Electricité photovoltaïque

Principe
Des cellules de silicium, regroupées sous forme de panneaux convertissent l'énergie reçue du soleil en courant électrique continu.
Cette manière de produire de l'énergie électrique est une des plus propres qui existe puisque cela se fait sans bruit, sans parties mécaniques en mouvement, sans libération de produits toxiques ou gaz à effet de serre.
La puissance obtenue dépend du nombre des cellules photovoltaïques installées, de leur rendement, et de l'exposition au soleil des panneaux installés.
Quelques chiffres
- une surface carrée de 160 km de côté en cellules photovoltaïques permettraient de satisfaire les besoins quotidiens en électricité des Etats-Unis avec seulement six heures d'ensoleillement par jour !
- au Japon il n'y avait pas moins de 80.000 toits solaires en 2000
- pour 2010 ce sont 1 million de toits solaires qui sont prévus aux USA, 500.000 en Europe et autant dans les pays en voie de développement...

Usages
de nombreuses applications directes du photovoltaïque existent :
- éclairage public ou privé (autoroutes, arrêts de bus, lampadaires de jardin, lampes torche...),
- communications (stations relais de téléphone, bornes d'appel d'urgences sur autoroutes, téléphones mobiles...),
- fourniture d'électricité pour des sites isolés du réseau public (forêts, îles, refuges...),
- instrument de mesure, surveillance et alerte non raccordables (stations météo automatiques, trafic routier, stations sismiques, balises scientifique...),
- petites stations de pompage ou d'irrigation,
- chargeurs nomades pour les téléphones mobiles,
- rechargement des batteries de voitures (normales ou électriques...),
et certaines applications plus inattendues comme la protection contre la corrosion des pipe-lines, cuves et autres tuyaux enfouis ou immergés (la perte d'ions les fait rouiller) en permettant de leur appliquer une différence de potentiel !

Production des cellules solaires
La recherche en ce domaine est en plein développement.
Pour obtenir un meilleur rendement, les fabricants de cellules photovoltaïques
- tentent d'augmenter la surface utile d'absorption de la lumière et sa concentration, (concentrateurs optiques et capteurs multicouches)
- optimisent les contacts électriques captant le flux des électrons, (la réduction de leur taille en gravant leurs encoches au laser.)
D'autres firmes choisissent d'installer les contacts au dos des cellules.
A base de silicium, leur fabrication est aujourd'hui mieux maîtrisée et moins coûteuse et utilise des technologies diverses :
- cellules de silicium sur galettes de monocristaux par lithographie traditionnelle, remplacée de plus en plus par la gravure au laser.
- semi-conducteurs en couches minces, tellure de cadmium (CdTe) et disélenure d'indium et de cuivre (CIS).
- silicium utilisé sous d'autres états : silicium amorphe en couches minces, de faible rendement mais moins cher ou silicium poly cristallin qui, malgré ses faibles propriétés d'absorption, peut être également utilisé en films minces.
- cellules à lentille qui vont concentrer la lumière sur une très petite cellule photovoltaïque à haut rendement. (Le facteur de concentration est de 1000, et la lumière est envoyée sur une cellule d'1mm².)

Certains systèmes piègent la lumière à l'intérieur de la cellule, rendent aléatoire sa direction de propagation et multiplient ainsi par cinquante l'épaisseur optique apparente.
Les montages multicouches capturent différentes longueurs d'onde, ce qui double les rendements par rapport à la limite théorique des jonctions simples (12%).
Enfin, Il existe aujourd'hui des dispositifs photovoltaïques à concentrateur qui s'adaptent à la course du soleil.

Cellules-photovoltaïques