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L’énergie solaire – Découverte, fonctionnement et technologies

17/04/2019 Zoom sur

Le photovoltaïque, comment ça marche ?

L’énergie solaire est une source inépuisable et abondante à la surface de la Terre. Partout à travers le monde, le développement des technologies photovoltaïques permet d’exploiter cette source d’énergie disponible de façon immédiate et gratuite. Mais comment transformer l’énergie solaire en courant électrique et quelles sont toutes les technologies photovoltaïques existantes pour y parvenir ?

L’effet photovoltaïque, comment expliquer ce phénomène ?

L’énergie solaire est produite par des particules de lumière et de chaleur appelées « photons ». Lorsque les photons heurtent la surface des cellules, ils mettent en mouvement des électrons, ce qui a pour effet de générer un courant électrique. L’effet photovoltaïque est donc le nom que l’on donne au principe de conversion de la lumière en électricité.

Fonctionnement énergie photovoltaïque

On peut reproduire ce phénomène grâce à différentes technologies solaires. Trois types de technologies co-existent : elles prennent soit la forme d’un panneau photovoltaïque rigide ou souple ou bien encore d’un film solaire flexible, léger et semi-transparent. Composés d’un assemblage de cellules, ces panneaux ou films photovoltaïques contiennent des matériaux semi-conducteurs capables de transporter le courant électrique obtenu grâce à l’effet photovoltaïque.

Le Saviez-vous ?

Le physicien français Antoine Becquerel est le premier à avoir découvert l’effet photovoltaïque en 1839. Ce phénomène est resté une curiosité de laboratoire inexploitée jusqu’à ce que des chercheurs américains mettent enfin au point la première cellule photovoltaïque en 1954.

Quelles sont les différences majeures entre ces technologies photovoltaïques ?

Il existe plusieurs types de cellules photovoltaïques en fonction de leurs matériaux :

  • Les cellules au silicium monocristallin ou polycristallin sont élaborées à partir d’un bloc de silicium. Pour être exploité, ce bloc doit subir un processus de transformation lourd et à l’impact énergétique considérable ;
  • Les cellules au silicium amorphe sont différentes des précédentes dans la mesure où la quantité de silicium nécessaire est beaucoup plus faible. Ces cellules sont fabriquées en déposant uniquement une fine couche de silicium sur le support ;
  • D’autres cellules à couche minces existent et sont fabriquées à partir de divers matériaux tels que le cuivre, l’indium, le sélénium et le gallium. Ces matériaux sont disponibles en quantité limitée et certains sont mêmes de plus en plus rares, à force d’être exploités par l’homme ;
  • Enfin, une nouvelle génération de cellules couche mince apparaît progressivement sur le marché. Elle ne contient aucune trace de silicium : ce minéral est remplacé par des polymères organiques, d’où son appellation de « technologie photovoltaïque organique » (OPV).

Le Saviez-vous ?

Aujourd’hui, plus de 90% des installations photovoltaïques installées dans le monde comportent du silicium. Ce minéral dur présent dans les roches sédimentaires comme le sable ou le grès est chauffé à des températures supérieures à 3 000°C et subit d’importants traitements physiques et chimiques avant d’être exploitable.

Ces coûts énergétiques et environnementaux peuvent pourtant aujourd’hui être minimisés grâce à la technologie photovoltaïque d’origine organique (OPV). Le groupe industriel français ARMOR a d’ailleurs choisi de développer et produire ce type de technologie uniquement.

La technologie OPV et ses avantages

Le technologie OPV est issue de la chimie organique. Les cellules photovoltaïques sont constituées d’une formulation soluble enduite en couche extrêmement fine sur un film mince. Pour preuve, l’épaisseur du film est mesurable en nanomètre ! Cette nouvelle technologie nécessite donc une très faible quantité de matières premières pour être produite et son procédé de fabrication peu énergivore a une empreinte carbone très limitée. Ce prélèvement raisonné des ressources naturelles et leur préservation sont aujourd’hui quelques uns des bénéfices majeurs du photovoltaïque organique sur le plan environnemental, au-delà de ses atouts techniques.

Energie_solaire_definition

ASCA®, une technologie innovante et ingénieuse

Le film photovoltaïque organique ASCA® conçu et produit par ARMOR est une technologie révolutionnaire qui offre de nouvelles perspectives pour exploiter l’énergie solaire autrement.

Une formulation unique, produite en France

Avec un réseau de partenaires stratégiques, les équipes de chercheurs, d’ingénieurs et de techniciens, qui conçoivent et améliorent chaque jour la technologie ASCA®, ont développé des cellules photovoltaïques à partir d’une formulation unique au monde. Elles sont composées uniquement de polymères solubles et de matières premières ni toxiques ni cancérigènes. L’engagement d’ARMOR est de mettre sur le marché photovoltaïque une technologie éco-responsable. Les films photovoltaïques ASCA® sont ainsi produits selon un procédé d’enduction par dépôt de couches selon un procédé d’enduction « slot-dye ». Ce procédé de fabrication en roll-to-roll choisi par ARMOR pour produire les films ASCA® est résolument bas carbone. Sa fabrication est effectivement très peu énergivore, contrairement à d’autres méthodes, basées par exemple sur l’évaporation sous vide. Par conséquent, son retour énergétique (Energy Pay Back Time) est de 3 mois, soit environ 10 fois plus rapide que les autres technologies photovoltaïques.

Une capacité de production unique

ASCA® est produit selon le même procédé d’enduction que les rubans de transfert thermique, autre savoir-faire industriel parfaitement maîtrisé par ARMOR qui est leader mondial sur ce marché. Avec ce mode de production « roll to roll » (impression de bobines à bobines) en voie humide, la cadence extraordinaire de la production des films encrés (800 mètres par minute sur une laize de 1 mètre) permet au groupe français de fournir de très grands volumes. Un million de m2 par an de films photovoltaïques ASCA® d’une largeur de 600mm peuvent sortir du Pôle de Compétences Industriel d’ARMOR, près de Nantes.

Parole d’expert : Damien Hau, responsable de la Recherche et Développement Innovation et Industriel (RDII) d’ARMOR

« Depuis 2010, l’activité dédiée à la conception et la production du film photovoltaïque ASCA® a beaucoup évolué. Nos équipes spécialisées en formulation, process, encapsulation et caractérisation se sont multipliées par 2 en l’espace de 4 ans pour constituer aujourd’hui une équipe de 40 personnes. Nous avons investi 60 millions d’euros dans notre ligne de production pour répondre aux besoins des industriels rapidement et leur apporter une solution fiable et apte à couvrir toutes les surfaces qu’ils désirent dans un minimum de délai.

Entre 2011 et 2018, le PCE est passé de 10 Wc/m2 à 45 Wp/m2. Le dimensionnement des modules a aussi considérablement augmenté. Nos modules mesuraient au départ 4 cm de large et 5cm de long alors qu’aujourd’hui , nous pouvons produire des modules de 60 cm de large et de 6 mètres de long. De plus, en assemblant ces « super modules », nous proposons à nos clients de très grandes dimensions : des largeurs de 2,50 mètres et des longueurs pouvant atteindre plusieurs dizaines de mètres de long. »

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