boîtier, fournissant en même temps un air frais et sain. Enfin, le système aérovoltaïque a la capacité de ventiler de l'air frais lors des chaudes nuits d'été.
Unpanneau photovoltaïque transforme la lumière du soleil en électricité. Il peut alimenter des convecteurs ou l'éclairage du logement. En revanche, un capteur solaire thermique transforme l’énergie solaire en chaleur. Cette chaleur peut être transmise aux radiateurs ou aux sanitaires.
Il existe deux grandes familles de panneaux photovoltaïques les panneaux en silicium et ceux n’en contenant pas Type de panneaux solaires photovoltaïquesle chiffre indique la puissance moyenne en Watt/m2 Panneau photovoltaïque en silicium polycristallin, monocristallin et amorphe Les panneaux solaires en silicium sont les plus couramment utilisés. 3 groupes sont à distinguer Panneaux polycristallins Leur rendement est compris entre 12 et 15%. Ils sont légèrement moins chers que les panneaux monocristallin. Leurs productions diminuent avec l’élévation de température. Il est donc conseillé de les installer sur un système d’intégration bien aéré. Panneaux monocristallins Leur rendement est plus élevé que les panneaux polycristallin 15 à 18%. A production égale, les panneaux monocristallin nécessiteront donc une surface de toit plus petite. Privilégiez ce type de modules si votre espace est limité. Les panneaux monocristallin sont en revanche légèrement plus chers. Tout comme les panneaux polycristallin, ils sont sensibles aux élévations de températures. Panneaux amorphes Ce sont des modules souples généralement utilisés sur de grandes toitures plates entrepôts…. Ils se combinent efficacement avec un système d’étanchéité. Leur rendement est de l’ordre de 7 à 9%. En revanche, les panneaux amorphes sont plus performants que les panneaux cristallin en lumière diffuse nuage, ombre. Ils peuvent donc être intéressants dans les régions où l’ensoleillement est plus faible. Ils sont également moins sensibles aux élévations de températures. Leur prix est inférieur aux modules poly ou mono cristallin. A leurs débuts, les panneaux amorphe ont pâti de problèmes de dégradation rapide du rendement. Ces défauts semblent avoir été résolus. Les panneaux n’utilisant pas de Silicium Ces panneaux photovoltaïques sont également désignés comme panneaux couche mince». Différents composants sont utilisés pour leur fabrication le Tellurure de Cadmium CdTe, le Cuivre / Indium / Sélénium CIS, le Cuivre / Indium / Gallium / Sélénium CIGS. Bien que leur rendement entre 6% et 13% soit moins élevé que les panneaux cristallin, ils possèdent certains avantages Prix inférieur ; Faible sensibilité aux élévations de températures contrairement aux panneaux cristallin dont le rendement diminue avec l’augmentation de la température. Ils peuvent donc être facilement intégrés en toiture ; Meilleure production en lumière diffuse. Leur utilisation est plus appropriée dans les régions les moins ensoleillées. Une polémique fait rage sur la possible toxicité de certains composants utilisés dans ces panneaux comme le CdTe Tellurure de Cadmium Propriétairesde bâtiments professionnels et agricoles Avec pv-pro Obtenez la meilleure offre aux meilleures conditions Bénéficiez d'un service entièrement gratuit Profitez d'un accompagnement personnalisé Diminuez les risques sur votre projet Votre besoin
Quelledifférence entre kWh et kWc ? Le chantier est vaste. La plus grande ferme photovoltaïque de Bourgogne Franche-Comté, bientôt opérationnelle, s’étend sur 27 hectares à Picarreau, petite commune d’une centaine d’habitants entre Poligny et Champagnole. A voir aussi : Phoenix Group, spécialiste des panneaux solaires légers, s’installe dans la Sarthe.
Passer au contenu AccueilQui sommes nous ?Nos solutions PhotovoltaiqueVMC Double FluxPompe à chaleurBallon thermodynamiqueIsolationTémoignages et avisBilan energetiqueAccueilQui sommes nous ?Nos solutions PhotovoltaiqueVMC Double FluxPompe à chaleurBallon thermodynamiqueIsolationTémoignages et avisBilan energetique Les différences entre les panneaux photovoltaïques et aérovoltaïques Avec l’utilisation de panneaux de plus en plus performants, le solaire permet aux ménages d’accéder à une source d’énergie renouvelable, assurément moins polluante. Ces plaques sont à installer sur le toit pour capter les rayons du soleil et les consommateurs ont le choix entre plusieurs types. Photovoltaïques ou aérovoltaïques, les différences entre les panneaux concernent essentiellement leurs caractéristiques et leurs fonctionnalités. La technologie Une des différences entre les panneaux photovoltaïques et aérovoltaïques réside dans la technologie utilisée. Le panneau photovoltaïque, à base de silicium, est équipé de cellules qui captent la lumière du soleil. C’est le sable, un matériau semi-conducteur, qui permet de produire de l’électricité à partir des photons de lumière. Particulièrement écologiques, les panneaux photovoltaïques n’émettent aucun gaz à effet de serre et sont recyclables. Ainsi, vous pourrez réduire considérablement l’empreinte carbone de votre foyer. Pour une installation plus moderne, vous pouvez opter pour les panneaux aérovoltaïques. Mélange entre les panneaux photovoltaïques et thermiques, ils permettent d’obtenir de l’électricité à partir des rayons du soleil. Mais ce n’est pas tout. Ils offrent également la possibilité de récolter la chaleur diffusée par la face intérieure. Ce dernier point étant une des différences entre les deux types de panneaux. Les fonctionnalités Les différences entre les panneaux photovoltaïques et aérovoltaïques portent essentiellement sur les fonctionnalités et les performances qu’ils offrent aux consommateurs. Les panneaux photovoltaïques produisent de l’électricité. La puissance obtenue dépend de l’exposition durant la journée, mais également de la surface des cellules. L’électricité peut être utilisée immédiatement ou stockée à l’aide d’une ou plusieurs batteries. Pour les foyers qui produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment, il est possible de revendre le surplus. Cela représente un avantage financier non négligeable sur une vingtaine d’années. Quant au panneau aérovoltaïque, il est polyvalent et offre une meilleure rentabilité. En effet, il est doté de plusieurs fonctionnalités, ce qui constitue une des différences entre ces panneaux. Ainsi, le panneau aérovoltaïque permet à la fois d’avoir de l’électricité. De plus, il propose les fonctions chauffage et ventilation dans l’ensemble de l’habitation. En effet, l’air chaud produit par les panneaux est récupéré, puis rediffusé à l’intérieur du logement par le système de chauffage et d’aération. Le consommateur peut donc profiter de plusieurs fonctionnalités en même temps. Et c’est une des principales différences entre ces panneaux. Par ailleurs, concernant la production d’électricité, le panneau aérovoltaïque peut transformer jusqu’à 80 % de l’énergie solaire. Une performance d’autant plus appréciable, car les ménages économisent ainsi sur leurs dépenses en énergie sur le long terme. Vous pourrez par exemple réduire de près de la moitié votre consommation en chauffage. Le budget d’installation Une des différences entre les panneaux photovoltaïques et aérovoltaïques porte sur les coûts de l’installation. Pour les premiers, le prix dépend surtout de la capacité de production voulue. En général, ils sont moins coûteux que les panneaux aérovoltaïques. À ce titre, selon les fabricants, il faut compter un peu moins de 10 000 euros pour une installation de 3 kWc. Cependant, la facture augmente en fonction de la performance désirée et de la surface des plaques. Pour installer les panneaux aérovoltaïques, vous devez compter à peu près le double pour une puissance identique. Cependant, l’État a mis en place des dispositifs en faveur de ceux qui souhaitent investir dans l’énergie renouvelable. À titre d’exemple, vous pourrez bénéficier d’un Crédit d’impôt. Les différences entre les panneaux au niveau des coûts sont importantes. Mais, il ne faut pas perdre de vue les économies réalisées sur le long terme. En particulier sur la revente de l’électricité produite en surplus. Par exemple, pour une installation de 6 kWc, les panneaux aérovoltaïques vous disposerez d’un revenu annuel de peu plus de 2 000 euros. Avec les versions photovoltaïques, en revanche, vous gagnerez annuellement environ 1 800 euros. Articles similaires Une étude personnalisée en ligne, gratuite et transparente ! Page load link Aller en haut
Lefficacité des cellules photovoltaïques est limitée car elles n’utilisent pas toute l’énergie transmise par le soleil. Les cellules solaires contiennent un semi-conducteur sur le marché, principalement du silicium.
Ainsi grâce au panneau photovoltaïque, vous pourrez subvenir à vos besoins en électricité, alors qu’avec une installation de panneaux solaires, vous pourrez bénéficier de votre propre eau chaude ainsi que du chauffage domestique. Idée précédente Customisez un vieux vase afin de lui donner un look tendance.
Lespanneaux solaires thermiques permettent principalement de chauffer l’eau. Ils coûtent moins cher et ont un impact environnemental
️ Fonctionnement du panneau Photovoltaïque. Le panneau solaire dit « photovoltaïque » permet de produire de l’électricité à partir du rayonnement solaire.. Dès que le soleil brille, ceux-ci produisent de l’électricité. Leur fonctionnement est lié aux matériaux utilisés, le silicium que l’on trouve en abondant sous forme de silice (sable).
Lespanneaux photovoltaïques transforment le rayonnement solaire en électricité alors que le principe des capteurs solaires thermiques repose sur la conversion du rayonnement solaire en énergie calorifique, l’application la plus courante étant la production d’eau chaude sanitaire. 2. Panneaux solaires photovoltaïques : quelles
Vousl’aurez compris, la différence entre un panneau solaire et un panneau photovoltaïque réside avant tout dans la transformation de l’énergie. En effet, leur fonction n’est pas la même. L’un s’utilise pour produire de la chaleur quand l’autre permet de produire sa propre électricité qui peut être stockée sur batterie.
Lesolaire est une source d’énergie durable de plus en plus utilisée dans les habitats domestiques. Toutefois, il est nécessaire de ne pas confondre les panneaux solaires avec les panneaux photovoltaïques. Installateur expert en Wallonie, SOL-AIR Energies vous explique la différence entre ces deux techniques bien distinctes.
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