Photovoltaïque et panneaux solaires

L’énergie solaire photovoltaïque est une forme d’énergie renouvelable permettant de produire de l’électricité par transformation d’une partie du rayonnement solaire grâce à une cellule photovoltaïque. Plusieurs cellules sont reliées entre-elles sur un module solaire photovoltaïque. Plusieurs modules sont regroupés pour former une installation solaire chez un particulier ou dans une centrale solaire photovoltaïque.

Technologie photovoltaique

L’effet photovoltaïque a été découvert par Alexandre Edmond Becquerel en 1839. Il est produit par absorption de photons dans un matériau semi-conducteur qui génère en réponse une tension électrique.

Les cellules photovoltaïques produisent du courant continu à partir du rayonnement solaire, qui peut être utilisé pour alimenter un appareil ou recharger une batterie. De nombreuses calculatrices de poche utilisent l’énergie photovoltaïque.

Quand l’énergie nécessaire dépasse la quantité fournie par une seule cellule, les cellules sont regroupées pour former un module photovoltaïque, parfois désigné de manière ambiguë sous le terme de panneau solaire. De tels modules ont été dans un premier temps utilisés pour alimenter des satellites en orbite, puis des équipements électriques dans des sites isolés ou sur des bateaux ou véhicules. Une baisse des coûts de production a ensuite élargit le champ d’application de l’énergie photovoltaïque à la production d’électricité sur les réseaux électriques.

Marché mondial du photovoltaique

Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaique sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l’électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, Australie, France et dans d’autres pays (mais souvent à des conditions particulières).

Les producteurs solaires photovoltaïques

Les panneaux solaires sont installés par des particuliers souvent en toiture ou au sol. Mais la tendance s’oriente également vers des centrales solaires collectives. C’est ainsi que la France a mis en service en juillet 2005 une installation publique de 100 kW à Chambéry (Centrale des Monts – source ASDER)).

Economies avec les panneaux photovoltaique

Après avoir été tirée par l’électrification des sites isolés et l’alimentation de matériel mobile, la demande est maintenant motivée par la perspective de manquer d’énergie ou le souci d’éviter l’émission de gaz à effet de serre, et concerne surtout les installations connectées au réseau.

Depuis plusieurs années, les installations de panneaux photovoltaïques sont accélérées par des programmes nationaux offrant des incitations financières telles que des tarifs de rachats bonifiés de l’électricité produite pour le réseau public, notamment en Allemagne, Japon, Espagne, É.-U., Australie, France et dans d’autres pays (mais souvent à des conditions particulières). La France a annoncé lundi 23 août une baisse de 12 % des tarifs d’achat de l’électricité photovoltaïque (ne concernant pas les particuliers), ainsi que de futures révision de ces tarifs, pour réorganiser la filière.

La filière photovoltaïque représenterait entre 15 000 à 20 000 emplois en France, situés malheureusement « dans l’aval de chaîne de valeur (développement de projet, installation…) » et non dans la partie la plus innovante (recherche, fabrication). Selon une étude du cabinet SIA-Conseil, un emploi dans le photovoltaïque coûterait de 10 à 40% plus cher que l’indemnisation d’un chômeur.

En 2022, les nouvelles installations solaires photovoltaïques ont représenté, dans le monde, une puissance de 1 500 MW, portant la totalité des installations mondiales à 6 700 MW. Le Japon (1 750 MW), l’Allemagne (3 063 MW) et les États-Unis (610 MW) représentent ensemble 81 % du marché mondial. Les installations connectées aux réseaux (sans stockage de l’électricité) représentent la majorité des nouvelles installations.

Les cinq plus grandes firmes fabriquant des cellules photovoltaïques se partagent 60 % du marché mondial. Il s’agit des sociétés japonaises Sharp et Kyocera, des entreprises américaines BP Solar et Astropower, et de l’allemande RWE Schott Solar. Le Japon produit près de la moitié des cellules photovoltaïques du monde, mais c’est en Chine que la grande majorité des panneaux sont assemblés.

Le Japon est lui-même un des plus grands consommateurs de panneaux solaires, mais largement dépassé par l’Allemagne.

Recherche photovoltaique

La recherche est très active dans le domaine du solaire photovoltaïque. Les prix diminuent constamment et les rendements progressent.

En 20 ans, les rendements sont passés de 15 % à 40,7 % dans les laboratoires. Ce dernier chiffre est celui obtenu par la société Spectrolab , filiale de Boeing qui travaille dans le domaine spatial . Les rendements des systèmes disponibles commercialement sont quant à eux passés de 5 % à 22 %.

La technologie basée sur le silicium a un développement comparable à celui de l’informatique. De nombreuses sociétés actives dans ce domaine, comme Sharp, sont aussi actives dans l’électronique.

Outre l’amélioration constante des produits à base de silicium, on peut citer quatre technologies innovantes et sans doute promises à un bel avenir :

  • les cellules photovoltaïques en plastique
  • les cellules de Graetzel
  • les concentrateurs photovoltaïques
  • les couches minces métalliques ( CIS ) n’utilisant pas de silicium.

Récemment, deux chercheurs japonais de l’université Toin de Yokohama – Tsutomu Miyasaka et Takurou Murakami – ont conçu un capteur révolutionnaire capable de stocker l’énergie solaire sans batterie. Ce dispositif nommé photo-condensateur promet une nette simplification des installations photovoltaïques. Selon ses concepteurs, ce capteur serait deux fois plus performant que les capteurs classiques à base de silicium et pourrait donc fonctionner avec une lumière de faible intensité, comme à l’intérieur d’un bâtiment ou par temps voilé.

Un autre domaine de recherche est celui de l’intégration des composants photovoltaïques dans les éléments de construction, ce qui diminue fortement le coût global (tuiles, panneaux de toiture, vitrages, façades, etc) et améliore l’architecture du bâtiment.