Photovoltaïques: fières ventes, efficacité

2011/07/01 Urruzola Arrate, Manex - Elhuyar Zientziaren Komunikazioa Iturria: Elhuyar aldizkaria

La photovoltaïque est une technologie jeune qui grandit à grande vitesse. La croissance spectaculaire des ventes ces dernières années a entraîné d'importants changements sur les marchés mondiaux. En revanche, l'efficacité des systèmes photovoltaïques s'est peu améliorée au cours de la dernière décennie. La réduction des coûts, les politiques de subvention et les marges bénéficiaires ont joué un rôle plus important dans le succès de l'entreprise que les résultats des lignes de recherche. Aussi spéculations.
Photovoltaïques: fières ventes, efficacité
01/07/2011 Urruzola Arrate, Manex Elhuyar Zientzia Komunikazioa
(Photo: © Iawa/350RF)

La somme de toutes les cellules photovoltaïques produites dans le monde l'année dernière produirait 27 gigawatts. C'est la puissance équivalente à celle d'environ 30 centrales nucléaires. Par rapport à la production de 2009, l'augmentation a été de 120%. Compte tenu de l'évolution de ces dernières années, dans le monde il n'y a pas d'autre secteur qui grandit si rapidement. Et ce rythme de croissance a été comparé à l'essor de la technologie informatique dans les premières années.

Ainsi, l'électricité solaire fait de grands pas pour atteindre un niveau significatif de gestion énergétique. Et il semble que cette tendance se maintiendra dans le futur. Par exemple, en 2008 seulement 0,06% de l'électricité mondiale a eu origine photovoltaïque. Or, le directeur de l'Agence internationale de l'énergie (IEA), Nobuo Tanaka, a déclaré que d'ici 2050, 20% ou 25% de l'électricité mondiale pourrait être solaire. Elle reconnaît que l'AEE a rejeté le potentiel des énergies renouvelables au fil des ans. « Il est vrai que nous avons été très conservateurs autour du potentiel des énergies renouvelables, mais maintenant nous sommes de plus en plus verts », dit Tanaka.

Federico Recart, chercheur à l'Institut de technologie microélectronique (TIM) et professeur à l'UPV, estime que la technologie photovoltaïque sera un secteur stratégique dans le panorama énergétique du futur. "La faible efficacité de chaque plaque solaire, qui peut atteindre 150 watts par mètre carré, ne signifie pas que les systèmes photovoltaïques peuvent apporter peu d'énergie. La clé est en quantité ». Et les chiffres augmentent. Par exemple, la puissance photovoltaïque installée en Europe en 2010 a dépassé pour la première fois l'éolien et l'hydroélectricité.

Cependant, face à la croissance du marché photovoltaïque en production et en vente, l'efficacité de sa technologie n'a pas été améliorée au cours des dernières années.

Des progrès simples dans la recherche

À la base des plaques peuvent exister plusieurs matériaux, mais si l'on veut souligner un exemple, le cas des cellules de silicium cristallin est significatif. Ce type représente 86% des cellules du monde. Les recherches menées sur les matières premières et les processus de production ont permis d'améliorer l'efficacité de ces cellules d'environ 3% au cours des dix dernières années, en particulier de 15% à 18% dans les cellules les plus fréquentes. « Bien que l'amélioration soit importante, il est clair que cette augmentation n'explique pas seulement le décollage des ventes », explique Recart.

Mais il y a une marge d'amélioration. Selon Recarte, « avec des matériaux idéaux – et du silicium proche de ce matériau idéal – la limite thermodynamique de l'efficacité de ce type de cellules est de 41 % ». Cependant, selon l'Association européenne de l'industrie photovoltaïque (EPIA), l'efficacité des cellules de silicium cristallin ne dépassera pas 23% d'ici 2020. Même si c'est une amélioration, aucune révolution n'est attendue en ce sens.

Dans le but de se rapprocher de cette limite de 41%, une technologie de haute concentration en cellules de silicium monocristallin a été appliquée. Il s'agit d'une technologie de haute précision, qui améliore son efficacité jusqu'à 28%, mais qui continue d'augmenter considérablement son prix et qui n'a pas reçu de réponse satisfaisante sur le marché.

Federico Recart est docteur en ingénierie, professeur à l'UPV et chercheur à l'Institut de Technologie Microélectronique (TIM). Cette organisation mène des recherches dans le domaine des photovoltaïques pour ensuite transférer les résultats et les applications dans le domaine industriel. Ed. : Manex Urruzola.

D'autres technologies comme les cellules de tellure de cadmium ont également été avancées. Bien qu'au cours des dernières années leur efficacité ait légèrement augmenté de plus de 3%, ils sont encore moins efficaces que ceux en silicium cristallin. Ils sont moins chers, oui, mais seulement 5% de la part de marché mondiale a été atteint par ce type de cellules.

Les meilleurs résultats ont été donnés, sans aucun doute, dans les cellules avec plusieurs joints. Ils sont généralement en arseniure de gallium et en appliquant une technologie à haute concentration dans ce type de cellules, l'efficacité a atteint jusqu'à 40%. Ils ont également une marge d'amélioration importante: "En théorie, la limite d'efficacité avec des matériaux idéaux dans les cellules multi-articulaires est de 86,6%", affirme Recart. Cependant, ces systèmes sont pour le moment très coûteux et le rapport qualité prix ne vaut pas pour les usages commerciaux. Par conséquent, ils n'ont pas eu de succès sur le marché.

Réduction des coûts

Bien que les recherches soient menées avec des matériaux divers, le photovoltaïque est étroitement lié au silicium. Environ 95% des cellules solaires qui ont été formées l'année dernière ont eu comme matière première principale le silicium.

Il y a 10 ans, le silicium utilisé pour la fabrication de panneaux solaires provenait principalement des excédents de l'industrie microélectronique. Mais les choses ont changé: « Quand ils ont vu qu'il y avait des affaires dans le domaine de la photovoltaïque, de nouveaux fabricants et de nouveaux processus sont apparus », explique Recart. En plus des progrès technologiques, le chercheur de TIME mentionne un autre facteur important. Les échelles ont beaucoup augmenté : il y a une décennie une usine qui pouvait produire 10 mégawatts par an était grande, mais actuellement ils peuvent produire 500 mégawatts par an. Cela a couvert la production de silicium. Et voici une des clés de l'augmentation des ventes.

Mais la baisse des prix des photovoltaïques est également due au fait que les salaires de production sont moins chers, la prévention des risques professionnels plus flexible, les impôts les plus tendres... « La production s'est déplacée vers les pays bon marché », explique Recart. En fait, le Japon, les États-Unis, l'Espagne et l'Allemagne ont été les principaux producteurs mondiaux jusqu'à il y a quelques années. Mais en peu de temps, il y a eu de grands changements. L'Asie a atteint un leadership absolu dans la part de marché, avec 82% de la production de cellules photovoltaïques en Asie. Il y a trois ou quatre ans, un pays qui n'apparaissait même pas sur les listes de vente, la Chine, a créé en 2010 la moitié des cellules photovoltaïques du monde.

Les entreprises basques dédiées à la vente de machines pour la production de technologie photovoltaïque - comme Gorosabel ou Mondragon Assembly, entre autres - ont actuellement leurs principaux clients en Chine et en Inde.

Bien que les recherches soient menées avec des matériaux divers, le photovoltaïque est étroitement lié au silicium. Ed. : © iStockphoto.com/Gerenme.

Ainsi, huit des dix premières entreprises du classement des principaux producteurs cellulaires du monde sont la Chine, Taiwan et le Japon. Dans ce top apparaît seulement une entreprise américaine et allemande. Cependant, les grandes entreprises basées dans les pays occidentaux dirigent leur production vers la Chine et l'Inde, alimentées par la compétitivité des coûts.

Subventions et prix

Cependant, pour comprendre la révolution dans les ventes de la technologie photovoltaïque il y a plus de fils à considérer. L'un d'eux est celui de la demande. Et c'est que les acheteurs du marché photovoltaïque sont entièrement cotés: L'Union européenne, les États-Unis d'Amérique et le Japon sont les clients qui regroupent pratiquement toute l'activité mondiale, l'Allemagne étant de loin le leader mondial en nombre de plaques achetées et installées. Près de la moitié des plaques photovoltaïques du monde sont installées en Allemagne.

L'énergie photovoltaïque est donc consommée principalement par les pays riches. Autrement dit, la demande est basée sur des politiques de certains pays. En particulier, dans les politiques de prix établies par des subventions. « Les subventions accordées par ces États clients ont allumé le feu de la production », explique Recarte. "Parfois, ces subventions ont été excessives et ont encouragé la spéculation." En 2008, par exemple, lorsque les propriétaires d'installations photovoltaïques étaient payés à 45 cents par heure de kilowatt, la puissance photovoltaïque installée dans le pays a augmenté de 600% en un an. C'est ce qu'explique Heikki Mesa, expert en énergie et changement climatique : Les promoteurs ont installé de grands parcs photovoltaïques, beaucoup moins chers que les installations de panneaux de maisons particulières, sachant qu'ils obtiendraient des primes pendant 25 ans. Mais au lieu de payer ces primes pour l'État, les consommateurs les payaient à travers notre tarif électrique ». Recart ajoute: "En définitive, une bonne partie de ces primes allaient directement aux producteurs de plaques, entreprises chinoises".

Mais au bout d'un an, le contraire est arrivé: « Le marché espagnol était une sécheresse totale en 2009 », déclare Recarte. En effet, par le décret de tarification, le gouvernement espagnol a réduit le prix kilowatt heure de la photovoltaïque de 45 à 32 cents. L'importance des subventions publiques dans ce jeu est que le prix de l'électricité payé par les consommateurs sur leur facture habituelle est d'environ 12 cents par kilowatt/heure.

En regardant vers l'avenir

Mais au-delà du prix payé pour l'énergie électrique, dans la situation énergétique actuelle - la demande croissante, et la pollution des sources les plus exploitées et les réserves limitées, d'une part -, les sources renouvelables sont devenues indispensables.

La prolifération de nouvelles lignes de production et de facteurs de plus en plus compétitifs est imparable. Ed. : © iStockphoto.com/Gerenme.

Dans cette conjoncture, les plaques photovoltaïques ont d'importants avantages: elles sont silencieuses, propres et de longue durée, qui n'épuisent pas les ressources supplémentaires à celles du soleil pour leur fonctionnement. Mais tout n'est pas or. Ces plaques nécessitent une grande consommation d'énergie. En fait, une plaque photovoltaïque devrait fonctionner pendant deux ans pour retourner l'énergie nécessaire à sa production. « La durée de vie de ces plaques est supérieure à 25 ans, ce n'est donc pas pour autant », explique Recarte. Cependant, pour pouvoir rivaliser avec les combustibles fossiles, l'énergie photovoltaïque doit améliorer son efficacité et réduire encore les coûts de production.

L'énorme croissance expérimentée par le marché photovoltaïque ces dernières années a rendu les prédictions pour l'avenir difficiles. Ni à court terme. Selon les chiffres des sociétés de production, la somme de toutes les cellules solaires produites en 2011 pourrait générer entre 50 et 65 gigawatts. C'est la puissance qui peut fournir environ 60 centrales nucléaires.

Mais il est à voir si vous obtiendrez réellement produire toutes ces cellules solaires. Et si nous y parvenons, la clé sera de savoir si tous ces exemplaires peuvent être commercialisés. En fait, si les ventes sont inférieures à ce qui est prévu, la production sera forcée de diminuer. Et ce ne sera pas parce que de nouvelles lignes de production ne seront pas construites. La prolifération de facteurs de plus en plus compétitifs est imparable. Au contraire, les factories les plus anciennes – celles les moins compétitives, celles de fait –, si elles diminuent les prévisions de production et de vente, sans pouvoir rivaliser avec les lignes de production les plus récentes, sans fermer, auraient des pertes.

Par conséquent, si les prévisions de vente du marché photovoltaïque mondial pour 2011 ne sont pas remplies - et ce ne serait pas surprenant les turbulences qui ont eu lieu en Europe à la suite des décrets de prix des dernières années -, les fabricants de cellules solaires recevraient une énorme pression pour réduire encore plus leurs coûts. C'est-à-dire que dans les mois à venir on attend aussi de grandes variations dans le marché photovoltaïque. Mais dans le secteur, personne n'attendait plus. Parce que le photovoltaïque est une technologie jeune qui pousse à grande vitesse.

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Les éléments de base des plaques photovoltaïques sont les cellules photovoltaïques. Ils absorbent les photons de la lumière et émettent les électrons, de sorte qu'en travaillant en série ils créent le courant électrique dans les panneaux.
La production de cellules solaires en 2010 a doublé l'année précédente. Les producteurs du secteur estiment qu'en 2011 il y aura un autre événement.
Le graphique en ligne montre les meilleures efficacités des cellules solaires obtenues au cours des 35 dernières années dans différents laboratoires. Les meilleurs résultats ont été obtenus en appliquant une technologie à haute concentration dans les cellules multiarticulaires. Cependant, ces systèmes sont encore coûteux et n'ont pas obtenu de succès sur le marché. Les plus courantes dans les plaques photovoltaïques sont, de loin, les cellules de silicium cristallin. Ils peuvent être monocristallin ou multicristallin. Les cellules de silicium monocristallin sont plus efficaces mais plus chères. Les cellules de silicium monocristallin, pour obtenir une plus grande efficacité, peuvent appliquer une technologie à haute concentration, mais cette technologie n'est pas bon marché et n'a pas reçu de réponse satisfaisante sur le marché pour le moment. D'autre part, les cellules de tellure de cadmium ont moins d'efficacité et meilleur prix que toutes les précédentes, mais ont atteint une faible part de marché.
La production de cellules solaires est dominée par l'Asie, et les Chinois occupent la première place. Les clients proviennent principalement d'Europe, l'Allemagne étant de loin le principal client au monde.
Source : Photon Magazine
(Source : NREL)
(Source : Navigant consulting)
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