L'avenir de l'énergie solaire

1994/05/01 Otaolaurretxi, Jon Iturria: Elhuyar aldizkaria

• Energia berriztagarriak

L'année dernière, au siège de l'Unesco à Paris, rassemblés des experts du monde entier, ont analysé l'évolution de l'énergie solaire jusqu'en 2005. Il est intéressant de connaître la situation actuelle dans les cellules photovoltaïques. Étonnamment, le secteur qui fabrique et utilise la plupart des cellules sans subvention est la plus petite calculatrice du Japon. Un autre domaine est celui des panneaux industriels formés de cellules photovoltaïques qui profitent de l'énergie solaire sur les toits des maisons.

Panneaux solaires

Le rendement des plaques photovoltaïques est normalement de 14%, c'est-à-dire que la plaque apporte comme énergie électrique 14% de toute l'énergie calorifique obtenue du soleil. Les chercheurs obtiennent habituellement des résultats de laboratoire de 20% et avec l'aide de systèmes sophistiqués ils peuvent atteindre entre 30 et 40%.

Actuellement, l'énergie photovoltaïque dans le monde de la côte i est utilisée autour de vingt milliards de pesetas (un milliard de livres). Cette quantité est peu significative par rapport à celle utilisée pour d'autres types d'énergie, comme celle utilisée pour la recherche de la fusion thermonucléaire, mais on s'attend à ce que dans quelques décennies, 10% de l'énergie consommée dans les pays développés soit solaire. En revanche, dans les pays en développement et où le soleil bat fort, ce pourcentage sera beaucoup plus élevé.

L'utilisation de panneaux solaires a commencé il ya quinze ans, mais sont maintenant utilisés pour alimenter des milliers de pompes, réfrigérateurs, lampes et systèmes de communication.

Actuellement, plus de 30.000 maisons disposent de panneaux solaires sur leurs toits. Aux États-Unis, il existe également des centrales jusqu'à huit mégawatts qui tentent d'introduire leur production dans le réseau électrique.

Avantages et inconvénients

La production mondiale de cellules photovoltaïques augmente de 20 à 30% chaque année et est doublée en quatre ans. Autrefois, l'énergie photovoltaïque a provoqué de grands rêves. Certains pensaient qu'il allait être le substitut de l'énergie nucléaire, mais selon le proverbe basque, la croyance corrompue la moitié. L'énergie photovoltaïque présente de grands avantages. Les générateurs sont silencieux, propres, sans entretien, sans eau et sans pièces mécaniques. En outre, le matériel pour la fabrication de ces cellules (silice) est très abondant, représentant 20% de la surface terrestre.

Cependant, vous ne pouvez pas nier qu'il ya des inconvénients. Ces plaques fonctionnaient également pendant la journée, et la production dépend de l'intensité des rayons solaires, c'est-à-dire plus en été et moins en hiver. Placer des panneaux de grande surface. Dans Euskal Herria, par exemple, à midi le module de mètre carré fournit une puissance d'environ 100 watts. En comparant les coûts, chaque watt produit par le panneau est plus cher que celui produit dans les grandes centrales thermiques, et beaucoup plus cher que celui produit dans les centrales hydroélectriques.

On s'attend à ce que 10% de l'énergie totale consommée dans les pays développés soit solaire pendant des décennies. En revanche, dans les pays en développement et où le soleil bat fort, ce pourcentage sera beaucoup plus élevé.

Cependant, il existe des territoires où ces comparaisons ne sont pas possibles. Dans la zone du désert du Sahara, par exemple, il y a de nombreux noyaux isolés sans connexion au réseau électrique. Ceux qui vivent isolés dans la montagne, les stations météorologiques éloignées et certains points éloignés du réseau électrique sont adaptés pour placer ces panneaux. Lorsque l'énergie électrique est nécessaire dans ces endroits, l'option est d'installer des panneaux photovoltaïques, un générateur diesel, des piles sèches Ia. Sans doute, l'option la plus écologique est celle des panneaux photovoltaïques. C'est pourquoi des subventions sont accordées dans ce domaine pour la recherche de scientifiques.

Trois lignes de recherche

Les recherches sont effectuées principalement sur trois voies différentes. Le premier est d'améliorer la possibilité de silicium monocristallin ou polycristallin. L'objectif est de réduire les pertes de performance à toutes les étapes du processus. En physique des semi-conducteurs, il est nécessaire d'améliorer la séparation électron/trou. Essayez de nouveaux systèmes d'amincissement des lames de silicium. Dans les systèmes de coupe actuellement utilisés, la moitié du matériau est gaspillée et la lame est finalement trop épaisse. Un film de 150 microns sort et il suffirait de 30 microns. Un nouveau système consiste à appliquer une fine couche de silicium à partir de la phase vapeur ou liquide. Astropower du New Jersey propose des modules de 120 watts avec 18 cellules de 675 cm 2 produites par cette procédure.

Dans chacune de ces cellules, quand le photon touche l'électron, celui-ci est relâché de l'atome. Ensuite, nous avons un électron sans charge négative et un «trou» de charge électrique positive. Si la procédure est continue et on obtient d'orienter la circulation des électrons, il est possible de convertir la chaleur en courant électrique. Le problème est d’empêcher l’électron libre de se placer dans un autre “trou”. Ainsi fonctionnent les cellules photovoltaïques. Tous ont la forme de sandwich. Au centre se trouve la membrane de silicium appelée intrinsèque (i).

Vers le soleil il y a une fine couche de silicium (p) dopée en bore. L'atome de bore a trois électrons dans la couche externe et le silicium quatre. Il présente une membrane (n) dopée par la face opposée au soleil avec du phosphore ou de l'arsenic (cinq électrons dans la couche externe de l'atome). Ce système (liaison p-i) permet de séparer les électrons et les «trous» libérés par les photons par un champ électrique. Un courant électrique est généré qui est stocké dans deux électrodes. L'une d'elles est transparente et se connecte au visage du soleil. L'autre est métallique et est fixé à la résine de boîtier.

Des liens sur p-i et des liens multiples sont actuellement étudiés pour améliorer les performances.

La deuxième ligne de recherche est celle du silicium amorphe. Lorsqu'ils ont découvert qu'une fine couche de silicium amorphe désordonné pouvait avoir des caractéristiques de semi-conducteurs dopés avec 10 hydrogène, les scientifiques ont montré des espoirs dans les années 80. La technologie du silicium cristallin fonctionnera en exploitant les résidus de l'industrie microélectronique. C'est un silicium qui est écarté pour ne pas avoir une pureté suffisante pour les circuits électroniques. Malgré les efforts déployés dans la fabrication de silicium de faible pureté pour la plaque solaire, les coûts sont élevés et les industries fabricants de cellules photovoltaïques craignent leur pénurie. Ils consomment actuellement environ 600 tonnes de silicium par an, mais pour qu'en 2000 1% de la consommation mondiale d'électricité soit solaire, il faut 1 80.000 tonnes.

Avant de passer à la photogravure, la cellule de silicium polycristallin est recouverte de résine photosensible.

Cependant, à partir du gaz silano dans le réacteur plasma, on peut obtenir du courant avec des couches d'une seule micron de silicium et consommer moins de matériel. C'est pourquoi les scientifiques ont commencé à étudier ce chemin. Les problèmes ne tardent pas à apparaître. Par exemple, la performance est de 3 à 5%. Dans quelques années, le rendement devrait être de 10 et le prix sera considérablement réduit.

La troisième ligne de recherche rassemble toutes ces alternatives aux deux précédentes. Autres matériaux qui ne sont pas du silicium, comme le sulfure de fer, le teluriure de cadmium, les sandwichs cuivre/indien/disélène, etc. En fait, ils auraient des rendements plus élevés et si vous pouvez obtenir des couches minces de techniques électrochimiques bon marché (par bains). Les problèmes sont dus à la méconnaissance de ces matériaux et à la méconnaissance de la pollution qu'ils peuvent générer.

Dans les cellules actuelles, beaucoup des photons collectés sont trop énergétiques. Ainsi, l'utilisation de cellules successives gallium arseniure/indien/phosphore supposerait d'éliminer au maximum l'énergie des rayons solaires, puisque chaque matériau est spécialisé pour un certain niveau énergétique. L'installation de lentilles de frêne et la concentration de lumière sur une petite surface améliorent considérablement les performances. Les premières séances de cette technique ont été effectuées avec deux cellules empilées, mais ils vont également commencer avec quatre.

En contrôlant les couches au niveau de l'atome, les matériaux de haute pureté doivent être déposés avec soin pour que le rendement soit de 40% i. Récemment, Boeing a obtenu une performance de 30% avec ce type de cellules en tandem et en environnement spatial. Les recherches sont en cours pour les satellites, car l'amélioration des performances libèrent moins de poids ou plus de puissance. Un jour, des centrales devraient être installées dans l'espace avec de l'énergie solaire.

Aujourd'hui, deux milliards de personnes dans le monde vivent loin du réseau électrique (surtout dans le tiers monde) et il y a le marché des cellules photovoltaïques. La connexion des panneaux, le régulateur, le convertisseur et la batterie permettra de disposer d'énergie électrique. Surtout en Afrique et en Inde, ils ont beaucoup d'intérêt à ce sujet.